泡沫堵水工艺在海上油田的应用

黄 侠，文 权，张云宝

(中海油服油田生产事业部 天津300450)

泡沫堵水工艺在海上油田的应用

黄 侠，文 权，张云宝

(中海油服油田生产事业部 天津300450)

针对金县海上高含水油藏，分析了油井出水原因，采用测井找水技术，从泡沫堵水机理入手，优选了氮气泡沫堵水工艺，通过实验进行了起泡剂的起泡性能评价，起泡浓度优选，确定了采用强化泡沫体系；优化了堵剂用量、气液比、注入工艺等工艺参数，制定了具体的工艺施工方案；现场施工中优化了施工流程，保证了泡沫质量；产油量增加。从综合效果来看氮气泡沫堵水工艺在同类油藏中有很好的适用性。

泡沫 堵水技术 工艺参数 现场应用

0 引 言

JX1-1油田平均水深29,m，区块内某井是一口先期排液井，区块边部有强边底水，部分储层底水发育，离断层较近，原油密度 0.975，粘度 248～323,mPa.s，油层渗透率为(1,420～5,022)×10-3,µm2，密度高、粘度大、高孔高渗。作业前单采第四防砂段，段内有底水层且射开，油水粘度高，导致含水 100%，油田开发的难度很大。我们通过测井找水、实验泡沫体系优选，施工参数优选，尝试采用氮气泡沫堵水技术。

通过调研，我们发现氮气泡沫堵水技术比较适合该类高含水油藏油田开发的需要。泡沫堵水技术是在注入液体中掺入气体，利用气阻效应(贾敏效应)，使液体不能沿微观大孔道、宏观高渗层或高渗区窜流，达到封堵高含水层的目的。而泡沫由于它独特结构，具有静液柱压力低、滤失量小、助排能力强、对地层伤害小等良好特性。

1 氮气泡沫堵水原理

泡沫由分散相(气体)、分散介质(淡水和盐水)、起泡剂(表面活性剂)和稳泡剂(各种水溶性聚合物)组成。泡沫是一种选择性水基堵水剂，该类堵水剂一般优先进入含水饱和度高的地层，在该层起到封堵作用。泡沫在含水饱和度高的地层稳定存在，是一种堵水不堵油的选择性堵水剂。封堵实验表明，泡沫堵水剂具有优良的封堵能力，随注入量增加这一能力持续增大，产生较好的封堵效果。低气液比交替注入时，封堵作用表现缓慢。泡沫体系由表面活性剂、聚合物和气体组成，具有选择性封堵作用，在多孔介质中运移时其视粘度远远大于其他驱替介质，同时体系中的表面活性剂能够乳化原油，进而驱替出更多滞留在地层中的原油，进一步提高采收率。通过对该体系的实验研究，认为边底水活跃、大孔道发育的油藏采用该堵水工艺很有大的发展潜力。

2 出水原因分析

2.1 油井生产情况

目的井为一口先期排液井，Y为分管柱，射开层位为 Ed2Ⅳ上、Ed2Ⅳ下、Ed3Ⅰ上、Ed3Ⅰ中、Ed3Ⅰ下油组，分5段防砂。

生产层段埋深 1,534.5～1,583.7,m(见表 1)，第2、5防段为水层，排污一周后关闭，第 4层油水同层，第3层为主力层，距离上部水层20,m。合采第1、第4防砂段含水100%。单采第3防砂段初期产油约42,m3/d，含水＜10%，酸化第 3防砂段后，含水100%。

2.2 测井找水

采用测井氧活化水测井找水工艺(见表 2)，发现产水量经由 3#滑套产出，认为出水层段在第 3防砂段1,540.4～1,563.0,m。

表1 泡沫堵水井基础数据Tab.1 Fundamental data of the foam plugging well

表2 氧活化找水测井解释Tab.2 Oxygen activation water logging interpretation

3 堵剂选择

3.1 堵剂类型选择

目的井油层温度 65,℃，要求封堵边底水突破区域，考虑到油井转注的可能性，因此要求堵剂有较强的封堵效果，又要减少对油层的污染，要求堵剂油水具有选择性好、污染小、风险小、注入性好、强度可控的特点，因此优选强化泡沫堵水剂。泡沫堵剂封堵强度可调，适用范围广，可以采用多种注入方式与起泡方式，施工工艺成熟可靠。

3.2 泡沫性能

3.2.1 泡沫堵水率

从室内堵水、堵油压差变化曲线和堵油压差变化曲线(见图 1、图 2)可以看出该泡沫堵剂堵水率远大于堵油率，油水选择性明显，堵水率为99.8%，堵油率为6.9%。

图1 堵水实验压差变化曲线Fig.1 Pressure difference during the water plugging test

图2 堵油实验压差变化曲线Fig.2 Pressure difference during the oil plugging test

3.2.2 泡沫的性能测定

采用泡沫性能测定装置测定了不同表面活性剂的起泡体积和半衰期(见表3)。

表3 泡沫性能特征Tab.3 Foam properties

可以看出，方案 1起泡能力最强，半衰期最长，随着油浓度的增加，起泡体积减小，半衰期减短。

3.2.3 起泡性能评价

选用浓度为 0.5%的起泡剂在 90,℃条件下老化24,h，与老化前对比(见表4)。

表4 起泡剂老化前后性能对比Tab.4 Contrast of foam agent performances before and after aging

可以看出老化后排液半衰期起泡体积稍小，但半衰期几乎没有变化，说明体系稳定性非常好。

3.2.4 泡沫堵水实验测试结果

通过实验对比了普通泡沫和强化泡沫的堵水效果(见表 5)。

表5 普通泡沫和强化泡沫的堵水效果Tab.5 Contrast of plugging effects between common and strengthening foams

可以看出，强化泡沫的堵水效果优于普通泡沫，因此选择强化泡沫体系。

3.2.5 气液比优选

对比了4种不同的气液比(气液比分别为1∶2、1∶1、2∶1、3∶1)水驱至含水 98%+3,PV 泡沫，转后续水驱时的驱替效率(见图 3)。从最终驱替效率看，气液比1∶1效果最佳。

图3 整体驱替效率对比Fig.3 Comparison of overall displacement efficiencies

4 氮气泡沫堵水工艺

可实施油井泡沫堵水的井必须满足下列条件：油井附近有可采的油，油层厚度不小于 2.5,m，油层埋深不超过 2,500,m，油井产液中含水率超过 80%，固井质量好。

4.1 段塞设计

氮气泡沫堵水剂，针对特殊的地层需要有特别的设计，目的油井的段塞设计为：前置段塞、主体段塞、隔离段塞、后置段塞、顶替段塞(见表6)。

表6 氮气泡沫堵水段塞设计Tab.6 Slug design of nitrogen foam plugging

4.2 注入工艺

主要由以下两部分组成：

①氮气系统：氮气的产生、计量、增压、注入都由氮气设备完成。

②井口流程：在泥浆池配制起泡剂与稳泡剂溶液，由酸化泵或注碱泵注入并与氮气混合注入井筒内。

4.3 优化注程

原泥浆池底部无出口，经协调焊接一个变扣，优化注入流程，保证泡沫质量。冬季施工，现场作业条件艰苦。停注后需对设备管道吹扫及实施冬防措施，增加作业强度。首先捞出“Y”堵，对管线及井口阀门试压，环空补满液，然后注入工作液，投“Y”堵，关井1～2天再放喷生产。

4.4 施工参数

氮气泡沫堵水是一种选择性堵剂，在施工压力上和凝胶堵剂略有差别。一般而言，氮气段塞施工压力要小于地层破裂压力，施工中非氮气段塞的注入压力可以和其他冻胶堵药剂施工压力要求相同。本文所述目的井注液压力≤14.0,MPa，注气及泡沫压力≤18.0,MPa。

氮气段塞施工排量需要控制在井口装置承受压力的安全范围内。排量应控制在段塞施工压力小于地层破裂排量范围内。本文所述目的井施工注液排量为 3～30,m3/h，注氮排量600,Nm3/h，氮气注入量7.5× 104,Nm3。

4.5 施工情况

氮气泡沫堵水工艺施工历时 7.8,d，基本按设计参数实施，完成了设计泡沫注入量。实际注液量746,m3，注气量 66,000,Nm3，考虑放气 11,000,Nm3，实际注入地层 55,000,Nm3，泡沫量 1,158,m3，气液比1∶1。前置段塞 100,m3，泡沫段塞 1,100,m3，隔离段塞 40,m3，增效段塞 30,m3，顶替段塞 6,m3。注液3,m3/h，注气 600,Nm3/h，注入压力 6.3,MPa升至10.3,MPa。注气压力14.5,MPa，注液压力7.1,MPa，停注后套压4.0,MPa。地下气液比约为0.9∶1。

图4 氮气泡沫堵水施工曲线Fig.4 Construction curves of nitrogen foam plugging

施工曲线如图4所示。

5 综合效果评价

施工前经过充分论证，针对不同情况制定了备用方案，现场施工中根据实际情况及时调整工艺方案，确保了施工顺利完成。泡沫注入过程中，压力呈现逐步上升趋势，建立封堵压差 4.3,MPa。施工过程中套压上升较快，现场采取了套管放气方式降低压力，增加了作业时间(35～40,h)。泡沫堵水过程中泡沫能逐步建立有效封堵，降水增油效果明显，含水率由措施前 100%逐步降低至当前 14%，已降低 86%。产油量由0,m3/d逐步上升至54,m3/d，日增油54,m3。日均增油 42,m3，累计增油 5,300,m3，有效期已达 55,d，效果仍持续有效，水层被有效封堵。油水选择性明显，与实验结果对应。与基础数据相比，氮气含量增长0.52%～1.96%，约每天产16～60,Nm3。氮气总注入量55,000,m3，产出一半需时至少超过 400,d。本次作业为不动管柱防砂段内笼统堵水，泡沫实现了选择性封堵出水层位的目的。

6 结 论

对于 Y管柱油井堵水，本次采用不动管柱笼统注入方式，缩短作业周期，降低作业成本，作业经验值得借鉴。建议继续维持目前生产制度，继续跟踪措施效果。泡沫选择性堵水技术可以有效封堵油井的水窜层位，且对油层没有伤害，建议继续选井扩大应用。对于因含水高而准备侧钻的井，建议尝试该类成本低的堵水增油措施。

［1］杨成生. 氮气泡沫堵水在油田的应用研究[J]. 新疆化工，2010(3)：27-31.

［2］韩冬，沈平平. 表面活性剂驱油原油及应用[M]. 北京：石油工业出版社，2001.

［3］赵福麟. EOP原理[M]. 北京：石油大学出版社，2001.

Application of Foam Plugging Technology in Offshore Oilfields

HUANG Xia，WEN Quan，ZHANG Yunbao
(Production Optimization，China Oilfield Services Limited，Tianjin 300450，China)

The causes of oil well producing water in a high water content oil reservoir in Jin County were analyzed.Then，with the adoption of well logging and water locating technology and the application of foam plugging mechanism，the process of nitrogen foam plugging was selected. Through tests，performances of foaming agents were evaluated and the foaming concentration was optimized，so that the reinforced foaming system was determined；process parameters，such as dosage of plugging agent，vapor liquid ratio and injection technology were optimized to make a detailed construction scheme for the process；during field operations，construction processes were optimized to ensure the foaming quality；oil production was increased. Judging from the combined effect，the nitrogen foam water plugging technology has a very good applicability.

foam；water plugging；technical parameters；field application

TE53

A

1006-8945(2014)10-0046-04

2014-09-10