海上低幅边底水稠油油藏氮气泡沫调驱技术应用效果评价

张吉磊，李廷礼，张 昊, 章 威，欧阳雨薇

(1中海油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院 2中国石油集团渤海钻探工程有限公司定向井技术服务分公司)

秦皇岛32-6油田是渤海湾比较典型的海上大型复杂河流相沉积的稠油油田，构造幅度低，主力生产层位为新近系明化镇下段，储层胶结疏松，属于高孔、高渗储层，地层原油黏度大。目前采用水驱开发，由于具有水油流度比大、储层非均质性强、正韵律沉积等特点，注入水主要沿着优势渗流通道突进到生产井中，造成波及体积系数降低，导致注入水低效或无效循环。同时由于地理环境复杂，受海上平台寿命以及平台空间的限制，许多陆上油田取得较好应用效果的三次采油技术在海上油田实施困难重重。

氮气泡沫驱技术是提高采收率的一项新技术，具有提高波及系数和提高驱油效率的双重作用，近年来已成为陆上油田提高油气田采收率的一项重要措施[1-5]。海上油田对氮气泡沫技术的研究与应用，仅局限于氮气泡沫冲砂洗井、气举诱喷、压水锥等工作，对氮气泡沫驱的研究还处于起步阶段。本文研究的成功应用，对拓宽海上油田提高采收率技术的选择范围,及海上相似油田后期开发具有一定的指导意义。

一、氮气泡沫调驱技术原理及泡沫体系优选

1.氮气泡沫调驱机理

氮气泡沫调驱技术主要是利用泡沫体系“堵大不堵小”和“遇油消泡、遇水稳定”的特点，即泡沫优先进入高渗透大孔道，并且泡沫在通过含水饱和度较高储层时，能形成稳定的强泡沫，产生有效的封堵，迫使注入水产生液流转向作用，驱替中低渗透储层，改善注水剖面。在通过含油饱和度较低的储层时，泡沫易溶于油，使油相黏度降低，原油易于流动。而起泡剂本身是一种活性很强的表面活性剂，能较大幅度降低界面张力，改善岩石表面润湿性，剥离出束缚状态的残余油，使束缚状的油成为可流动的油，同时泡沫中的气组分在气泡破裂后产生重力分异，上升到渗透率更低的，注入水难以到达的油层顶部，扩大了波及体积，提高了驱油效率。

2.氮气泡沫体系优选

氮气泡沫驱的核心是泡沫体系，它是氮气泡沫驱主要影响因素之一。泡沫体系在地层中的调驱能力受泡沫的数量(反映为起泡体积)和稳定性(反映为半析水期)的综合影响，应同时具有良好的起泡和稳泡能力。本文通过静态、动态实验对氮气泡沫体系及注入参数进行了优选评价。

静态实验：采用Waring Blender法对备选起泡剂的配伍性、起泡能力、稳泡能力、热稳定性、静态吸附剂耐油性进行了一系列实验评价，然后通过测定不同浓度下起泡剂的界面张力及发泡体积和稳泡时间等综合性能，确定了起泡剂类型及适用浓度。由于单一的起泡剂体系在地层条件下稳泡能力差，通过加入稳泡剂来满足现场应用的要求，考虑到聚合物驱作为一种提高采收率的方法[6]且稳泡能力强，故选择聚合物作为泡沫体系的稳泡剂[7-8]。通过对聚合物的溶解性、黏浓、黏盐、黏温、流变性等性能的研究，确定了稳泡剂类型及适用浓度。筛选出的氮气泡沫调驱体系(PM-1)为：700～1000 mg/L稳泡剂WP-1+0.3%起泡剂QP-5。

动态实验：利用室内动态驱替实验，模拟试验区块的地质油藏条件，对静态优选的氮气泡沫体系(PM-1)的封堵性、耐冲刷性及耐油性进行了评价，并对气液比、注入速度、注入段塞以及注入方式进行了优化，确定了合理的注入参数：气液比1 ∶1，注入速度为2 mL/min，注入段塞0.3 PV，注入方式为混合注入。

二 、氮气泡沫调驱技术室内效果评价

1.氮气泡沫体系调剖性能评价

实验方法：将不同渗透率极差的并联填砂管岩心，饱和模拟原油后用模拟地层水驱替至综合含水达到98%，并且测得水驱分流量至稳定；转驱，改用优选的氮气泡沫调驱体系驱替，至分测得流量稳定。通过绘制注入氮气泡沫体系的PV数和分流量的关系，分析该调驱体系的调剖效果。

本实验采用双管并联岩心驱油，实验结果见图1所示。

由图1可以看出，在水驱阶段，出口端流量“两级分化”特别明显，注入水基本上全部驱替相对高渗的岩心，而相对低渗的储层基本不受注入水波及。其主要原因是高渗岩心作为优势渗流通道易造成注入水突进形成窜流，导致储层受效不均，注入水波及体积系数低。注入泡沫后，由于高渗岩心含油饱和度低，能够形成较为稳定的泡沫，渗流阻力增大，迫使注入水转向驱替相对低渗岩心，使出口端流量“均匀”，随着高、低渗岩心中的原油被进一步驱出，泡沫在高、低渗岩心中形成的渗流阻力也交替增大，岩心的分流量也跟着交替增大减小，最终两个岩心的分流量变的相对均衡。

图1 渗透率级差为3和6时的分流量关系曲线

2.氮气泡沫驱油性能评价

实验方法：将四组渗透率相近的填砂管岩心，用模拟原油饱和，计算得初始含油饱和度。用模拟地层水驱替1#～4#填砂管岩心，至产出液中含水达98%停驱，计算水驱采收率。然后将2#填砂管岩心转聚合物驱，驱替1 PV后转水驱至产出液含水达98%停驱，计算聚驱采收率；将3#岩心转单一氮气泡沫驱(单一泡沫体系+氮气)，驱替2PV后转水驱至产出液含水达98%停驱，计算氮气泡沫混合驱采收率；将4#岩心转强化氮气泡沫驱(由于稳泡剂本身为聚合物)，驱替2PV后转水驱至产出液含水达98%停驱，计算强化氮气泡沫驱采收率。通过绘制不同驱油方式注入体积的PV数和采收率的关系，分析该调驱体系的驱油效果。

实验装置及流程同氮气泡沫体系调剖性能评价流程。

表1 不同驱油方式的对比实验数据表

由实验结果(表1)看出，水驱后转聚合物驱、氮气泡沫驱和强化氮气泡沫驱均会提高原油的采收率。水驱后转聚合物驱，驱油效率从40.4%提高到56.5%，提高了16.1%；水驱后转单一氮气泡沫驱，驱油效率从40.4%提高到58.1%，提高了17.7%；水驱后转强化氮气泡沫驱，驱油效率从40.4%提高到65.2%，提高了24.8%。强化氮气泡沫驱提高采收率最大，其次分别是单一氮气泡沫驱和聚合物驱。原因主要是：氮气泡沫驱中生产的泡沫能进入更多的孔隙空间，波及体积更大，所以采收率的增加值要大于聚合物驱，而强化泡沫驱含有聚合物，相当于是聚合物驱和氮气泡沫驱的复合驱，采收率增加值最大。

三、氮气泡沫调驱技术海上先导试验

1.氮气泡沫驱选井选层依据

目前氮气泡沫调驱的选井选层并无可供借鉴的石油天然气行业标准，通过文献调研[9-10]，参考陆上油田氮气泡沫驱成功经验，制定以下选井选层原则：①渗透率大于50 mD，地层温度低于100℃，地下原油黏度小于200mPa·s；②油层厚度较大，纵向及平面渗透率差异大，有高吸水层段；③油水井间连通性好，注采对应关系明确，注入动态反应明显；④注水压力相对较低，具备一定的注入能力；⑤完善合理的井身结构，调驱层位上下夹层无串通；⑥试验区油层分布稳定，剩余油富集。

2.现场试验情况

依据上述选井选层原则，选择秦皇岛32-6油田南区D16井组作为本次先导试验的试验井组，该区于2002年8月投产，原始地层压力11.3 MPa，平均地层温度61.5℃，属正常温压系统，地层原油黏度为28～126 mPa·s，平均孔隙度35%，层间、层内渗透率变化大，平均3 000 mD，主力油层平均厚度10 m。D16井组采用反九点井网开发，共8口生产井受益，属多层合采，截至措施前平均产油17 m3/d，平均含水84%，其中5口井含水达到85%以上。

3.施工过程

整个施工阶段主要分为：前置段塞，主段塞和封口段塞。前置段塞用于控制大孔道，防止气窜，而封口段塞的作用是氮气泡沫驱作业结束后，后续注水会对泡沫段塞产生稀释作用，通过增加“封口段塞”强度，可以对主段塞起有效保护作用，延长措施有效时间。本次试验共计注液35 100 m3，氮气194.4 m3，聚合物25.15 t(纯度92.9%)，起泡剂126.9 m3。

4.效果评价

通过注入井注入效果和生产井增油控水效果两个方面对泡沫调驱先导试验进行评价。氮气泡沫调驱实施后，D16井的注入压力由注入前的6.5 MPa上升至9.0 MPa，视吸水指数由措施前115 m3/MPa·d降低至80 m3/MPa·d，图2为D16井措施前后吸水剖面对比图，说明泡沫对高渗透大孔道形成了有效的封堵，迫使注入水产生液流转向作用，驱替物性差的储层。

D16井氮气泡沫驱试验见到了明显的控水增油效果(表2)。泡沫注入试验结束7个月后，井组日产油增加42 m3，平均含水率由试验前的84%降到79.5%，特别是C24、C17和C9井的含水率下降非常明显，达10%左右。目前该井组仍处于泡沫驱油有效期，7个月净增产原油0.88×104m3。D12、D13和D18井产油量和含水都基本没有发生变化，分析原因主要是受强边底水的影响较大[11-12]，建议进一步加强注氮气泡沫驱的数模的研究，重点研究强边底水对氮气泡沫调驱技术的影响，同时加强注入工艺方式研究。

在先导试验成功实施的基础上，对秦皇岛32-6油田5个注采井组实施氮气泡沫调驱措施，调驱后注水井井口压力明显上升，视吸水指数下降31%，含水率下降幅度2%～8%，含水上升势头得到了有效控制，5个井组累计增油4.5×104m3，调驱效果持续时间普遍在7个月以上。氮气泡沫调驱技术对油田稳油控水起到了至关重要的作用。目前该油田正准备采取大规模的整体调驱，以增强效果。

图2 D16井措施前后吸水剖面对比图

井号措施前措施后增油控水评价日产油/m3含水率日产油/m3含水率含水降低幅度日增油量/m3累增油/104m3C172576%3669%9.2%110.23D151992%2387%5.4%40.08C241093%1884%9.7%80.17D121276%1177%-1.3%00.00D132084%1682%2.4%00.00D18395%393%2.1%00.00D192670%3567%4.3%90.19C92386%3378%9.3%100.21总计5.1%420.88

四、结论及建议

(1)筛选了适合QHD32-6油田的氮气泡沫调驱体系(PM-1)：700-1000 mg/L稳泡剂WP-1+0.3%起泡剂QP-5，并确定了合理的注入参数：气液比1 ∶1，注入速度为2 mL/min，注入段塞0.3 PV，注入方式为混合注入。

(2)氮气泡沫调驱体系具有调剖和驱油双重作用。通过向不同渗透率极差岩心注入氮气泡沫体系后，岩心出口端的分流量由水驱时的“两极分化驱替”转变为“均匀驱替”；水驱后采用强化氮气泡沫驱，可在水驱采收的基础上提高采收率24.8%；充分体现了氮气泡沫调驱体系的调驱性能。

(3)秦皇岛32-6油田氮气泡沫调驱技术取得了明显的控水增油效果。注水井视吸水指数下降30%，井组综合含水下降了5%，累计增油4.5×104m3。由于部分井受到强边底水的影响，调驱效果不明显，建议对于边底水较强的油田采用氮气泡沫调驱技术时，重点考虑边底水对氮气泡沫驱的影响。