二氧化碳驱气窜治理方法研究

【摘要】CO₂驱油过程中，气窜的发生是影响驱油效果及降低采收率的最重要因素，但不同类油藏、不同开发阶段发生气窜的主要原因各有不同，因此针对气窜原因及类型选择合适的封窜技术十分重要。本文在对不同类封窜体系机理及特点分析的基础上，结合油田树101区气窜井组特点，选择进行泡沫封堵，并优化了调剖方案，从而取得良好的调剖效果。

【关键词】CO₂气窜 水气交替 凝胶 泡沫

1 前言

CO₂是一种低密度、非粘稠、高流动性的流体，粘度远远低于地层水和地层原油，因此在CO₂驱油过程中，不利的流度比将导致粘性指进，降低波及效率；同时由于地层的非均质性、裂缝等的存在，亦会导致气窜的发生，从而降低了驱油效率。树101实验区树93-碳16、树96-碳12、树96-碳16井气窜后平均单井日产油量由3.9t/d下降到1.6t/d，气油比平均由22.8 m³/m³上升到145.3 m³/m³，因此CO₂驱必须抑制气体的过早突破才能获得较高的石油采收率。目前CO₂封窜主要从改善CO₂流度或封堵窜层两方面来开展封堵技术研究，主要有水气交替、泡沫、凝胶、沉淀等化学封窜方法。

2 四种封窜技术特点评价

2.1 泡沫封堵技术

技术优点：一是泡沫体系具有“堵高不堵低”的特性；发泡剂在地层中具有良好的再次发泡能力，而且对低渗层位不会造成永久性的污染；二是泡沫剂本身是一种表面活性剂，能较大幅度降低油水界面张力，改善岩石表面润湿性，使原来呈束缚状的油通过油水乳化、液膜置换等方式成为可流动的油；三是泡沫流动需要较高的压力梯度，从而能克服岩石孔隙的毛管作用力，把小孔隙中的油驱出。

技术缺点：特低渗透油层中应用的泡沫剂要求粘度小，易注入，由此也导致携药剂能力弱，易分层。应用泡沫调剖时需现场配制，现场搅拌。

技术适应性：治理注气开发初到中期出现的气窜问题。

2.2 凝胶封窜技术

根据树101实验区的油藏特点，通过大量的室内实验，共筛选出了2种凝胶封窜体系——SC-1无机凝胶、SCA复合凝胶，这两种凝胶体系的主要特点如下：

技术优点：在树101井区油藏条件下，SC-1、SCA溶液粘度基本与水相同，在特低渗油藏中具有良好的注入性；SC-1、SCA凝胶对窜流通道的封堵效率达90%以上；

技术缺点：凝胶体系会使高渗透层、大孔道完全或部分堵塞，油相渗流阻力增大，对低渗透层造成一定程度的污染。

技术适应性：适宜封堵具有明显窜流通道的油层，例如高渗透、大孔道地层；也可以调整人工裂缝缝长，治理裂缝性油层气窜。

2.3 有机胺盐封窜技术

胺封窜剂是一种小分子胺类化合物-乙二胺（CH₂NH₂），乙二胺大量挥发，与CO₂、地层水中的金属离子接触并反应，生成大量的氨基甲酸盐，其不能完全溶解，部分以晶体状态滞留在较大的孔道中而产生封堵作用，从而可以抑制二氧化碳的窜流。

技术优点：一是乙二胺封堵后有良好的运移、封堵性能，且耐高温、耐CO₂腐蚀性能强，封堵可以长期有效；二是乙二胺具有良好的选择性封堵性能，确定合适的注入速度及前置、后置段塞，乙二胺对CO₂驱未被驱动的油层不会产生伤害；三是对乙二胺体系进行非均质模型驱油实验，结果显示：乙二胺封窜后有良好的扩大波及体积的效果，由于堵后注气压力升高，混相程度增加，高渗层中采收率也将大幅度提高。

技术缺点：一是乙二胺本身具有毒性，对健康、环境等均有危害，且易燃；二是通过对乙二胺润湿性能试验结果表明，当含油饱和度较高时，其封堵强度降低。

技术适应性：目前在CO₂驱油过程中，用乙二胺体系进行封窜还处在室内试验阶段，其现场适用性有待进一步研究。

2.4 水气交替技术

技术优点：一是通过改善气油流度比，扩大气的波及效率，提高原油采收率；二是现场注入流程简单，技术含量低，易推广；

技术缺点：一是水的存在会阻碍CO₂和烃类混相的形成；二是CO₂干气不存在腐蚀问题，当水存在时，CO₂极具腐蚀性；三在水气交替实施过程中，易产生冻井问题；

技术适应性：一是水气交替适用于注气开发后期，严重气窜后，采用注水方式提高波及效率。二是水气交替在特低渗透率砂岩中的适应性有待观察，因为在这种砂岩中，水的流度很低，变换注入方式有可能会降低注入速度。

3 树101试验区泡沫封堵技术现场试验

3.1 树96-碳15井泡沫封堵注入参数

结合油藏条件和各种封窜技术的特点及适应性，2010年9月，对树96-碳15井开展了泡沫调剖现场试验。设计注入方式为：油管正注，90m³发泡剂SD-4+50t液态CO₂交替注入，交替25个周期。实际累积注入泡沫剂2300m³，注入CO₂气体1038.8t。

3.2 树96-碳15井泡沫封堵效果分析

（1）注入压力升高，吸气剖面得到明显改善。

注气压力有所上升，调剖前注气压力19.1M P a，调剖结束时注气压力达到24.1MPa，上升了5MPa。

各层相对吸气量明显改变，调剖前YⅡ41和YⅡ42相对吸气量分别为30%、70%，YI6不吸气，调剖后YI6层相对吸气量增加为41%。注气优势方向由NE70.7°变为NE60.6°，气驱波及面积由7.3×104m²变为10.1×104m²。吸气指数由40.2t/d.MPa降为9.0t/d.MPa。

3.2.2 目标油井气油比明显下降。

树96-碳15连通油井井组日产油保持稳定，树96-碳16井气油比明显下降，气油比由调剖前的794m³/t下降至目前的225m³/t。

4 下步建议

综合考虑泡沫、凝膠、有机胺盐、水气交替四种封窜方法的优缺点及适应性，鉴于有机胺盐封窜技术尚需进一步研究，建议对早期气窜井采用泡沫调剖的方法，调整吸气剖面，而且不会对低渗层造成永久性污染；对于具有大型窜流通道、气窜较强井，应采用凝胶体系进行深部封窜，封堵强度高，对地层有一定程度的污染；注气驱后期，窜流通道无法封堵后，可以尝试采用水气交替的生产方式，提高原油最终采收率。

参考文献

[1] 白金莲.特低渗透裂缝性油藏深部调剖技术研究[D].西南石油大学，2009

[2] 段雅杰.适合于杏树岗油田的调剖剂的性能研究[D].大庆石油学院，2008

作者简介

刘慧，女，1986年生，工作于大庆榆树林油田开发有限责任公司工程技术研究所，助理工程师，现从事采油工程方案规划工作。