郭達吉王龍王雙慶

（1.北京百利時能源科技有限責任公司；2.長城鉆探公司工程技術研究院；3.長城測井公司國際項目部）

高溫氮氣泡沫調剖控水技術的應用及發(fā)展方向

郭達吉1王龍2王雙慶3

（1.北京百利時能源科技有限責任公司；2.長城鉆探公司工程技術研究院；3.長城測井公司國際項目部）

水平井蒸汽吞吐成為目前稠油高效開發(fā)的重要手段。在開采過程中，由于蒸汽與地下原油間密度差引起的重力分異作用和黏度差引起的黏滯指進，以及地層存在的非均質性等諸多因素的影響，導致蒸汽超覆和汽竄現象，造成驅替波及系數小、采收率低、油藏動用程度差、邊底水推進等問題，不但浪費了大量生產蒸汽的能源，而且開采效果差。高溫氮氣泡沫調剖控水技術通過對高滲透層或汽竄通道進行封堵，調整油層吸汽剖面，調整層內注汽和油流通道，擴大驅油面積，達到提高蒸汽吞吐效果和降低出水率的目的，節(jié)約了能源，提高了開采效果。了解高溫氮氣泡沫調剖控水技術的應用現狀及發(fā)展方向，對稠油水平井高效開發(fā)具有一定的借鑒意義。

稠油 水平井 氮氣泡沫 調剖 控水

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

1 概述

隨著鉆井水平的不斷進步，水平井逐漸成為稠油高效開發(fā)的重要手段，近年來，各油田紛紛采用水平井來開采稠油油藏。截至2010年8月，遼河油田累計完成各類水平井870多口，主要用于稠油、超稠油油藏開發(fā)，平均單井產量提高3～5倍，取得良好的效果。稠油、超稠油開采的主要方式是蒸汽吞吐。在開采過程中，由于隔層不發(fā)育、層間存在滲透率差異以及蒸汽超覆等原因的影響，注汽時，高滲透層為強吸汽層，低滲透層為弱吸汽層，甚至不吸汽，隨著蒸汽吞吐輪次的增加，進一步加劇了井間汽竄干擾現象，大大地降低了蒸汽吞吐效果。目前遼河油田平均每年有100多口稠油水平井需要調整吸汽剖面，有40多口水平井出現汽竄問題。同時稠油水平井含水率也越來越高，主要來源于不斷錐進的邊底水和注入的蒸汽水。如遼河油田稠油水平井含水率達到75%～95%，絕大部分SAGD井組一直保持高含水生產。

目前，最有效的方法就是高溫氮氣泡沫調剖堵水技術，即采用耐高溫的（化學）氮氣泡沫調剖堵水劑對高滲透層或汽竄通道進行封堵，調整油層吸汽剖面，充分發(fā)揮低滲透層潛力，調整層內注汽和油流通道，擴大驅油面積，從而達到提高蒸汽吞吐效果和降低出水率的目的。另外，蒸汽驅作為稠油主要的轉換開發(fā)方式之一，隨著汽驅的深入進行，蒸汽會沿高滲透層指進，形成汽竄通道，降低了汽驅效果，為此采用高溫氮氣泡沫調剖技術對汽竄通道進行封堵，調整汽驅剖面，擴大汽驅波及體積，提高汽驅效果，也是行之有效的方法。

2 高溫氮氣泡沫調剖控水技術

泡沫作為轉向分流劑的研究開始于20世紀60年代，70年代后泡沫已廣泛地用于基巖酸化過程中的分流劑。Bernard和Holm首先提出泡沫可選擇性地堵塞高滲透地層。氮氣泡沫調剖、控水機理主要體現在以下四個方面。

2.1 氮氣泡沫調剖堵竄作用

其原理是在注蒸汽時通過加入一定比例的氮氣和發(fā)泡劑，利用發(fā)泡劑在地層汽、水竄流孔道中產生高黏度泡沫流，增大流動阻力，降低蒸汽的滲流能力，從而使注汽壓力升高，迫使其后注入的蒸汽轉向低滲層、高含油飽和度區(qū)域，擴大蒸汽的波及體積；利用氮氣泡沫“堵大不堵小”及“堵水不堵油”的作用，封堵高含水高滲層段，實現蒸汽轉向動用高含油飽和度層段的目的，從而實現降水增油、提高邊水侵入油藏的開發(fā)效果[1]。

2.2 氮氣泡沫調驅作用

主要是在蒸汽驅過程中，通過氮氣泡沫的封堵作用，抑制蒸汽沿汽竄通道突進，改變蒸汽走向，擴大蒸汽波及體積，提高汽驅開發(fā)效果。

2.3 氮氣助排作用

（1）擴大蒸汽的波及體積。油井在注汽時，通過油管或油套環(huán)形空間伴蒸汽連續(xù)向地層注入氮氣，利用氮氣良好的膨脹性，擴大蒸汽的波及體積。

（2）調整吸汽剖面。注入氮氣可使油層吸汽更加均勻，啟動低滲透層。

（3）增加驅動能量。驅動地層中的原油及冷凝水迅速返排，達到增加地層能量、提高回采水率、改善油井生產效果的目的。

（4）增加生產壓差。舉升過程中，由于產出液中混有氮氣，可降低井筒液柱壓力，增加生產壓差。

2.4 氮氣與表面活性劑共同提高洗油效率

在特超稠油油藏利用氮氣、蒸汽及降黏劑的復合作用，達到擴大蒸汽波及體積、增加地層能量、改善地層原油流動性的目的，提高特超稠油開發(fā)效果。

HTF-BZ高溫氮氣泡沫調剖堵水劑是國外的一種新產品，主要應用于稠油油藏蒸汽驅和蒸汽吞吐開采，在地層大孔道產生泡沫降低蒸汽的滲流能力，解決蒸汽“超覆”或“氣竄”問題，增大驅替體積，提高波及系數，同時可大幅度降低油水界面張力，改善巖石表面的潤濕性，提高驅油效率，同時大幅度降低出水率。HTF-BZ高溫發(fā)泡劑具有耐溫300℃以上、阻力因子≥20、半衰期≥25 min等優(yōu)點[2]。

該技術現場施工工藝簡單，首先檢查井口情況，確保滿足注汽條件。然后向井內注汽排水，蒸汽從油管注入，氮氣和發(fā)泡劑從套管環(huán)空中注入，按照設計段塞數和設計注入量、注入速度進行。施工流程見圖1。

3 現場應用及效果評價

3.1 施工簡況

勝利油田某井區(qū)塊總體構造形態(tài)為自東南向西北傾沒的單斜-鼻狀構造，構造傾角2°～3°。沙二段油層頂面埋深為936～976 m，含油閉合高度40 m。沙三段與沙二段頂面構造形態(tài)在縱向上具有繼承性。該單元中油位于南部構造高部位，邊底水主要位于北部，油藏水油體積比大于10∶1，水動力能量充足，構造低部位及斷層附近水淹嚴重。

現場施工時，從空氣中分離出氮氣后直接注入井中。在油井注蒸汽過程中，由于油管注入蒸汽的干度大于70%，由環(huán)空注入氮氣和發(fā)泡劑，在蒸汽連續(xù)注入情況下采用段塞式泡沫注入方式。綜合考慮井深、油層厚度、蒸汽注入量和邊底水錐進狀況等因素。正常注蒸汽12 h后開始注入第一個發(fā)泡劑段塞，發(fā)泡劑注入速度280 L/h，注入4 t，2 h后開始注入氮氣，氮氣注入速度800～1 000 m3/h，持續(xù)注入，直到注完全部設計量。第一個發(fā)泡劑段塞注入結束16 h后，開始伴蒸汽注入第二個段塞，發(fā)泡劑注入速度200 L/h，注入3 t，注完后繼續(xù)注入蒸汽及氮氣，共注蒸汽2 100 t，氮氣47 700 Nm3，累計注入發(fā)泡劑7 t。整個施工周期為12天。

3.2 應用情況

該井措施實施前，產液量27 t/d，產油量1 t/d，含水率96.3%。措施實施后，產液量36 t/d，產油量7.2 t/d，含水率80.0%。有效期4個月，累計增油650 t?？傆嬐度胭M用65×104元。根據原油商品率95%及相應年限勝利油田原油價格測算，扣除各種上交稅值后原油平均價格為3 200元/t，增產效益為208×104元。凈效益等于增產效益減去總投入費用，注氮氣泡沫與蒸汽提高稠油采收率礦場試驗增產經濟效益為196.5×104元，投資收益比為3.2。

3.3 效果評價

勝利油田2010年1—7月，采用該技術共實施氮氣泡沫調剖、抑制邊水131井次。目前措施井可評價79井次，有效64井次，有效率81%，累計措施增油5 580 t。周期結束井投入產出比為1∶2.06，取得了明顯效果。氮氣泡沫抑制邊水治理效果見表1。河南油田自2007年以來，分別開展了氮氣助排、氮氣泡沫調剖技術推廣應用、抑制邊水技術、氮氣泡沫調驅技術試驗。2010年共實施300余井次，階段累計增油3.0×104t，含水下降10個百分點。新疆油田開展了規(guī)模氮氣助排及氮氣泡沫調剖調驅技術試驗，應用4井次，單井產油由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。現場應用證明，氮氣泡沫可以有效抑制氣竄，改善蒸汽剖面，轉入蒸汽泡沫驅后油藏含水明顯下降，并保持較長穩(wěn)產時間。

表1 氮氣泡沫抑制邊水治理效果

4 應用前景及發(fā)展方向

近年來，水平井逐漸成為稠油高效開發(fā)的重要手段。開采中出現的驅替波及系數小、采收率低、油藏動用程度差、邊底水錐進等問題越來越受到重視。據統(tǒng)計，遼河稠油區(qū)第一輪注蒸汽最高壓力超過16 MPa，第三輪后只有9 MPa，蒸汽吞吐效果發(fā)生快速遞減。目前遼河油田平均每年能有100多口稠油水平井需要調整吸汽剖面，有40多口水平井出現汽竄問題。河南油田熱采老區(qū)汽竄每年發(fā)生421井次，影響產量8 798 t。大慶水平井整體含水率達到84%。遼河油田稠油水平井含水率達到75%～95%，大部分SAGD井組一直保持高含水生產。華北油田2008年鉆48口水平井，其中44口井不同程度出水，最高達到94%。因此，高溫氮氣泡沫調剖控水技術具有廣闊的應用前景。隨著高溫氮氣泡沫調剖控水技術的廣泛應用，未來該技術發(fā)展及技術應用方向是不斷改善調剖控水劑的性能及參數優(yōu)化，降低成本，擴大應用范圍。

5 結論

（1）氮氣泡沫調剖技術可以有效改善蒸汽吞吐開發(fā)效果。

（2）現場應用表明，氮氣泡沫不僅可以有效抑制汽竄，還可以抑制邊底水的錐進，有效縮短排水期、降低周期綜合含水。

（3）氮氣泡沫調剖技術不需作業(yè)施工，工藝簡單，措施成本低。

（4）從礦場應用效果分析來看，無論在中深井、大厚層或者是淺薄層稠油油藏，都獲得了成功應用，氮氣泡沫調剖技術具有廣泛的技術適應性，應用前景廣闊。

［1]翟永明.樂安稠油油藏水平井堵水調剖技術研究應用[J].石油地質與工程，2008，26（6）：72-74.

［2］龐占喜.常規(guī)稠油底水油藏氮氣泡沫控制水錐技術研究[J].石油學報，2007，28(5)：99-103.

郭達吉，1997年畢業(yè)于江漢石油學院，工程師，現在北京百利時能源科技有限責任公司工作，E-mail：terrysacwang@sina.com，地址：北京市朝陽區(qū)安立路60#院潤楓德尚B座1801室，100101。

2011-02-18）