氮气泡沫复合体系在底水油藏水平井堵水中的应用

冉从俊

(中海石油(中国)有限公司曹妃甸作业公司，天津 300308)

对于水平井开采的底水油藏，受储层条件和目前工艺技术的制约，在开发过程中，临界生产压差和临界产量都较小，超过临界值，很容易引发底水锥进，导致高含水。一旦底水“脊进”突破，水平井见水后，含水上升迅速，产油量很快下降，产量损失大[1]，而海上油田多数水平井采用筛管完井堵水作业困难。底水油藏水平井往往还存在多点出水或潜在多点出水的可能，使得堵水作业更加困难，同时，堵水有效期也由于潜在出水点(底水即将突破还未突破的可能出水点)的存在而大大缩短。为了解决底水油藏水平井堵水的难题，本文针对氮气泡沫复合体系进行了相应研究，并成功应用于海上底水油藏水平井堵水作业。

1 底水油藏水平井堵水思路

结合底水油藏水平井堵水过程中存在的难题，在封堵体系上采用具有良好油水选择性的氮气泡沫复合体系。该体系结合了氮气泡沫的选择性优势，同时兼顾了凝胶体系的良好的封堵性能。该体系包括由含有凝胶微球的三相泡沫和凝胶泡沫以及聚合物凝胶，在工艺上采用远调近堵、压锥和堵水相结合，即在油藏出水点深部，利用含有微胶的三相泡沫进行深部产液剖面调整：三相泡沫中的微胶在油藏深部随着水线动态封堵，既封堵已出水通道，又可以随水线移动封堵潜在出水点，延长堵水有效期；同时，泡沫体系由于气体的存在可以对水锥进行控制，迫使突进的水线下降控制出水；在近井地带采用凝胶泡沫和凝胶体系对以形成的出水通道进行有效封堵。通过体系及工艺的有效结合，从而实现底水油藏水平井深部反向调剖与近井选择性堵水相结合。

2 氮气泡沫复合体系实验研究

氮气泡沫复合体系包含了三相泡沫和凝胶泡沫以及凝胶三种封堵体系，各自在不同工艺阶段发挥不同的作用，但其本身的性能是绝对措施成果与失败的关键。结合各自的性能特点对复合体系中各个药剂体系性能进行实验评价。

2.1 三相泡沫性能评价

2.1.1 三相泡沫的稳定性能

泡沫稳定性的评价指标主要是起泡体积和半衰期，而对于多相泡沫体系由于凝胶微粒的存在，会吸附在液膜处将相邻气泡连结，液膜处的微粒能增加气泡之间合并的阻力，从而增加泡沫稳定性。从图1看，聚合物微球在一定质量分数范围内对泡沫的质量和稳定性影响不大，当质量分数高于 6000 mg/kg 后,泡沫质量开始下降，主要是由于微球体系中油相组分的影响，导致泡沫稳定性变差。在底水油藏堵水过程中需要泡沫具有良好的稳定性，同时希望借助较高的聚合物微球浓度实现在油藏远端通过水流的再分配实现动态封堵。因此必须保证在较高的聚合物微球质量分数条件下，三相泡沫才能够具有良好的稳定性。

图1 聚合物微球质量分数对三相泡沫性能的影响

2.1.2 三相泡沫的封堵能力

由于三相泡沫的独特结构,保证泡沫在地层中渗流具有选择性,既能封堵高渗层及提高低渗层波及系数,又能有效地封堵水层,选择油层进行流动,提高了洗油效率。同时，微球在孔喉中的移动、封堵和再移动,发挥了泡沫和聚合物微球两种调驱技术的优势,封堵效果明显[2]。

利用双管并联岩心可以模拟非均质地层注三相泡沫的封堵情况。从图2三相泡沫注压差变化曲线看，当注入三相泡沫体系后,泡沫体系会优先进入高渗岩心,而且高渗岩心的残余油饱和度低,易于泡沫在多孔介质中的稳定性,可以充分发挥泡沫的调剖作用，因此注入压力上升。随着三相泡沫注入压力的稳定(后期由于聚合物微球存在吸水膨胀，且具有较高的强度),在孔喉位置形成新的封堵，因此有一个二次爬坡台阶。聚合物微球具有弹性变形能力，当压力大于突破压力时,聚合物微球会发生变形,从而突破喉道,封堵油层深部。在压差曲线上,压差表现出明显的上下波动。从实验结果看，含有聚合物微球的三相泡沫体系能够满足针对底水油藏水平井提出的远调的目的，能够在油藏深部实现对潜在出水点的封堵。

图2 三相泡沫注采压差变化曲线

2.2 凝胶泡沫及凝胶性能评价

凝胶泡沫综合弱凝胶和氮气泡沫的双重优势，能封堵大孔道，防止水窜，调整吸水剖面。凝胶体系交联后黏度上升，可封堵大孔道，降低水窜能力，调整吸水剖面

2.2.1 凝胶体系对泡沫性能的影响

在凝胶泡沫体系中，凝胶易在气泡表面形成吸附膜，将泡沫包裹在内部，增强了气液界面的黏度，气泡在液膜间的排出速度减小，使得泡沫不容易发生聚并破裂，从而增强了泡沫的稳定性以及黏度，使得其半衰期也增大[3]。如图3中，随着聚合物及交联剂的增加凝胶泡沫的析液半衰期增加，且起泡剂对泡沫半衰期的影响小于聚合物质量分数的影响，可见凝胶体系对泡沫性能有良好的增强作用。

但由于溶液表观黏度和表面黏度的增大，降低了气体在液膜中的溶解度，而且液膜中起泡剂分子不能自由移动，使得起泡能力减弱，起泡体积有所减小。图3中起泡体积随着聚合物和交联剂的增加而降低，且在凝胶泡沫体系中当起泡剂质量分数一定时，主要是凝胶体系的性能影响整个凝胶泡沫体系的性能。

图3 不同聚交比凝胶对凝胶泡沫性能的影响

2.2.2 泡沫液对凝胶成胶性能的影响

由于泡沫液中的起泡剂是一种表面活性剂，当起泡剂与凝胶混合时，活性基团在凝胶内部一定程度抑制了交联剂和聚合物的结合，有效延长了成胶时间，成胶强度也受起泡剂的影响有所下降，但下降幅度不大。如图4所示，在不同起泡剂浓度下成胶时间延长，但成胶强度变化不大，凝胶泡沫成胶性能还主要由聚交比决定。

图4 起泡剂质量分数对成胶效果的影响

2.2.3 凝胶及凝胶泡沫稳定性评价

凝胶泡沫及凝胶的稳定性是其能否有效封堵出水孔道的保障，良好的热稳定性可以使堵剂的有效期保持较长的时间，增加堵水作业的有效期，使其产生更好的经济效益。本文针对氮气泡沫复合体系中的凝胶及凝胶泡沫在75℃条件下考察其热稳定性，如图5所示。不同聚交比的凝胶在 60 d 的老化实验中凝胶强度基本保持不变，具有良好的热稳定性。同时，针对凝胶泡沫中加入起泡剂后对凝胶的稳定性影响液进行了评价，评价结果如图6所示。不同质量分数的起泡剂对凝胶的初始强度有一定影响，但对其老化性能影响不大，在 60 d 的评价周期内仍有很高的凝胶强度，能够满足封堵的长效性。

图5 不同聚交比凝胶老化性能

图6 不同起泡剂浓度对凝胶泡沫老化性能影响

3 现场应用

曹妃甸11-1油田是典型的底水油藏，经过多年开发，目前已进入高含水、高采出程度阶段，面临着含水上升快、底水锥进严重、产量递减大、剩余油开采难度大等问题。A67H井是位于CFD11-1油田Um797砂体上的一口水平井，该井于2014年10月30日投产，初期日产油72吨，含水2%；后期随着生产含水不断上升，截至2018年，该井措施前平均含水98.35%，平均日产液 1016 m3/d，日产油 16.7 m3/d。结合该井的油藏特点，采用氮气泡沫复合体系对该井实施堵水作业，采用含有聚合物微球的三相泡沫+凝胶泡沫+凝胶的三段塞设计，前置含有聚合物微球的三相泡沫在利用泡沫压制底水的同时利用微球在地层深部随水自由流动产生二次封堵，同时能够对潜在的出水点进行封堵。凝胶泡沫封堵主体出水通道，同时利用泡沫的特性进一步控制水锥。最后利用凝胶进行封口作业，防止堵剂返吐，保证堵水的有效性。措施后取得了良好的降水效果，从措施前的含水98%下降至80%，含水下降达18个百分点。开井初期化验含水86%，后有大量气体返出，恢复产液后含水下降至78%。日含水最低下降至70%，后又恢复至80%左右。

4 结论

1)针对底水油藏水平井堵水，提出了以氮气泡沫复合体系为基础的远调近堵、压锥和堵水相结合的工艺思路；2)通过对氮气泡沫复合体系的性能评价，该体系能够满足现场施工的需求，且具有良好的封堵能力和稳定性；3)氮气泡沫复合体系在CFD11-1油田A67H井堵水中的成功应用，说明氮气泡沫复合体系及其远调近堵、压锥和堵水相结合的工艺思路能够有效解决底水油藏水平井堵水的难题。