海上A 油田气窜治理技术研究

宫汝祥，张雪娜，黄子俊，刘伟伟，刘海涛，郑玉飞，朱彤宇，潘玉萍

（1.中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津 300459；2.海洋石油高效开发国家重点实验室，天津 300459）

全球低渗透油气藏约占油气总储量的38%，我国低渗透油气藏占油气总储量的46%，具有分布广、储量大的特点，具有较大开发潜力。与常规油气藏相比，低渗透储层具有复杂的孔隙空间结构，较强的非均质性，常规的水驱开发往往存在注水困难、渗流阻力大、储层水敏和采收率低的问题。注气开发能较好地解决低渗透油藏水驱面临的问题，因此，气驱是低渗透油气藏应用最广泛的提高采收率方法之一[1-4]。然而气体黏度低，同时低渗透油气藏通常具有非均质性，在气驱过程中易发生气窜，使得开发效果大幅下降[5-7]。

海上A 油田为陆相沉积复杂断块油田，呈现“大倾角”、“高温”、“中低渗”等油藏特征。该油田于2007年底开始注烃气开发，累计注采比达到0.62，注气开发效果较好。但随着气驱不断进行，采油井出现气窜，导致产油量明显下降、注入气无效循环。目前，区块已开展了部分治理对策，主要包括加大注气量、增加注气井组等方法。然而，上述方法无法从根本上解决气窜问题，导致气窜治理效果不明显。

针对上述问题，对目前相对成熟的气窜治理技术的原理、特点、适用条件等方面进行梳理。在此基础上进行岩心物理模拟实验，开展不同气窜治理技术适应性分析，为同类型油田的注气开发方案优化调整提供依据。

1 气窜治理技术调研

目前现场实施较多的气窜治理技术有动态调配和化学调堵技术[8-12]。

动态调配技术主要包括层系调整、注采结构调整、注入方式调整和注入剖面调整等技术[13-14]，该类技术原理主要是通过对气驱注采井的动态参数进行调配，以实现气驱的均衡驱替。（1）层系调整通过对气窜后开发程度较高的层系进行封层，扩大气体波及体积，此技术适应于有良好的隔层和一定的经济可采储量的储层。（2）注采结构调整主要针对注气过程中一线井气窜后，借助数值模拟技术通过流场调控，包括降低注气量、降低采液量或关井等技术，改变液流方向，扩大气体波及范围。（3）注入方式调整通过实施气水交替技术，改善气油流度比，扩大波及体积，此技术主要应用在注气开发后期的严重气窜阶段，因易产生气锁、阻碍气体流动，因此在特低渗透砂岩储层慎用。（4）注入剖面调整主要通过重新分配注气量，扩大气体的波及范围，提高气体的利用率[15-20]。该技术主要针对于不同小层注气效果差异较大的情况。动态调配技术受油藏条件限制较少，具有简单易行、经济有效、能够实现气体均衡驱替的优点，工艺适用性较强，但调整能力较弱，目前主要在苏北CS 油田实施。

化学调堵技术根据调堵体系分为泡沫类、颗粒类、树脂类、聚合物凝胶类和无机盐类，技术原理是利用各类药剂体系的封堵性能实现气窜通道治理，化学调堵体系不同，封堵强度和封堵作用时间不同。（1）泡沫类调堵是气体与起泡剂生成泡沫抑制气窜，通过堵水不堵油可实现选择性封堵，但作用时间短，起暂时封堵作用，主要应用于注气初期或中期的中高渗储层[21-22]。（2）无机盐类调堵是通过在地层形成沉淀堵塞物封堵地层，体系黏度低、可深部调剖，但强度较弱，容易和地层矿物质发生化学反应生成沉淀，堵塞地层，造成严重的地层伤害，因此，矿场应用较少。（3）树脂类调堵的机理是化学体系在地层温度和硬化剂作用下固化，包括酚醛树脂、环氧树脂等，强度极高，可堵死孔道，技术经济性差。（4）颗粒类调堵是通过捕集、絮凝等作用实现物理堵塞，包括土类、颗粒、预交联凝胶颗粒等，作用时间长，针对裂缝和大孔道可实现永久性封堵，在新疆油田红48 断块得到应用。（5）聚合物凝胶类调堵是通过交联反应生成凝胶，通过吸附等特性实现封堵，主要应用于具有明显窜流通道的油藏或裂缝性油藏，该体系价格低廉，可选择性封堵，注入性好，封堵能力中等，可实现深部封堵，在油田应用较为广泛[23-24]。

结合目标油藏“中低渗、大倾角、非均质性强、无裂缝和大孔道”等特点，参考各种气窜治理技术原理、工艺适用性、技术经济性等调研结果，确定动态调配法、泡沫法、凝胶法作为气窜治理备选技术，进行详细适应性室内实验研究。

2 气窜治理技术室内实验

2.1 实验设计及方法

2.1.1 实验设计 利用驱替物理模拟实验装置开展不同优势渗流通道级别不同防窜方法技术适应性研究。采用不同纵向非均质系数模型模拟不同优势渗流通道级别，通过分析不同气窜治理技术实施前后的增油量、见气量等参数的动态变化，在岩心尺度探索适合本油藏不同条件下的气窜治理技术，为气窜方案设计提供必要参数。

根据调研结果，设计动态调配气窜治理物理模拟实验和化学调堵气窜治理物理模拟实验。设计实验方案见表1，采用物理模拟实验装置开展不同因素下的气驱油实验研究。设定模型倾角为15°，实验温度为120 ℃，实验压力为20 MPa，共计10 组实验。

表1 气窜治理技术室内实验方案

2.1.2 实验材料 氯化钠、氯化镁、氯化钙、硫酸钠、碳酸氢钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。油样取自海上油田X 区块。物理模拟实验采用填砂管模型，尺寸为φ3.8 cm×60 cm；玻璃微珠，80～220 目。

2.1.3 实验装置 物理模拟实验装置由注入系统、模型系统、数据采集与处理系统、采出处理系统组成。注入系统包括高精度计量泵、气体增压泵、缓冲容器、气体流量计和气瓶等。模型系统包括三管并联模型和二维可视化模型两种，见图1、图2。二维可视化模型本体内部尺寸为50 cm×25 cm×40 cm，模型左侧布设1 口垂直注入井，模型右侧布设1 口垂直生产井，2 口井均全部射孔，模型内部采用保温材料，外部采用加热套模拟油藏温度，三管并联模型尺寸为直径3.8 cm，长100 cm。数据采集与处理系统对模型本体不同位置进行温度、压力监控、采集和处理。采出处理系统由回压控制器、油水分离装置等组成。

图1 二维可视化物理模拟装置

图2 三管并联物理模拟装置

2.1.4 实验方法 具体实验步骤如下：（1）油、气样准备：原油脱水至含水率小于0.5%，气驱介质为天然气混合物，实验室自制；（2）饱和水：将填砂管倾斜一定角度，使用恒流泵由低向高对填砂管饱和地层水；（3）饱和油：使用恒流泵向填砂管中注入原油直至出口端不再有水产出，记录出口端产出水的体积即为饱和油体积，并计算含油饱和度；（4）气驱：以设定的条件由高向低对填砂管进行气驱。记录采出端见气时间、产气量、产油量及产水量随时间的变化。设定实验温度为120 ℃，实验压力为20 MPa。

2.2 结果与讨论

分析不同优势渗流通道条件下不同气窜治理对策实施前后增油量、见气量等参数的动态变化。

2.2.1 降低注气速度治理技术 三管并联驱替模拟实验表明，不同优势渗流通道条件下，降低注气速度对气窜的治理效果不同。当优势渗流通道较弱时，注气速度越大，初期采油速度越大，但气窜较早，气窜之后产油量急剧下降，最终影响累产油量（图3）。当驱替速度由2.0 mL/min 降低至0.5 mL/min 时，见气时间由14.3 min 延长至133.0 min，见气PV 数由0.12 PV 上升至0.28 PV，最终采收率提高12%；当优势渗流通道较强时，随着驱替速度下降，见气时间和见气PV 数无明显变化，且随着注气速度的下降，产油速度和累产油量无明显提升。说明优势渗流通道级别较低时，降低注气速度，有利于气体的均匀扩散，扩大波及系数，提高开发效果。当优势渗流通道增强后实施气驱技术，调整注气速度对降低气窜程度作用较小。

图3 降低注气速度治理技术生产动态曲线

2.2.2 气窜封层治理技术 设计三管并联驱替模拟实验，三管渗透率级差约为6，记录采出端产气及产油情况，见图4。分析封层措施对气窜的治理效果。从图4可以看出，在驱替过程中，注入气优先进入高渗透率填砂管，同时高渗透率填砂管中原油优先采出，在注气初期，相同时间内，渗透率越高累产气量越大，累产油量越高；高渗透率填砂管约在90.0 min 后发生气窜，随后产气速度快速上升，产油速度快速下降至不产油，此时高渗透率填砂管累计产油量170 mL，累计产气量40 mL。260.0 min 后高渗透率填砂管不产油时，封堵高渗层，此时中渗透率填砂管产油速度明显上升，注入气开始进入到中渗层驱替出剩余油，低渗透率填砂管产油速度小幅上升，随着注气进行，中渗透率填砂管产气速度快速上升，当中渗透率填砂管气窜后，产油量下降到不产油，中渗透率填砂管累计产油量121 mL，累计产气量39 mL。370 min 后中渗透率填砂管不产油，此时封堵中渗透率填砂管，措施后低渗层产油速度先上升后下降至不产油，产气速度快速上升，后期稳定，低渗透率填砂管累计产油量80 mL，累计产气量26 mL。通过此实验可以看出，气窜后封层有利于解决注气层间矛盾，通过封闭高渗层，扩大气体在中低渗层位的波及体积，提高原油采收率，它适合注气开发中后期层间矛盾明确的注入井。

图4 气窜封层治理技术生产动态曲线

2.2.3 化学调堵治理技术 设计二维可视化驱替模拟实验，渗透率级差约为6，先常规注气，气窜发生后注入端注入起泡剂，对比起泡剂注入前后采出端产气及产油情况，分析化学调堵措施的气窜治理效果。在驱替过程中，高渗层约在40.0 min 优先见气，在见气前，高渗层产油速度高于中渗层、低渗层，高渗层见气后，产油量急剧下降，中渗层产油速度稳定，低渗层维持低速开采，随后高渗层产油速度下降并趋于0，产气速度迅速上升至0.06 mL/min。中渗层约80.0 min 后见气，发现气窜，产油速度下降并趋于0，产气速度迅速上升至0.03 mL/min。于130.0 min 第一次注入起泡剂，注入起泡剂后，中渗层、高渗层的产气速度迅速下降，产油速度明显提高，低渗层的产油速度也有较大幅度上升。在160.0 min 时封堵失效，中渗层、高渗层的产气速度上升，产油速度再次降低，于190.0 min 第二次注入起泡剂，高渗层产气量没有明显下降，产油量没有上升。中渗层产气量小幅下降后再次上升，中渗层产油速度再次升高后下降，低渗层产气量继续上升，产油量先上升后下降。高渗层累计产油量122 mL，累计产气量9 mL；中渗层累计产油量108 mL，累计产气量3 mL；低渗层累计产油量83 mL，累计产气量1 mL。这是由于泡沫具有一定的黏度和气阻效应，能够抑制注气过程中的气体窜流，改善油水流度比。同时泡沫流体具有选择性，能够优先封堵高渗层，该措施适合注气初期或中期的气窜问题，后期严重气窜后泡沫封堵作用减弱。

综合治理技术适应性分析可以看出，降低注气速度适用于注气开发早期，优势渗流通道形成后，调整注气速度作用不大；优势渗流通道形成后注气端可通过泡沫调堵措施解决气窜问题，生产端可通过气窜封层措施扩大气体的波及体积。

3 结论

（1）气窜治理技术有动态调配和化学调堵技术。动态调配技术主要包括层系调整、注采结构调整、注入方式调整和注入剖面调整等技术，化学调堵技术根据调堵体系分为泡沫类、颗粒类、树脂类、聚合物凝胶类和无机盐类，目标油藏气窜治理技术筛选需结合目标油藏特点及各种气窜防治技术原理、工艺适用性、技术经济性综合考虑。

（2）不同气窜阶段适合开展的气窜治理技术不同，降低注气速度适用于注气开发早期，但优势渗流通道形成后，调整注气速度作用不大；优势渗流通道形成后注气端可通过泡沫调堵措施解决气窜问题，生产端可通过气窜封层措施扩大气体的波及体积。