海上大底水油田氮气泡沫稳油控水技术的研究与应用

徐国瑞 李翔 竺彪 （中海油服油田生产事业部 天津300450）

海上大底水油田氮气泡沫稳油控水技术的研究与应用

徐国瑞 李翔 竺彪 （中海油服油田生产事业部 天津300450）

通过泡沫静态实验、动态实验优选出了最佳发泡剂，并对泡沫的油敏性、封堵能力、提高采收率性能进行了深入研究。通过在海上油田的应用，该技术实现了对底水的有效封堵和控水增油的作用，取得了较好的增产效果。

氮气泡沫 海上油田 底水油藏 泡沫封堵 稳油控水

我国海上底水油藏储量丰富，底水能量充足，地层温度高，产液量高，不需注水补充能量。具有底水的生产井一旦被底水突破，将造成生产井大量产水，产油量大幅度降低。稳油控水，控制底水上升已成为这些油田亟需解决的问题。但目前这些油田缺乏有效的控水增油措施，前期所做的多次堵水措施没有取得明显效果，堵水难度大。泡沫由于具有独特的结构，广泛应用于压裂、酸化、堵水、调剖等油田增产作业中。[1]在底水突破严重的生产井中，采用高压注入氮气和发泡剂溶液成泡的方式，造成近井地带压力上升，将上升的底水驱至一定位置；氮气和发泡剂溶液在井筒周围的高含水区域形成一定范围的氮气泡沫富集带，由于泡沫具有“遇油消泡、遇水生泡”的特性，使氮气泡沫在高含水区域长期存在，从而抑制底水的上升，并在近井地带形成原油富集区，达到控水的目的。[2]

1 氮气泡沫控水室内实验研究

1.1 起泡剂优选实验研究

针对目标油田的地层条件，使用该油田的生产水，筛选评价编号为1～3号的3种起泡剂的静态性能指标和动态性能指标，从而优选出起泡性能最好的起泡剂。静态性能指标主要包括起泡剂起泡体积、排液半衰期、泡沫半衰期等。动态性能指标主要评价起泡剂的阻力因子。

1.1.1 起泡剂静态性能优选 静态性能实验评价室温条件下浓度分别为0.3%、0.5%、1.0%的1～3号起泡剂的实验数据。实验采用Waring Blender方法，根据实验设计浓度配制成100 mL起泡剂溶液，搅拌后倒入量筒中，观测其发泡体积，泡沫半衰期及排液半衰期。实验结果如表1所示。

表1 起泡剂静态性能评价实验数据

从表1数据可知，3种起泡剂随着起泡剂浓度的增加，起泡体积增加；2号起泡剂起泡体积稍小，但泡沫半衰期与排液半衰期却远大于1号和3号起泡剂。可见2号起泡剂所生成的泡沫稳定性最好。

1.1.2 起泡剂动态性能评价 阻力因子是衡量泡沫封堵效果的重要指标，其定义为注泡沫时物理模型两端的工作压差与水驱时的基础压差的比值。动态性能实验测试了浓度为0.5%的1～3号起泡剂溶液在气液比为3∶1～1∶3情况下的阻力因子。实验结果如表2所示。

表2 起泡剂动态性能评价实验数据

从表2数据可知，各种起泡剂的阻力因子随着气液比的增加而增大；2号起泡剂的阻力因子大于1号和3号起泡剂。可见2号起泡剂所生成的泡沫封堵能力最好。从泡沫的静态实验和动态实验可以看出，2号起泡剂产生的泡沫质量最好。

1.2 泡沫油敏性实验研究

泡沫油敏性实验评价了室温条件下浓度为1.0%的2号起泡剂溶液加入模拟油后的静态性能。实验采用Waring Blender方法，根据实验设计浓度配制成100 mL起泡剂溶液，搅拌后倒入量筒中，观测其发泡体积，泡沫半衰期及排液半衰期。

表3 泡沫油敏性实验数据

从表3可以看出，模拟油对泡沫的起泡体积、泡沫半衰期、排液半衰期均有较大的影响：起泡体积明显减小；排液半衰期明显缩短，排液速度增加，泡沫不稳定；泡沫半衰期明显下降，油浓度越高，泡沫破坏越快。这说明泡沫具有遇油消泡的特性，从而使泡沫在油藏中具有“堵水不堵油”的选择性封堵作用。

1.3 泡沫封堵提高采收率实验研究

实验采用并联模型模拟目标井的非均质性，测试泡沫的封堵性能、分流率情况及提高采收率性能。实验温度为80℃。高、低渗模型数据和采收率实验结果如表4所示。实验中测得分流率及驱替压力如图1所示。

表4 泡沫封堵提高采收率实验数据

图1 实验中分流率及驱替压力与注入体积关系曲线

从表4中可以看到，水驱后高低渗模型的采收率分别为59.4%和50.8%，经过氮气泡沫驱替之后低渗模型的采收率上升幅度达到15.9%，高于高渗模型的8.3%，说明氮气泡沫具有较好的提高采收率的效果。高、低渗模型的最终采收率分别上升到67.7%和66.7%，两者相差不大，说明氮气泡沫驱替比较均匀。

从图1中可以看出在水驱阶段高低渗模型的分流率是不同的，高渗模型的分流率大于低渗模型，此时的驱替压差约在0.2～0.3 MPa之间。当转入泡沫驱替之后，分流率发生了反转，低渗模型分流率高于高渗模型，这说明泡沫封堵了高渗模型造成其分流率变小，而此时的封堵压差迅速上升至1.75 MPa左右。之后在进行后续水驱中，开始时低渗模型的分流率仍大于高渗模型。经过一定时间后，高低渗透模型的分流率再次发生反转，驱替压差也迅速降低，这表明在水的冲刷下，泡沫逐步发生了破灭，也说明泡沫的封堵有一定的有效期。

从以上实验可以看到，泡沫对渗透率有选择性，优先选择进入渗流阻力小的高渗地层，在贾敏效应作用下增加了高渗透地层中气相液相的渗流阻力，使其转向流入低渗地层。由于泡沫具有剪切稀释的非牛顿流体特性，在低渗透层受到较大的剪切作用而封堵强度降低。这是泡沫稳油控水的重要机理。

2 氮气泡沫稳油控水技术现场应用

氮气泡沫稳油控水技术于2010年应用于海上某油田，是该项技术在海上大底水油田的首次应用。该油田是一个大底水油藏，底水能量充足，产液量高。目前该油田处于油田开发后期，底水上升严重，综合含水已超过97%。如何稳油控水，减缓底水上升是油田生产面临的严峻问题。

措施井是一口新投产的水平井，处于含水快速上升期。投产5个月以来含水已上升至70%以上。氮气泡沫稳油控水措施于2010年4月完成施工。由该井生产动态特征曲线（见图2）可以看到，从5月22日开始，含水出现较大幅度的波动，含水最大降幅达到15%，取得了较好的控水增油效果。

图2 措施井生产动态特征曲线

3 结论

通过泡沫静态实验、动态实验优选出了最佳发泡剂，并对泡沫的油敏性、封堵能力、提高采收率性能进行了研究。在室内实验中，泡沫表现出了良好的选择性封堵性能及提高采收率的效果。

氮气泡沫稳油控水技术在海上油田首次应用，取得了较好的效果。措施井降水增油效果明显，达到了增产的目的。

氮气泡沫稳油控水技术的成功实施，为海上大底水油藏生产井稳油控水治理提供了一项新技术，对今后类似油田的控水稳油工作具有重要意义。■

[1]王佩华.泡沫堵水调剖技术综述[J].钻采工艺,2000（23）：60-61.

[2]庞占喜，程林松，陈月飞，等.常规稠油底水油藏氮气泡沫控制水锥技术研究[J].石油学报，2007（28）:99-103.

2011-09-06