泡沫凝胶组合防窜技术改善氮气驱气窜效果研究

乔砚佳， 郑继龙

(1.中海油常州环保涂料有限公司， 天津 300452；2.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司， 天津 300452；3.海洋石油高效开发国家重点实验室， 天津 300452)

随着油田开发的不断深入，低渗油田开发对油田产量提升的贡献率不断增加。氮气驱在开发低渗油田过程中应用逐渐增多，但由于氮气驱过程中气体粘度和密度较低等问题，导致气体窜流严重[1]。氮气驱过程中一旦发生气窜，采收幅度就会明显降低[2-3]。国内外相关的室内研究及矿场应用结果表明，防窜体系的注入能够有效抑制气窜[4]，提高氮气驱开发效果，其中泡沫凝胶组合防窜体系是改善氮气驱气窜的有效措施之一[5-7]。

本研究通过室内物理模型模拟氮气驱替过程，分别通过泡沫防窜、凝胶防窜及泡沫凝胶组合防窜物模实验和结果对比，重点分析泡沫凝胶组合防窜体系改善氮气驱气窜的效果。

1 物模实验

1.1 材料与仪器

实验用药剂：聚合物(聚丙烯酰胺，北京恒聚化工集团有限责任公司)，GS-2交联剂(东营市晨煜石油技术有限公司)，起泡剂(实验室自制)。

实验用模拟水：J油田地层水。

实验用油：J油田脱水原油。

实验驱替设备：一维驱替物理模拟装置，江苏拓创科研仪器有限公司。

其他：玻璃棒、秒表、量筒、烧杯等。

1.2 实验模型

对于低渗油田注气开发而言，目标储层大多都具有丰富的裂缝通道。基于目标储层的地质特征[8]，在开展物模实验研究的过程中，采用填砂并联模型作为室内防窜体系筛选评价模型[9]，模型规格φ25 mm×70 mm，模型出口安装有500目防砂网，3根并联模型填砂管基本参数见表1，实验用油密度0.89 g/cm3。1#、2#模型管模拟高渗透储层，3#模型管模拟低渗透储层，其中1#模型管模拟人工裂缝储层，2#模型管模拟天然裂缝储层，3#模型管模拟微小裂缝储层，实验流程图如图1所示。

表1 防窜体系优化驱替用填砂管参数

图1 防窜体系优化驱替流程示意图

1.3 实验方法

(1)岩心抽真空、饱和水、饱和油，测定岩心孔隙度、水相渗透率、含油饱和度，放置烘箱(油藏温度104 ℃)老化24 h，备用[10]；

(2)按照图1驱替流程示意图连接流程，1#、2#填砂管采用同注同采，测定流程密封性，回压调整至地层压力23 MPa，准备开展驱替实验；

(3)氮气驱至岩心出口不出液，氮气驱注气速度2 mL/min，计量驱替过程中压力的变化及产出气量和产出油量；

(4)转泡沫驱，气液比为2∶1，注气速度2 mL/min，注入量为0.20 PV后，转为后续氮气驱，驱替至岩心出口不出液，计量驱替过程中压力的变化及产出气量和产出油量[11]；

(5)转凝胶驱，注入速度1 mL/min，注入量为0.20 PV后，候凝3 d后继续后续氮气驱，驱替至岩心出口不出液，计量驱替过程中压力的变化及产出气量和产出油量；

(6)转后续泡沫驱，气液比为2∶1，注气速度2 mL/min，注入量为0.20 PV后，转为后续氮气驱，驱替至岩心出口不出液，计量驱替过程中压力的变化及产出气量和产出油量[12]；

(7)结束实验，清理实验流程。

2 结果与讨论

2.1 氮气驱替实验

氮气驱替过程中高渗透储层出液，低渗模拟层不出液，1#和2#填砂管模拟高渗透储层，刚开始注气岩心出口就开始出液，驱替初期岩心出口基本全部为纯油，驱替后期产出的流体中有部分水，同时伴随氮气产出，3#填砂管从实验开始至实验结束岩心出口始终未出液。注气0.15 PV时岩心出口发生气窜，后续继续氮气驱岩心出口不出油，岩心出口累计产油量为34 mL，整个模型单纯氮气驱采收率为9.79%，高渗透储层氮气驱采收率为14.18%，单纯氮气驱过程中岩心出口产气量随注入量的关系曲线如图2所示。

图2 单纯氮气驱岩心出口产气量随注入量变化曲线

由图2中的曲线可知，在整个氮气驱过程中岩心出口产气量比较稳定，而且在气窜后岩心出口伴随少量的原油产出，随着气体的不断突破，岩心出口产出气中携带出的原油量在逐渐减少。整个氮气驱过程中岩心进出口的压差基本稳定在0.12 MPa左右，该压差较低，因此无法驱动低渗透储层的原油。随着氮气驱过程中气窜的不断加剧，岩心进出口的压差逐渐降低，最终稳定后岩心进出口的压差稳定在0.02 MPa左右。

2.2 氮气驱后转氮气泡沫驱

纯氮气驱至岩心出口不出液后转为氮气泡沫驱，气液比为2∶1，采用气液交替注入方式，注入量为0.20 PV，在氮气泡沫驱替过程中岩心出口有少量乳化油产出，后续转为氮气驱，岩心出口伴随少量原油产出，低渗模型管出口依旧没有原油产出，主要是1#和2#高渗模型管出口有原油产出，后续氮气驱至岩心出口不出液，该阶段岩心出口累计产油量为62 mL，整个模型氮气泡沫驱采收率为14.18%，高渗透储层氮气驱采收率为25.85%，氮气泡沫驱过程中岩心出口产气量随注入量关系曲线如图3所示。

图3 氮气泡沫驱岩心出口产气量随注入量变化曲线

由图3中的曲线可知，依据氮气泡沫驱和氮气驱过程中，岩心出口产气量随注入量变化曲线的斜率变化可知，泡沫在岩心中所形成的阻力无法启动低渗透储层。整个实验过程中高渗透储层岩心进出口压差保持在0.06 MPa左右，该压差高于单纯气驱稳定时岩心两端压差，因此泡沫驱可动用高渗透储层；后续转氮气压差保持稳定不变，说明泡沫体系在后续的连续注气过程中在岩心中依旧以泡沫状态存在。

2.3 注凝胶及后续气驱

转凝胶驱，凝胶体系为聚合物(3000 mg/L)+硫脲(200 mg/L)+GS-2交联剂(2500 mg/L)，体系注入量2.0 PV，注入速度1 mL/min。凝胶体系注入过程中1#岩心和2#岩心高渗透储层累计产油9.46 mL，整个模型凝胶驱采收率为2.72%，高渗透储层凝胶驱采收率为3.94%。候凝3 d后继续后续氮气驱，该阶段低渗透储层依旧没有液体产出，凝胶候凝之后岩心(1#、2#和3#)出口依旧不出油，低渗透储层依旧无流体产出，主要是凝胶体系在岩心孔吼中形成边际效应，从而造成其封堵性能不强。凝胶候凝后转氮气驱高渗透储层累计产油16.26 mL，整个模型凝胶驱采收率为4.68%，高渗透储层凝胶驱采收率为6.78%。

2.4 凝胶驱后转氮气泡沫驱

凝胶体系注入后，通过候凝3 d继续后续氮气驱，低渗透储层依旧无法动用。基于此转为注氮气泡沫体系0.2 PV，气液比为2∶1，然后转为后续氮气驱，整个驱替过程中，低渗透储层(3#)出口有原油产出，产出原油总量共计48.64 mL，占整个模型采收率的14.01%，占低渗透储层采收率为45.34%；高渗透储层(1#、2#)产出原油总量共计5.24 mL，占整个模型采收率的1.51%，高渗透储层凝胶驱采收率为2.18%。凝胶驱后转氮气泡沫驱过程中岩心出口产气量随注入量关系曲线如图4所示，不同注入阶段采油量如图5所示。

图4 凝胶驱后转氮气泡沫驱岩心出口产气量随注入量变化曲线

图5 不同注入方式条件下的产油量柱状图

结合高渗透和低渗透储层出口原油产出量以及图4凝胶驱后转氮气泡沫驱岩心出口产气量随注入量变化曲线可知，在凝胶驱后转氮气泡沫驱过程中，低渗透储层和高渗透储层均有原油产出，刚开始注入过程中高渗透储层产油量较多。随着不断的驱替，低渗透储层原油逐渐被动用，而且随着注入量的不断增加，低渗透储层产油量不断增加。产气量分析可知，高渗透储层的产气量刚开始比低渗透储层多，后来低渗透储层产气量明显高于高渗透储层，主要是由于凝胶体系注入岩心后，在高渗透储层成胶，有效地改善了高渗透储层的渗透率。

由图5所示的产油量柱状统计图可知，不同注入阶段产油不同，高、低渗透储层产油情况各异，整个模型在不同阶段的累积产油量为166.14 mL，累积采收率为44.86%；通过凝胶体系与泡沫体系的有效组合，能够实现对高渗透储层的封堵，有效启动低渗透储层，低渗透储层原油能够有效地被动用；单纯氮气驱后采用泡沫驱可有效提高原油采收率。实验结束之后，将3根不同渗透率的填砂管取出之后，肉眼观察发现1#填砂管的剩余油较多，2#填砂管的剩余油次之，3#填砂管的剩余油最少，主要是由于凝胶体系注入后，对高渗透储层形成了一定的封堵作用，有效提高了体系的波及体积。

3 结 论

(1)在非均质储层中，单纯氮气驱后采用泡沫驱可对高渗透储层形成有效封堵，基于氮气驱可提高原油采收率14.18%。

(2)泡沫与凝胶组合防窜体系可有效启动低渗透储层，低渗透储层采收率可达到45.34%。

(3)凝胶防窜体系的注入无法有效启动低渗透储层，凝胶体系在岩心孔吼中形成边际效应，将剩余油圈闭在高渗透储层。