渤海底水油田泡沫控水錐技術(shù)研究與應(yīng)用

徐國(guó)瑞

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津300450）

我國(guó)渤海部分底水油田原油黏度較大、儲(chǔ)層發(fā)育、大段籠統(tǒng)防砂、多層合采、油藏非均質(zhì)性嚴(yán)重、底水能量強(qiáng)，在生產(chǎn)中由于采油強(qiáng)度較高，產(chǎn)液量大，往往造成底水的快速錐進(jìn)，一旦底水突破后，由于水油流度比的差異造成油井含水急劇上升，產(chǎn)油量急劇減少。對(duì)于此類油田，可以采用泡沫控水錐技術(shù)抑制底水的錐進(jìn)：將大量泡沫高壓注入到生產(chǎn)井，造成近井地帶壓力上升，將水錐下壓直至原始油水界面附近，并且在井筒周圍的高含水區(qū)域形成一定范圍的泡沫富集帶［1］。由于泡沫具有遇水穩(wěn)定，遇油消泡的油水選擇性［2－8］，所以在高含水水層會(huì)穩(wěn)定存在，使泡沫抑制或減緩水錐的再次錐進(jìn)；而泡沫在油層中容易破滅，不會(huì)阻止原油的產(chǎn)出，從而達(dá)到控水增油的目的。

本文通過(guò)泡沫掃描方法、多孔介質(zhì)內(nèi)泡沫動(dòng)態(tài)阻力因子測(cè)試、封堵能力評(píng)價(jià)、提高采收率評(píng)價(jià)等手段對(duì)泡沫生成、穩(wěn)定性、封堵效果等進(jìn)行了研究。

1 泡沫室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

1.1 泡沫配伍性評(píng)價(jià)

1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料 陰離子型起泡劑PO－FA150，油田海管水、產(chǎn)出水及水源井水。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)方法 將不同水體按照一定比例混配，然后加入起泡劑，放置在60 ℃環(huán)境下恒溫24h，觀察溶液是否有沉淀現(xiàn)象，并測(cè)量溶液的NTU（散射濁度）值。

1.1.3 結(jié)果分析 起泡劑在各種水體之間的配伍性 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 如 表1所 示。起 泡 劑PO－FA 1 5 0在 水體中NTU 值均小于20，沒(méi)有沉淀及懸浮物存在，配伍性良好，不會(huì)對(duì)地層造成傷害，符合地層要求。

表1 起泡劑在各種水體之間的配伍性Table 1 Compatibility of foam agent and water

1.2 泡沫濃度篩選及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

1.2.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器 實(shí)驗(yàn)用起泡劑為POFA150，實(shí)驗(yàn)用水為油田產(chǎn)出水。實(shí)驗(yàn)儀器為法國(guó)產(chǎn)泡沫掃描儀FOAMSCAN，此儀器通過(guò)對(duì)電導(dǎo)率測(cè)量及反應(yīng)器色差分析記錄泡沫衰敗過(guò)程和攜液量變化趨勢(shì)，可以準(zhǔn)確地測(cè)量泡沫體系發(fā)泡量、半衰期、攜液系數(shù)等參數(shù)。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。值最大，泡沫穩(wěn)定性效果最好。因此選定0.5%為起泡劑最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

圖1 FOAMSCAN 裝置示意圖Fig.1 Schematics of FOAMSCAN

表2 起泡劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Experiment results of foam agent

1.3 泡沫封堵性能評(píng)價(jià)

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 首先將配制好的起泡劑溶液加入液池內(nèi)，然后從液池底部勻速注入氮?dú)?，在反?yīng)器內(nèi)會(huì)逐漸產(chǎn)生泡沫。在產(chǎn)生泡沫的過(guò)程中，液面會(huì)逐步的通過(guò)4個(gè)電極，其中最底部的電極表征盛液池中液體的體積，其他3個(gè)電極，測(cè)試不同位置的電導(dǎo)率，用來(lái)表征各個(gè)位置的泡沫攜液參數(shù)。當(dāng)泡沫體積達(dá)到最高時(shí)，自動(dòng)停止注氣，泡沫開(kāi)始排液并衰敗。配套軟件可自動(dòng)記錄并計(jì)算泡沫半衰期和排液半衰期。

1.2.3 結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)測(cè)定了起泡劑PO－FA150在5個(gè)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.1%、0.3%、0.5%、0.8%和1.0%）條件下的泡沫半衰期和排液半衰期，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 可知，起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，泡沫半衰期為3 871s，排液半衰期為215s，數(shù)

泡沫控制底水水錐主要是依靠泡沫的在水層的封堵性能，因此泡沫的堵水性能顯得尤為重要。實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定阻力因子評(píng)價(jià)泡沫的封堵性能。阻力因子是衡量泡沫封堵效果的重要指標(biāo)，其定義為注泡沫時(shí)物理模型兩端的驅(qū)替壓差Δpf與水驅(qū)時(shí)的基礎(chǔ)壓差Δpw的比值，如下所示：

FR＝Δpf／Δpw

1.3.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器 實(shí)驗(yàn)用起泡劑POFA150，油田產(chǎn)出水。實(shí)驗(yàn)溫度為60 ℃，巖心滲透率為20μm2，起泡劑為PO－FA150，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，氣液體積比為1∶1和2∶1，實(shí)驗(yàn)回壓為4.0 MPa。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)方法 連接實(shí)驗(yàn)流程，先測(cè)試模型兩端水驅(qū)壓差Δpw，再將氣體和起泡劑按設(shè)定氣液體積比注入模擬巖心管中，記錄模型管兩端壓差Δpf，計(jì)算泡沫阻力因子。

圖2 實(shí)驗(yàn)流程Fig.2 Schematics of experimental setup

1.3.3 結(jié)果分析 阻力因子測(cè)試結(jié)果如表3所示，驅(qū)替壓力曲線如圖3所示。由表3和圖3可知，氣液體積比為1∶1和2∶1時(shí)的阻力因子分別為45和90，所以當(dāng)氣液體積比為2∶1時(shí)，泡沫就有更強(qiáng)的封堵和耐沖刷能力。因此優(yōu)選氣液體積比2∶1為工藝參數(shù)。

表3 阻力因子測(cè)試結(jié)果Table 3 Results of resistance factor

圖3 泡沫驅(qū)替壓差隨驅(qū)替時(shí)間的變化Fig.3 Relationship between foam displacement pressure and time

1.4 泡沫對(duì)油敏感性評(píng)價(jià)

泡沫對(duì)油的敏感性是實(shí)現(xiàn)泡沫選擇性封堵的首要條件。泡沫具有“遇油消泡”，“遇水穩(wěn)定”的特性才能實(shí)現(xiàn)封堵底水，不封堵產(chǎn)油層的目的。泡沫抗油性實(shí)驗(yàn)主要考察泡沫對(duì)原油的敏感程度，即原油對(duì)泡沫的破壞程度。

1.4.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器 實(shí)驗(yàn)用模擬油為正辛烷；起泡劑PO－FA150，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%。實(shí)驗(yàn)儀器為泡沫掃描儀FOAMSCAN。

1.4.2 實(shí)驗(yàn)方法 將定量的模擬油加入到起泡劑溶液中，然后使用FOAMSCAN 評(píng)價(jià)泡沫半衰期和排液半衰期。1.4.3 結(jié)果分析 泡沫抗油性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。從表4中可以看出，油對(duì)泡沫的性能有較大的影響，尤其在泡沫半衰期方面。無(wú)油時(shí)泡沫半衰期為3 871s，含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、3%、5%時(shí)泡沫半衰期分別下降為1 199、1 186、1 157s，可見(jiàn)油的存在使得泡沫半衰期明顯下降。泡沫遇油消泡的原因在于：油水界面張力遠(yuǎn)小于水的表面張力，當(dāng)兩個(gè)界面共存時(shí)，界面能按自動(dòng)減小規(guī)律變化，這樣大量起泡劑由水表面遷移到油水界面，從而使原有泡沫（膜）失去表面活性劑的保護(hù)作用而破壞。實(shí)驗(yàn)表明泡沫對(duì)油敏感，具有遇油消泡的特性，從而使泡沫在油藏中具有“堵水不堵油”的選擇性封堵作用。

表4 泡沫抗油性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4 Foam performance of oil resistance

2 泡沫控水錐技術(shù)的應(yīng)用

泡沫控水錐技術(shù)在渤海QHD32－6油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)首次實(shí)施。QHD32－6油田屬于河流相儲(chǔ)層，構(gòu)造平緩，天然能量強(qiáng)，邊底水活躍，生產(chǎn)中極易形成底水或次生底水水錐，造成水淹現(xiàn)象突出。措施前綜合含水率已高達(dá)85%以上，而采出程度低于5%。大部分油井在生產(chǎn)一段時(shí)間后底水錐進(jìn)嚴(yán)重，含水率急劇上升，嚴(yán)重影響了油田的正常開(kāi)發(fā)。

措施油井在投產(chǎn)初期日產(chǎn)液86 m3／d，含水率為2%；生產(chǎn)7個(gè)月后含水率突然升至77%，表現(xiàn)出明顯的底水錐進(jìn)現(xiàn)象；此后含水率比較穩(wěn)定，上升比較緩慢。措施前日產(chǎn)液139m3／d，含水率為92%。泡沫控水錐作業(yè)施工采用地下發(fā)泡的方式，共注入泡沫體積約4 000m3，處理半徑約30m。措施收到了明顯的增油降水效果（見(jiàn)圖4）。措施前后對(duì)比表明，油井含水率下降了15%，產(chǎn)液量下降至100m3／d，日增油8 m3左右，動(dòng)液面與措施前相比下降了200m 左右，生產(chǎn)參數(shù)穩(wěn)定，效果良好，措施有效期超過(guò)8個(gè)月。措施后油井實(shí)現(xiàn)了日平均增油8 m3的效果，同時(shí)日平均產(chǎn)水量減少約40m3，累計(jì)增油約2 000m3，達(dá)到了控水增油的目的。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)采用泡沫掃描方法研究了泡沫的穩(wěn)定性及抗油性，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

（2）通過(guò)泡沫掃描方法、多孔介質(zhì)內(nèi)泡沫動(dòng)態(tài)阻力因子測(cè)試、封堵能力評(píng)價(jià)、提高采收率評(píng)價(jià)等手段對(duì)泡沫生成、穩(wěn)定性、封堵效果等進(jìn)行了研究。研究表明泡沫具有良好的封堵效果和油水選擇性，確定起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%和氣液體積比為2∶1為工藝最佳參數(shù)。

（3）泡沫控水錐技術(shù)在海上油田首次應(yīng)用成功。措施井降水增油效果明顯，取得了較好的增產(chǎn)效果，顯示出良好的應(yīng)用前景。但此項(xiàng)技術(shù)在海上底水油田的應(yīng)用還屬于起步階段，研究手段、工藝設(shè)備等還有待繼續(xù)深入。

圖4 措施油井生產(chǎn)曲線Fig.4 Production curve of well

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