海上底水稠油油藏氮?dú)馀菽瓑哄F技術(shù)研究與應(yīng)用＊

馬 躍 唐曉旭 劉 暉 王國(guó)弘

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司）

海上底水稠油油藏氮?dú)馀菽瓑哄F技術(shù)研究與應(yīng)用＊

馬 躍 唐曉旭 劉 暉 王國(guó)弘

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司）

基于QHD32－6油田西區(qū)底水稠油油藏底水錐進(jìn)控制水淹的需要，分析了氮?dú)馀菽瓑哄F堵水敏感性因素，研制了氮?dú)馀菽瓑哄F液。模擬分析表明，注氮20 d、表活劑溶液質(zhì)量濃度10 g/L、氣液比2∶1、燜井2～5 d時(shí)壓錐堵水效果最好；室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)表明，起泡劑YS－FA150與生產(chǎn)污水、地層水及水源井水之間的配伍性較好；起泡劑的泡沫半衰期為3871 s，排液半衰期215 s，氣液比為2∶1的泡沫體系的阻力因子高達(dá)90，飽和起泡劑的巖心滲透率恢復(fù)率可達(dá)99.8%?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，新研制的氮?dú)馀菽瓑哄F液能有效地抑制底水沿高滲透部位的錐進(jìn)，試驗(yàn)井含水率由92.8%下降到62.5%，日產(chǎn)液量降低60 m3，日產(chǎn)油量增加22 m3，累積增油3500 m3，綜合效益顯著。氮?dú)馀菽瓑哄F技術(shù)適合底水油藏錐進(jìn)后進(jìn)一步提高產(chǎn)量，具有較好的應(yīng)用前景。

底水稠油油藏 氮?dú)馀菽瓑哄F 敏感性因素 起泡劑 室內(nèi)評(píng)價(jià) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

QHD32－6油田是在新近系古凸起基底上發(fā)育起來(lái)的大型披覆構(gòu)造油藏，油藏類(lèi)型主要為邊底水驅(qū)動(dòng)油藏，原油具有粘度高、比重大、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高、含硫量較高、含蠟量低、凝固點(diǎn)低等特點(diǎn)。該油田底水油藏儲(chǔ)量大（占總儲(chǔ)量的40%），構(gòu)造平緩，邊底水推進(jìn)快，生產(chǎn)過(guò)程中極易形成底水或次生底水水錐，尤其是西區(qū)水錐更為嚴(yán)重（2007年12月底，西區(qū)的綜合含水率已達(dá)85%以上，采出程度僅為4.8%），也開(kāi)展了一系列的治理水錐的技術(shù)探索。例如，早期實(shí)施了機(jī)械卡、堵水措施，但效果不明顯；2006—2007年在油層上部布置水平調(diào)整井，生產(chǎn)狀態(tài)穩(wěn)定，控水穩(wěn)油效果顯著；2008年實(shí)施了大泵提液措施，但在增油同時(shí)也出現(xiàn)了大幅度增水，給節(jié)能減排帶來(lái)了巨大壓力。盡管水平調(diào)整井是行之有效的提高采收率的措施，但是大批的水錐老井如何降低含水、提高原油產(chǎn)量，這是目前亟需解決的問(wèn)題。為此，在調(diào)研減緩底水錐進(jìn)方法[1]基礎(chǔ)上開(kāi)展了氮?dú)馀菽瓑哄F堵水技術(shù)研究，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較好效果。

1 氮?dú)馀菽瓑哄F的作用機(jī)理

氮?dú)馀菽瓑哄F的機(jī)理是利用油水粘度差，注入的氮?dú)馐紫冗M(jìn)入水錐中，使其被迫沿地層向構(gòu)造或油層下部運(yùn)移，使水錐逐漸消失，降低了油水界面。由于重力分異作用，氮?dú)鈴挠蛯拥撞肯蝽敳窟\(yùn)移，從而增加了一個(gè)附加的彈性能量，延緩了油水界面的恢復(fù)[2－3]。此外，注入地層的泡沫也起到堵水、調(diào)剖的作用，其主要原因在于在多孔介質(zhì)內(nèi)泡沫首先進(jìn)入流動(dòng)阻力較小的高滲透大孔道，泡沫在大孔道中流動(dòng)時(shí)具有較高的視粘度，流動(dòng)阻力會(huì)隨著泡沫注入量的增加而增大，當(dāng)增大到超過(guò)小孔道中的流動(dòng)阻力后，泡沫便越來(lái)越多地流入低滲透小孔道中[4－5]。泡沫在小孔道中流動(dòng)視粘度低，而且小孔道中含油飽和度較高，所以泡沫穩(wěn)定性差。以上2種因素導(dǎo)致泡沫在高、低滲透層內(nèi)均勻推進(jìn)，并在油水界面處形成大量的泡沫，從而封堵底水的進(jìn)一步錐進(jìn)[2，4]。

2 氮?dú)馀菽瓑哄F堵水敏感性因素分析

運(yùn)用CMG數(shù)模軟件的STARS模塊建立模擬模型，如圖1所示。地層傾角為5°，油水界面在海拔－1152 m；油層劃分為20個(gè)層，氮?dú)馀菽⑷雽游粸?5和16小層；水層劃分為5個(gè)層；單元格長(zhǎng)20 m，單元格寬20 m，單元格高油層1 m、水層8 m；取9點(diǎn)井網(wǎng)的1/4為研究對(duì)象，其中Well4井為氮?dú)馀菽瓕?shí)施井，其他3口井始終以原工作制度生產(chǎn)，開(kāi)展敏感性因素分析。

圖1 運(yùn)用CMG建立的四分之一井組模型的三維空間圖

2.1 注氮時(shí)間的選擇

由于QHD32－6油田實(shí)施氮?dú)馀菽瓑哄F堵水措施的氮?dú)庾⑷朐O(shè)備只能滿(mǎn)足600 m3/h的注入速度，為了確定注氮時(shí)間對(duì)措施效果的影響，對(duì)注氮10、15、20、30 d以及未采取壓錐措施等5種情況進(jìn)行了模擬。

圖2為不同注氮時(shí)間條件下累積產(chǎn)油量隨生產(chǎn)時(shí)間的變化曲線(xiàn)，可以看出：注氮?dú)馀菽梢杂行У膶?shí)現(xiàn)堵水增油的效果，實(shí)施氮?dú)馀菽瓑哄F堵水措施后的累積產(chǎn)油量遠(yuǎn)高于未實(shí)施壓錐措施的累積產(chǎn)油量；實(shí)施氮?dú)馀菽瓑哄F堵水措施8個(gè)周期后，注氮10、15、20、30 d的累積產(chǎn)油量分別比無(wú)措施時(shí)高出1.9萬(wàn)、2.42萬(wàn)、2.87萬(wàn)、3.60萬(wàn) m3；隨著注入天數(shù)的增加，即隨著注入量的增加，累積產(chǎn)油量逐漸增加，但是累積產(chǎn)油量的增長(zhǎng)幅度隨著注氮時(shí)間的增加而降低。

圖2 不同氮?dú)庾⑷霑r(shí)間條件下累積產(chǎn)油量隨生產(chǎn)時(shí)間變化曲線(xiàn)

圖3為不同注氮時(shí)間條件下油表活劑比隨生產(chǎn)周期的變化曲線(xiàn)圖，可以看出：隨著生產(chǎn)周期的增大油表活劑比出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，最優(yōu)的油表活劑比出現(xiàn)在第3至第5周期。這是因?yàn)椋_(kāi)始實(shí)施氮?dú)馀菽胧r(shí)氮?dú)馀菽目刂品秶容^小，不能充分發(fā)揮其封堵作用；隨著生產(chǎn)周期的增加，氮?dú)馀菽目刂品秶饾u增大，控水增油效果增加，但是超過(guò)5個(gè)周期之后，由于氮?dú)獠胺秶^續(xù)增大的空間已經(jīng)變小，所以油表活劑比逐漸變小。另外，由圖3還可知，對(duì)于600 m3/h的注氮速度，注氮20 d為最優(yōu)的注氮時(shí)間。

圖3 不同注氮時(shí)間條件下油表活劑比隨生產(chǎn)周期數(shù)的變化曲線(xiàn)

2.2 表活劑溶液質(zhì)量濃度的選擇

注入的表活劑溶液質(zhì)量濃度是氮?dú)馀菽瓑哄F堵水增油工藝設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)，適當(dāng)?shù)谋砘顒┤芤嘿|(zhì)量濃度是泡沫形成和穩(wěn)定存在的重要因素，合理選擇表活劑溶液質(zhì)量濃度可以帶來(lái)最佳的壓錐效果和經(jīng)濟(jì)效益。為研究表活劑溶液質(zhì)量濃度的影響，選擇5 g/L和10 g/L兩種純表活劑溶液質(zhì)量濃度進(jìn)行研究。

圖4為不同表活劑溶液質(zhì)量濃度時(shí)累積產(chǎn)油量隨生產(chǎn)時(shí)間變化的曲線(xiàn)。由圖4可知：注氮?dú)馀菽梢杂行У膶?shí)現(xiàn)壓錐增油的效果，隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，表活劑溶液質(zhì)量濃度為10 g/L時(shí)的累積產(chǎn)油效果最好（注入純表活劑溶液質(zhì)量5、10 g/L時(shí)的累積產(chǎn)油量最大分別增加了1.64萬(wàn)和2.14萬(wàn)m3）。因此選擇注入表活劑溶液質(zhì)量濃度10 g/L作為最佳。

圖4 不同表活劑溶液質(zhì)量濃度時(shí)累計(jì)產(chǎn)油量隨生產(chǎn)時(shí)間變化曲線(xiàn)

圖5和圖6分別為不同表活劑溶液質(zhì)量濃度時(shí)油氮?dú)獗群陀捅砘顒┍入S生產(chǎn)周期變化的曲線(xiàn)，可以看出：當(dāng)注入表活劑溶液的質(zhì)量濃度為5 g/L時(shí)，最佳的油氮?dú)獗群陀捅砘顒┍瘸霈F(xiàn)在第3至第5周期；當(dāng)注入表活劑溶液的質(zhì)量濃度為10 g/L時(shí)，油氮?dú)獗仍谏a(chǎn)3個(gè)周期后增長(zhǎng)幅度降低，當(dāng)生產(chǎn)6個(gè)周期之后開(kāi)始出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，而油表活劑比在生產(chǎn)3個(gè)周期后同樣出現(xiàn)增長(zhǎng)幅度降低的現(xiàn)象，但是至生產(chǎn)8個(gè)周期結(jié)束時(shí)一直表現(xiàn)為增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

綜合以上結(jié)果分析，選擇注入表活劑溶液質(zhì)量濃度10 g/L為最佳。

2.3 氣液比的選擇

同一壓力系統(tǒng)下，氮?dú)獾捏w積與表活劑溶液的體積之比（即氣液比）會(huì)影響氮?dú)馀菽男阅?。一般認(rèn)為，隨著氣液比的增大，氣液兩相相互接觸時(shí)的發(fā)泡能力增強(qiáng)，所形成的泡沫穩(wěn)定性增強(qiáng)，具有較強(qiáng)的封堵特性。為了研究氣液比的影響，氣液比分別選擇為1∶2、1∶1、2∶1等3種情況進(jìn)行研究。

圖7為不同氣液比時(shí)累積產(chǎn)油量隨生產(chǎn)時(shí)間的變化曲線(xiàn)，可以看出：氮?dú)馀菽瓑哄F堵水增油措施效果明顯，3種不同氣液比時(shí)的累積產(chǎn)油量都遠(yuǎn)高于無(wú)壓錐措施的累積產(chǎn)油量；實(shí)施氮?dú)馀菽瓑哄F措施時(shí)，隨著氣液比的增大，即相同氮?dú)庾⑷胨俣葪l件下降低表活劑溶液的注入量，反而有助于提高油的產(chǎn)量，其原因主要是氣液比高泡沫的阻力因子大，泡沫的穩(wěn)定性好（表1）。

圖7 不同氣液比時(shí)累積產(chǎn)油量隨生產(chǎn)時(shí)間的變化曲線(xiàn)

表1 氣液比對(duì)阻力因子的影響（表活劑溶液質(zhì)量濃度5 g/L，溫度60℃，回壓1.0 MPa）

圖8和圖9分別為不同氣液比時(shí)油氮?dú)獗群陀捅砘顒┍入S生產(chǎn)周期的變化曲線(xiàn)，可以看出：氣液比為2∶1時(shí)的最佳油氮?dú)獗群妥罴延捅砘顒┍瘸霈F(xiàn)在第6周期，氣液比的增加使得控水增油效果得以改善；同時(shí)，隨著氣液比增加，油氮?dú)獗群陀捅砘顒┍榷荚黾?。這說(shuō)明氣液比對(duì)氮?dú)馀菽瓑哄F堵水增油有很大的影響，是氮?dú)馀菽瓑哄F堵水工藝中非常重要的影響參數(shù)。

綜合考慮以上的各種因素，選擇氣液比2∶1為最佳。

圖8 不同氣液比時(shí)油氮?dú)獗入S生產(chǎn)周期數(shù)的變化曲線(xiàn)

圖9 不同氣液比時(shí)油表活劑比隨生產(chǎn)周期數(shù)的變化曲線(xiàn)

2.4 燜井時(shí)間的選擇

對(duì)于氮?dú)馀菽瓑哄F，注入到油層內(nèi)的氮?dú)馀菽枰欢ǖ姆€(wěn)定時(shí)間，如果燜井時(shí)間過(guò)短，注入的氮?dú)夂捅砘顒┤芤何葱纬煞€(wěn)定的泡沫就被返排出來(lái)而不能充分發(fā)揮氮?dú)馀菽姆舛滦Ч蝗绻麪F井時(shí)間太長(zhǎng)，由于泡沫的穩(wěn)定性又存在一定的期限，從而也會(huì)影響泡沫的壓錐堵水效果。在不改變氮?dú)夂捅砘顒┤芤鹤⑷肓康臈l件下，選擇0、2、5、7 d等不同燜井時(shí)間進(jìn)行研究。

表2為不同燜井時(shí)間時(shí)累積產(chǎn)油量隨生產(chǎn)周期變化的統(tǒng)計(jì)表。由表2可知：實(shí)施氮?dú)馀菽瓑哄F措施時(shí)，注入氮?dú)夂捅砘顒┤芤汉筮M(jìn)行燜井可以有效改善控水增油的效果，但燜井2～5 d時(shí)累積產(chǎn)油量變化不明顯。再結(jié)合不同燜井時(shí)間與最大日產(chǎn)油量和最小日產(chǎn)油量隨生產(chǎn)周期變化研究，實(shí)施氮?dú)馀菽瓑哄F措施后選擇燜井時(shí)間2～5 d為最佳。

表2 不同燜井時(shí)間時(shí)累計(jì)產(chǎn)油量隨生產(chǎn)周期變化的統(tǒng)計(jì)表 /萬(wàn)m3

3 起泡劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

（1）配伍性實(shí)驗(yàn)

起泡劑的配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，可見(jiàn)當(dāng)起泡劑YS－FA150加入到不同水體后，各水體未出現(xiàn)沉淀，說(shuō)明起泡劑YS－FA150在幾種水體中的配伍性較好，不會(huì)對(duì)地層造成傷害。

表3 5g/L YS－FA150在各種水體之間的配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（2）起泡劑半衰期評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用FOAMSCAN泡沫掃描儀，測(cè)定了1、3、5、8和10 g/L等5種質(zhì)量濃度起泡劑的泡沫半衰期和排液半衰期的情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，起泡劑質(zhì)量濃度為5 g/L時(shí)，其泡沫半衰期為3871 s，排液半衰期為215 s，其值最大。

表4 起泡劑半衰期實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（3）阻力因子、殘余阻力因子實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)測(cè)定了起泡劑質(zhì)量濃度為5 g/L、氣液比為2∶1情況下的阻力因子和殘余阻力因子，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5?？梢?jiàn)起泡劑質(zhì)量濃度為5 g/L、氣液比為2∶1時(shí)，氮?dú)馀菽w系的封堵和耐沖刷能力較強(qiáng)。驅(qū)替過(guò)程中模型驅(qū)替壓差與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖10所示。

表5 阻力因子和殘余阻力因子測(cè)試結(jié)果

圖10 模型驅(qū)替壓差與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)

（4）巖心滲透率保留率實(shí)驗(yàn)

選取E18井2塊模擬巖心進(jìn)行滲透率保留率測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表6，可以看出，當(dāng)巖心中注入YSFA150起泡劑溶液后，2塊巖心的滲透率保留率分別為99.94%和99.82%，說(shuō)明 YS－FA150起泡劑溶液對(duì)E18井模擬巖心基本沒(méi)有傷害，因此不存在起泡劑傷害地層的不利影響。

表6 巖心滲透率保留率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（5）驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

氮?dú)馀菽?qū)油效果見(jiàn)表7。從表7可知：氮?dú)馀菽?qū)可以在水驅(qū)的基礎(chǔ)上大幅度提高原油采收率，此氮?dú)馀菽w系可在水驅(qū)和起泡劑驅(qū)的基礎(chǔ)上提高60.0%的采收率，模型最終采收率高達(dá)94.1%，充分說(shuō)明該體系具有較好的調(diào)驅(qū)能力和較高的洗油效率。

表7 驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在整個(gè)注入過(guò)程中，注入壓力、模型采收率和含水率與注入PV數(shù)關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖11。從圖11可以看出，在氮?dú)馀菽⑷脒^(guò)程中，注入壓力明顯升高，采收率增幅明顯增大，這更進(jìn)一步證明了氮?dú)馀菽w系具有很好的調(diào)驅(qū)能力和較好的驅(qū)油效率[6－8]。

（6）泡沫油敏性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)儀器為FOAMSCAN泡沫掃描儀，實(shí)驗(yàn)用油采用模擬油正辛烷，起泡劑YS－FA150質(zhì)量濃度為5 g/L，氣體為氮?dú)猓瑢?shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8所示。

圖11 含水率、采收率和壓力與PV數(shù)關(guān)系曲線(xiàn)

從表8可以看出，油對(duì)泡沫的性能有較大的影響，沒(méi)有油的泡沫半衰期為3871 s，而含油10、30和50 g/L的泡沫體系的泡沫半衰期分別為1199 s、1186 s和1157 s，可見(jiàn)油的存在使得泡沫半衰期明顯下降。由此可以得出，在壓錐后泡沫在油層的穩(wěn)定性較差，而在水層的穩(wěn)定性較好，所以泡沫能較好的封堵水層，有利于原油的產(chǎn)出[9－10]。

表8 泡沫油敏性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 氮?dú)馀菽瓑哄F的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

（1）施工概況

QHD32－6E18井氮?dú)馀菽瓑哄F作業(yè)時(shí)間為2008年10月21—11月21日，歷時(shí)31 d，采用地下發(fā)泡的施工方式和先注一段液再注一段氮?dú)獾淖⑷敕绞?，共?0個(gè)段塞注入氮?dú)馀菽?，共注入氮?dú)?88000 m3，注入泡沫基液1590 m3（平均濃度1%），共用起泡劑16.0 t。施工壓力曲線(xiàn)如圖12所示。

圖12 Q HD32－6E18井氮?dú)馀菽瓑哄F施工壓力曲線(xiàn)

（2）施工效果

截至2010年4月，與氮?dú)馀菽瓑哄F前相比，E18井含水由最高92.8%下降到62.5%，平均下降了15%，產(chǎn)液量下降30%，日均增油8 m3左右，累積增油3500 m3。由此可見(jiàn)，E18井實(shí)施氮?dú)馀菽瓑哄F后，既實(shí)現(xiàn)了增油，同時(shí)又降低了產(chǎn)水量，達(dá)到了控水增油的預(yù)期目的。

5 結(jié)論

（1）制備了氮?dú)馀菽瓑哄F液，并對(duì)注氮?dú)馀菽瓡r(shí)間、表活劑溶液質(zhì)量濃度、氣液比、燜井時(shí)間等因素對(duì)氮?dú)馀菽瓑哄F液性能的影響進(jìn)行了敏感性分析，確定了氮?dú)馀菽瓑哄F液的關(guān)鍵注入?yún)?shù)。

（2）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了起泡劑性能，結(jié)果表明：起泡劑與各種水體有良好的配伍性，對(duì)地層不造成傷害，驅(qū)油能力強(qiáng)，封堵水層能力強(qiáng)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明：氮?dú)馀菽瓑哄F堵水措施利于生產(chǎn)過(guò)程中含水率降低、原油產(chǎn)量升高。

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Research and application of nitrogen foam coningcontrol technique for heavy oil reservoir with bottom water in offshore oilfield

Ma Yue Tang Xiaoxu Liu Hui Wang Guohong
（Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin，300452）

The sensitivity elements of nitrogen foam coning－control fluid are analyzed，and the nitrogen foam coning－control fluid is developed to meet the demand for controlling bottom water coning the heavy oil reservoir in Qinhuangdao 32－6 oilfield in Bohai Bay.The simulation analysis indicates that effect of exclusion of water is best when the nitrogen is injected for 20 days，mass concentration of surface acting agent is 10 g/L，gas fluid ratio is 2∶1，soak time is 2 to 5 days.Laboratory evaluation shows that the foaming agent YS－FA150 has better compatibility with produced water，formation water and aquifer water，with foam half－life of 3871 s，drain half－life of 215 s；the foam system with gas－liquid ratio of 2∶1 has the resistance factor up to 90；the saturated foaming agent can make core permeability recovered 99.8%.The field application shows that the new Nitrogen foam coning－control fluid can restrain the bottom water coning along the high－permeability zone effectively and gave good performance in a tested well，with the water cut reduced from 92.8%to 62.5%，the fluid production decreased by 40 m3per day，the oil output increased by 22 m3per day，and the cumulative oil increment of 3500 m3，presenting the obvious overall benefit.The technology can enhance the oil production further after bottom water coning reservoir and has good application prospects.

heavy oil reservoir with bottom water；nitrogen foam；sensitivity elements；foaming agent；laboratory evaluation；field application

＊國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”（編號(hào)：2008ZX05024）部分成果。

馬躍，女，工程師，1995年畢業(yè)于原西南石油學(xué)院石油工程專(zhuān)業(yè)，主要從事油田開(kāi)發(fā)、油藏動(dòng)態(tài)分析和研究工作。地址：天津市濱海新區(qū)渤海石油路688號(hào)渤海石油勘探開(kāi)發(fā)研究院（郵編：300452）。

2011－05－10改回日期：2011－08－04

（編輯：孫豐成）