高温氮气泡沫调剖控水技术的应用及发展方向

2011-11-16郭达吉王龙王双庆

石油石化节能 2011年3期

关键词：发泡剂稠油氮气

郭达吉王龙王双庆

（1.北京百利时能源科技有限责任公司；2.长城钻探公司工程技术研究院；3.长城测井公司国际项目部）

高温氮气泡沫调剖控水技术的应用及发展方向

郭达吉1王龙2王双庆3

（1.北京百利时能源科技有限责任公司；2.长城钻探公司工程技术研究院；3.长城测井公司国际项目部）

水平井蒸汽吞吐成为目前稠油高效开发的重要手段。在开采过程中，由于蒸汽与地下原油间密度差引起的重力分异作用和黏度差引起的黏滞指进，以及地层存在的非均质性等诸多因素的影响，导致蒸汽超覆和汽窜现象，造成驱替波及系数小、采收率低、油藏动用程度差、边底水推进等问题，不但浪费了大量生产蒸汽的能源，而且开采效果差。高温氮气泡沫调剖控水技术通过对高渗透层或汽窜通道进行封堵，调整油层吸汽剖面，调整层内注汽和油流通道，扩大驱油面积，达到提高蒸汽吞吐效果和降低出水率的目的，节约了能源，提高了开采效果。了解高温氮气泡沫调剖控水技术的应用现状及发展方向，对稠油水平井高效开发具有一定的借鉴意义。

稠油水平井氮气泡沫调剖控水

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.03.005

1 概述

随着钻井水平的不断进步，水平井逐渐成为稠油高效开发的重要手段，近年来，各油田纷纷采用水平井来开采稠油油藏。截至2010年8月，辽河油田累计完成各类水平井870多口，主要用于稠油、超稠油油藏开发，平均单井产量提高3～5倍，取得良好的效果。稠油、超稠油开采的主要方式是蒸汽吞吐。在开采过程中，由于隔层不发育、层间存在渗透率差异以及蒸汽超覆等原因的影响，注汽时，高渗透层为强吸汽层，低渗透层为弱吸汽层，甚至不吸汽，随着蒸汽吞吐轮次的增加，进一步加剧了井间汽窜干扰现象，大大地降低了蒸汽吞吐效果。目前辽河油田平均每年有100多口稠油水平井需要调整吸汽剖面，有40多口水平井出现汽窜问题。同时稠油水平井含水率也越来越高，主要来源于不断锥进的边底水和注入的蒸汽水。如辽河油田稠油水平井含水率达到75%～95%，绝大部分SAGD井组一直保持高含水生产。

目前，最有效的方法就是高温氮气泡沫调剖堵水技术，即采用耐高温的（化学）氮气泡沫调剖堵水剂对高渗透层或汽窜通道进行封堵，调整油层吸汽剖面，充分发挥低渗透层潜力，调整层内注汽和油流通道，扩大驱油面积，从而达到提高蒸汽吞吐效果和降低出水率的目的。另外，蒸汽驱作为稠油主要的转换开发方式之一，随着汽驱的深入进行，蒸汽会沿高渗透层指进，形成汽窜通道，降低了汽驱效果，为此采用高温氮气泡沫调剖技术对汽窜通道进行封堵，调整汽驱剖面，扩大汽驱波及体积，提高汽驱效果，也是行之有效的方法。

2 高温氮气泡沫调剖控水技术

泡沫作为转向分流剂的研究开始于20世纪60年代，70年代后泡沫已广泛地用于基岩酸化过程中的分流剂。Bernard和Holm首先提出泡沫可选择性地堵塞高渗透地层。氮气泡沫调剖、控水机理主要体现在以下四个方面。

2.1 氮气泡沫调剖堵窜作用

其原理是在注蒸汽时通过加入一定比例的氮气和发泡剂，利用发泡剂在地层汽、水窜流孔道中产生高黏度泡沫流，增大流动阻力，降低蒸汽的渗流能力，从而使注汽压力升高，迫使其后注入的蒸汽转向低渗层、高含油饱和度区域，扩大蒸汽的波及体积；利用氮气泡沫“堵大不堵小”及“堵水不堵油”的作用，封堵高含水高渗层段，实现蒸汽转向动用高含油饱和度层段的目的，从而实现降水增油、提高边水侵入油藏的开发效果[1]。

2.2 氮气泡沫调驱作用

主要是在蒸汽驱过程中，通过氮气泡沫的封堵作用，抑制蒸汽沿汽窜通道突进，改变蒸汽走向，扩大蒸汽波及体积，提高汽驱开发效果。

2.3 氮气助排作用

（1）扩大蒸汽的波及体积。油井在注汽时，通过油管或油套环形空间伴蒸汽连续向地层注入氮气，利用氮气良好的膨胀性，扩大蒸汽的波及体积。

（2）调整吸汽剖面。注入氮气可使油层吸汽更加均匀，启动低渗透层。

（3）增加驱动能量。驱动地层中的原油及冷凝水迅速返排，达到增加地层能量、提高回采水率、改善油井生产效果的目的。

（4）增加生产压差。举升过程中，由于产出液中混有氮气，可降低井筒液柱压力，增加生产压差。

2.4 氮气与表面活性剂共同提高洗油效率

在特超稠油油藏利用氮气、蒸汽及降黏剂的复合作用，达到扩大蒸汽波及体积、增加地层能量、改善地层原油流动性的目的，提高特超稠油开发效果。

HTF-BZ高温氮气泡沫调剖堵水剂是国外的一种新产品，主要应用于稠油油藏蒸汽驱和蒸汽吞吐开采，在地层大孔道产生泡沫降低蒸汽的渗流能力，解决蒸汽“超覆”或“气窜”问题，增大驱替体积，提高波及系数，同时可大幅度降低油水界面张力，改善岩石表面的润湿性，提高驱油效率，同时大幅度降低出水率。HTF-BZ高温发泡剂具有耐温300℃以上、阻力因子≥20、半衰期≥25 min等优点[2]。

该技术现场施工工艺简单，首先检查井口情况，确保满足注汽条件。然后向井内注汽排水，蒸汽从油管注入，氮气和发泡剂从套管环空中注入，按照设计段塞数和设计注入量、注入速度进行。施工流程见图1。

3 现场应用及效果评价

3.1 施工简况

胜利油田某井区块总体构造形态为自东南向西北倾没的单斜-鼻状构造，构造倾角2°～3°。沙二段油层顶面埋深为936～976 m，含油闭合高度40 m。沙三段与沙二段顶面构造形态在纵向上具有继承性。该单元中油位于南部构造高部位，边底水主要位于北部，油藏水油体积比大于10∶1，水动力能量充足，构造低部位及断层附近水淹严重。

现场施工时，从空气中分离出氮气后直接注入井中。在油井注蒸汽过程中，由于油管注入蒸汽的干度大于70%，由环空注入氮气和发泡剂，在蒸汽连续注入情况下采用段塞式泡沫注入方式。综合考虑井深、油层厚度、蒸汽注入量和边底水锥进状况等因素。正常注蒸汽12 h后开始注入第一个发泡剂段塞，发泡剂注入速度280 L/h，注入4 t，2 h后开始注入氮气，氮气注入速度800～1 000 m3/h，持续注入，直到注完全部设计量。第一个发泡剂段塞注入结束16 h后，开始伴蒸汽注入第二个段塞，发泡剂注入速度200 L/h，注入3 t，注完后继续注入蒸汽及氮气，共注蒸汽2 100 t，氮气47 700 Nm3，累计注入发泡剂7 t。整个施工周期为12天。

3.2 应用情况

该井措施实施前，产液量27 t/d，产油量1 t/d，含水率96.3%。措施实施后，产液量36 t/d，产油量7.2 t/d，含水率80.0%。有效期4个月，累计增油650 t。总计投入费用65×104元。根据原油商品率95%及相应年限胜利油田原油价格测算，扣除各种上交税值后原油平均价格为3 200元/t，增产效益为208×104元。净效益等于增产效益减去总投入费用，注氮气泡沫与蒸汽提高稠油采收率矿场试验增产经济效益为196.5×104元，投资收益比为3.2。

3.3 效果评价

胜利油田2010年1—7月，采用该技术共实施氮气泡沫调剖、抑制边水131井次。目前措施井可评价79井次，有效64井次，有效率81%，累计措施增油5 580 t。周期结束井投入产出比为1∶2.06，取得了明显效果。氮气泡沫抑制边水治理效果见表1。河南油田自2007年以来，分别开展了氮气助排、氮气泡沫调剖技术推广应用、抑制边水技术、氮气泡沫调驱技术试验。2010年共实施300余井次，阶段累计增油3.0×104t，含水下降10个百分点。新疆油田开展了规模氮气助排及氮气泡沫调剖调驱技术试验，应用4井次，单井产油由7.2 t/d上升到9.5 t/d，含水由87%下降到81%，取得了一定效果。现场应用证明，氮气泡沫可以有效抑制气窜，改善蒸汽剖面，转入蒸汽泡沫驱后油藏含水明显下降，并保持较长稳产时间。

表1 氮气泡沫抑制边水治理效果

4 应用前景及发展方向

近年来，水平井逐渐成为稠油高效开发的重要手段。开采中出现的驱替波及系数小、采收率低、油藏动用程度差、边底水锥进等问题越来越受到重视。据统计，辽河稠油区第一轮注蒸汽最高压力超过16 MPa，第三轮后只有9 MPa，蒸汽吞吐效果发生快速递减。目前辽河油田平均每年能有100多口稠油水平井需要调整吸汽剖面，有40多口水平井出现汽窜问题。河南油田热采老区汽窜每年发生421井次，影响产量8 798 t。大庆水平井整体含水率达到84%。辽河油田稠油水平井含水率达到75%～95%，大部分SAGD井组一直保持高含水生产。华北油田2008年钻48口水平井，其中44口井不同程度出水，最高达到94%。因此，高温氮气泡沫调剖控水技术具有广阔的应用前景。随着高温氮气泡沫调剖控水技术的广泛应用，未来该技术发展及技术应用方向是不断改善调剖控水剂的性能及参数优化，降低成本，扩大应用范围。