高温氮气泡沫调剖技术在Girasol油田的应用

朱 明，姚 凯，叶惠民，赵 煊，李晓益

(1.中石化石油工程技术研究院，北京，100101；2.中石化国际石油勘探开发有限公司，北京，100083)



高温氮气泡沫调剖技术在Girasol油田的应用

朱 明1，姚 凯1，叶惠民2，赵 煊2，李晓益1

(1.中石化石油工程技术研究院，北京，100101；2.中石化国际石油勘探开发有限公司，北京，100083)

针对哥伦比亚Girasol油田热采井汽窜导致的高含水问题，进行了氮气泡沫调剖技术的室内实验及参数优化研究，通过评价实验和驱替实验优选出性能优良的泡沫剂，并对注入方式和注入参数进行了优化。该技术在哥伦比亚Girasol油田F004井应用后，含水率由98%下降至51%，日产油由0.46 t/d上升到12.08 t/d。现场应用9口井，平均增油率为305.25%，效果显著，表明氮气泡沫调剖技术能有效改善稠油油田蒸汽吞吐后期开采效果。

氮气；泡沫；调剖；稠油；蒸汽吞吐；Girasol油田；哥伦比亚

引 言

哥伦比亚Girasol油田[1]随着开发的进行，高含水井增多。分析认为是由生产井或邻井注入的蒸汽及一部分地层水导致汽窜而引起的高含水[2]。研究表明[3]，对于常规的汽窜井，采用氮气泡沫调剖技术能取得较好的效果。针对Girasol油田热采井由汽窜导致的周期产油量低、油汽比低、综合含水高的开发现状，开展了氮气泡沫调剖技术研究，重点研制可耐温300℃以上的高温泡沫体系，并在Girasol油田开展现场试验。

1 室内研究

高温泡沫体系的核心是选择性能优良的泡沫剂[4-12]，使之能在蒸汽吞吐高达300℃温度的条件下发挥功效。泡沫剂性能评价包括静态性能评价和动态性能评价。

1.1 静态性能评价

(1) 发泡性评价。泡沫剂发泡性是指泡沫形成的难易程度和生成泡沫量的多少，以发泡体积来衡量。其值为将1%的泡沫溶液100 mL倒入1 000 mL量筒中充分搅拌后所测得的体积。将5种泡沫剂在60℃恒温水浴下分别进行清水溶液和地层水溶液的发泡实验(表1)。由表1可知，YL-10泡沫剂发泡体积最大，且抗盐性能最好。

表1 泡沫剂发泡性评价实验

(2) 稳定性评价。泡沫的稳定性是指泡沫存在的“寿命”长短，用泡沫半衰期来衡量，即泡沫体积衰减至1/2时所需的时间。将用地层水配置的5种泡沫剂分别在60℃和300℃下进行72 h稳定性评价实验(表2)。由表2可知，YL-10泡沫剂高温老化后，半衰期变化不大，热降解率为0，稳定性好。

表2 泡沫剂稳定性评价实验

1.2 动态性能评价

(1) 封堵性能评价。应用单管连续驱替实验装置对5种泡沫剂进行驱替实验，300℃下，YL-10泡沫剂封堵压差可达到1.9 MPa，阻力因子达到35以上，均高于其他泡沫剂。

(2) 驱油性能评价。应用热采长岩心驱替实验装置对5种泡沫剂进行驱替实验，在300℃下，注入3倍孔隙体积的1%泡沫剂溶液后，YL-10泡沫剂的驱油效率达到70%，均高于其他泡沫剂。

2 注入方式和注入参数优化

2.1 注入方式优化

设计了3种注入方式，见表3。

表3 高温氮气泡沫注入方式

实验结果如图1、表4所示，3种驱替方式的驱

图1 不同注入方式驱替效率对比

驱替方式驱替效率/%最大注入压力/MPa单纯蒸汽吞吐30.162.45方式149.333.37方式263.334.04方式368.444.71

替效率和注入压力均高于单纯蒸汽吞吐，方式3驱替效率和注入压力均最高，方式2次之，方式1较小；由于注入方式存在差别，虽然方式2和方式3两者均远高于单纯蒸汽吞吐采收率，但方式3比方式2驱替效率提高5.11个百分点，注入压力增长幅度更高，即氮气+泡沫剂连续混注方式驱替效果更好。

优化的注入方式为：注汽前预先注氮，采取反注方式，以保护套管；注汽过程第1～4 d伴注氮气和泡沫，采取正注方式。实验表明，产生的泡沫在一定时间内仍然可保持较高的封堵压差；增加氮气和泡沫剂的段塞数目，缩短单个段塞注入时间，泡沫剂量逐渐减少。

2.2 注入时机优化

设计了2种不同注入时机的实验方案，见表5。

表5 泡沫不同注入时机的实验方案

泡沫剂注入时机对驱替效率和封堵压差具有较大影响，实验结果如图2和表6所示，2种不同注入时机方案的驱替效率和注入压力均高于单纯蒸汽吞吐；方案1比方案2效果更好，驱替效率提高4.20个百分点，对应注入压力更高。说明早注入泡沫的效果明显大于晚注入泡沫的效果，即稠油蒸汽吞吐时，泡沫段塞注入越早效果越好。

图2 不同注入时机驱替效果对比

驱替方式驱替效率/%最大注入压力/MPa单纯蒸汽吞吐43.821.74方式178.773.95方式274.572.21

2.3 气液比优化

氮气注入是一个压缩过程，释放时会吸热，注入量太大，会影响蒸汽吞吐效果。建议适当提高水平井注汽量，降低氮气注入量，保证注汽效果。相关实验结果表明，4 MPa、280℃条件下，氮气与蒸汽气液比达到4∶1后，驱替效率提高20%以上，随后增加气液比对驱替效率影响不大。

3 现场应用

3.1 选井依据

选井依据为：①有层间干扰或汽窜现象，导致周期产量下降；②含水不小于70%，无管外窜导致的高含水；③周期注汽压力降低，有水窜孔道形成；④井筒状况无问题；⑤吞吐周期大于2周期。

3.2 实例分析

该技术在哥伦比亚Girasol油田现场应用9口井，施工成功率为100%，平均增油率为305.25%，效果最好的1口井增油率达1 311.62%，效果非常显著。

F004井为哥伦比亚Girasol油田的一口汽窜井，施工采用压力为25 MPa、排量为900 m3/h的制氮车，注蒸汽前采取反注方式预先注氮气1 d，注汽过程采取正注方式伴注氮气和泡沫3 d，将气液比控制在4∶1左右，后续单注蒸汽5 d。YL-10泡沫剂注入浓度为0.5%(由注入的蒸汽稀释)，注入量按蒸汽注入量的0.4%～0.5%设计，共6 t，分3个段塞注入，每个泡沫剂段塞用量为2 t；泡沫剂注入速度控制在0.2 t/h，每天注入时间为10 h左右。累计注氮气量为60 000 m3。施工前该井含水率为98%，日产油为0.46 t/d；施工后含水率下降至51%，日产油上升至12.08 t/d。现场试验表明，氮气泡沫调剖技术能有效降低含水率，提高稠油产量。

4 结 论

(1) 室内实验和现场应用表明，氮气泡沫调剖技术能显著提高稠油油田开发效果。

(2) 泡沫剂的质量至关重要，选择发泡性能好、半衰期长、阻力因子大、耐温耐盐、洗油效率高的泡沫剂是泡沫调剖的关键因素。

(3) 注入参数及工艺对泡沫调剖效果的影响较大，选择合理的注入速度、氮气量及注入方式可有效提高泡沫调剖效果。

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编辑 孟凡勤

20141225；改回日期：20150122

国家科技重大专项“中东中亚富油气区大型项目勘探开发关键技术”(2011ZX05031-004)

朱明(1982-)，男，工程师，2006年毕业于长江大学石油工程专业，2012年毕业于中国石油大学(北京)油气田开发工程专业，获博士学位，现从事采油工程理论与技术相关研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.02.035

TE345

A

1006-6535(2015)02-0137-03