泡沫混排攜砂規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究

夏 禹，郭宏峰，楊樹(shù)坤，張 博，趙廣淵

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部增產(chǎn)中心，天津塘沽 300459）

泡沫混排攜砂規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究

夏 禹，郭宏峰，楊樹(shù)坤，張 博，趙廣淵

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部增產(chǎn)中心，天津塘沽 300459）

隨著海上油田開(kāi)發(fā)的深入，老油田相繼進(jìn)入產(chǎn)量遞減開(kāi)發(fā)階段，如何有效控制老井產(chǎn)量遞減成為制約海上油田高效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題。海上油田大多為疏松砂巖稠油油藏，開(kāi)發(fā)過(guò)程中，易在近井地帶產(chǎn)生泥質(zhì)、細(xì)粉砂、重質(zhì)組分等復(fù)合堵塞，泡沫混排解堵是一種解決這類問(wèn)題井比較有效的工藝措施。但目前泡沫混排工藝在現(xiàn)場(chǎng)施工中，一些參數(shù)的選擇缺乏理論支持，基于此，本文開(kāi)展了泡沫混排中泡沫攜砂規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)規(guī)律指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)的制定與優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：孔隙度、氣液比和放噴壓差的合理選擇，對(duì)泡沫攜砂能力和細(xì)粉砂排出程度有積極的影響。

泡沫混排；攜砂規(guī)律；室內(nèi)實(shí)驗(yàn)；工藝參數(shù)

海上油田已經(jīng)投入開(kāi)發(fā)多年，一些老井隨著開(kāi)發(fā)的深入，產(chǎn)量逐年遞減；還有很多老井經(jīng)過(guò)修井作業(yè)后，產(chǎn)量恢復(fù)不到預(yù)期要求。究其原因，大多數(shù)井是因?yàn)槟噘|(zhì)、細(xì)粉砂、重質(zhì)組分、漏失的修井液等在近井地帶形成了復(fù)合污染，而泡沫混排解堵工藝技術(shù)可以有效地解決這些問(wèn)題[1，2]。

泡沫混排解堵技術(shù)的原理就是通過(guò)向井筒及近井地帶注入一定量的低密度泡沫，然后燜井一段時(shí)間，使泡沫在近井地帶擴(kuò)散，然后開(kāi)井放噴，利用泡沫的密度低、黏度高、濾失量少和懸浮能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，誘導(dǎo)近井地帶贓物外排，解除近井地帶的堵塞[3，4]。

這項(xiàng)工藝技術(shù)是一項(xiàng)較為新型的解堵方法，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，一些參數(shù)選擇缺乏理論支持，所以本文通過(guò)對(duì)泡沫混排攜砂規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究并得出規(guī)律，結(jié)合實(shí)驗(yàn)規(guī)律指導(dǎo)了現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)的制定與優(yōu)化[5]。

1 泡沫攜砂規(guī)律實(shí)驗(yàn)流程

為了模擬泡沫混排中泡沫擠入油藏的儲(chǔ)集作用和放噴過(guò)程，制作了一套泡沫混排模擬實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖1）。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)泵和氮?dú)馄繉⑵鹋輨┖偷獨(dú)鈹D入小容器中，在夾持器中裝入人造巖心，通過(guò)放噴室開(kāi)閥放噴，來(lái)模擬泡沫混排的擠入和放噴過(guò)程。放噴后，可拆下儲(chǔ)砂管稱量返排出的細(xì)粉砂質(zhì)量。

人造巖心的制作過(guò)程是取用一定量的石英粗砂，利用磨具和加壓裝置進(jìn)行壓制，制作成巖心骨架，中間細(xì)粉砂利用PVC可溶性膜進(jìn)行填充來(lái)模擬返排中析出的細(xì)粉砂。PVC可溶性膜的好處是可以隨意混合一定比例不同目數(shù)的細(xì)粉砂，并且該膜遇水即溶，可以在一定程度上模擬地層中的游離細(xì)粉砂。人造巖心和填充細(xì)粉砂（見(jiàn)圖2）。

2 泡沫攜砂規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究

本實(shí)驗(yàn)參考了海上油田某區(qū)塊的油層物性特征，實(shí)驗(yàn)?zāi)M制備的巖心孔隙度為26%～37%，滲透率為3 000 mD～6 000 mD，模擬地層水礦化度為5 000 mg/L ～7 000 mg/L，起泡劑則選用陰離子型起泡劑?；谏鲜鰲l件下，分別評(píng)價(jià)了不同巖心孔隙度、不同氣液比和不同放噴壓差下對(duì)泡沫攜砂規(guī)律的影響[6]。

2.1 孔隙度對(duì)泡沫攜砂影響實(shí)驗(yàn)

圖1 泡沫攜砂規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)裝置流程

圖2 人造巖心和填充細(xì)粉砂實(shí)物圖

本組實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制巖心壓制過(guò)程中的壓力，達(dá)到制備不同孔隙度巖心的目的。通過(guò)多次嘗試，制作出了孔隙度范圍為28.6%～37.1%的巖心5塊。在相同的氣液比，相同的初始放噴壓差，研究孔隙度對(duì)排砂量、滲透率和孔隙度變化的影響。

2.1.1 出砂量隨初始孔隙度變化規(guī)律分析 通過(guò)對(duì)人造巖心的實(shí)驗(yàn)，繪制出砂量隨初始孔隙度變化關(guān)系（見(jiàn)圖3）。由圖3分析可知，從整體趨勢(shì)上看，巖心的孔隙度越大，出砂量越大，當(dāng)巖心孔隙度超過(guò)35%后，出砂量急劇增加這是由于孔隙度越大，其直徑較大的孔喉越多，對(duì)細(xì)粉砂排出的阻礙作用越小。

圖3 出砂量隨初始孔隙度變化圖

2.1.2 出砂粒徑分布隨初始孔隙度變化規(guī)律分析 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出不同粒徑砂排出量和孔隙度的關(guān)系（見(jiàn)圖4）。由圖4分析可以看出，當(dāng)初始孔隙度28%～33%時(shí)，出砂量整體平穩(wěn)，150目細(xì)粉砂排出比例大，當(dāng)初始孔隙度大于33%時(shí)，出砂量急劇增加，100目、120目較大砂排出比例增大。

圖4 不同粒徑砂排出量和初始孔隙度的關(guān)系

通過(guò)研究孔隙度對(duì)泡沫攜砂規(guī)律的影響所得出的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，說(shuō)明了在選擇泡沫混排工藝時(shí)，要對(duì)措施井所處油藏的孔隙度進(jìn)行評(píng)價(jià)，選擇適當(dāng)孔隙度范圍的井次，保證工藝的順利實(shí)施，這樣既保證一定的出砂量，又可以提高細(xì)粉砂的排出比例。

2.2 氣液比對(duì)泡沫攜砂影響實(shí)驗(yàn)

本組實(shí)驗(yàn)在相同的初始放噴壓力下，通過(guò)控制在向小中間容器中分別注入氮?dú)夂推鹋輨┫♂屢簳r(shí)的壓力，來(lái)改變泡沫氣液比。通過(guò)計(jì)算得到地下條件下泡沫氣液比分別為0.44:1，1.08:1，1.44:1，1.94:1和2.70:1。從而實(shí)現(xiàn)不同氣液比對(duì)泡沫攜砂效果的影響實(shí)驗(yàn)。

2.2.1 氣液比隨出砂量的變化規(guī)律分析 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，繪制出不同氣液比與出砂量的關(guān)系圖（見(jiàn)圖5）。由圖5可知，出砂量隨氣液比的增大而增加。這是由于氣液比越大，單位體積液體所含氣體越多，泡沫所具有的能量越大，壓力下降速度變慢，放噴持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，相應(yīng)的攜砂能力也隨之增強(qiáng)。

圖5 不同氣液比與出砂量關(guān)系圖

2.2.2 氣液比對(duì)孔隙度和滲透率的影響分析 通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出不同氣液比下對(duì)巖心孔隙度和滲透率的變化規(guī)律（見(jiàn)圖6、圖7）。由圖6和圖7可知，放噴后，巖心的孔隙度和滲透率都有所增加，這是由于細(xì)粉砂的排出疏通了巖心的孔隙和孔喉。還可以看出，當(dāng)氣液比在2:1以上時(shí)，放噴后巖心滲透率和孔隙度的增加幅度變大。

2.2.3 氣液比對(duì)出砂粒徑分布的影響分析 通過(guò)不同氣液比下細(xì)粉砂出砂粒徑分布數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖8）。由圖8可知，排出的細(xì)粉砂中150目的細(xì)粉砂最多，120目次之，100目最少，即細(xì)粉砂目數(shù)越大越容易排出。也可以看出，隨著氣液比的增大，整體出砂量呈上升趨勢(shì)。

通過(guò)研究氣液比對(duì)泡沫攜砂規(guī)律的影響所得出的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，可以看出，在現(xiàn)場(chǎng)施工中，在條件允許的范圍內(nèi)要適當(dāng)?shù)脑黾託庖罕?，增加泡沫的攜砂能力，可以使目數(shù)小的細(xì)粉砂排出程度增加，進(jìn)而更加改善儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率。

2.3 壓差對(duì)泡沫攜砂影響實(shí)驗(yàn)

本組實(shí)驗(yàn)通過(guò)在五種不同恒定負(fù)壓差下放噴，研究出砂質(zhì)量分布變化規(guī)律。為了實(shí)現(xiàn)恒定的負(fù)壓差，采用了根據(jù)壓力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)控動(dòng)力泵排量的方式，保證裝置在恒定壓差下放噴。

圖6 氣液比與孔隙度變化的關(guān)系圖

圖7 氣液比與滲透率變化的關(guān)系圖

圖8 不同粒徑細(xì)粉砂分布圖

圖9 不同恒定壓差下的出砂量

2.3.1 恒定壓差放噴下對(duì)出砂量的影響分析 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，繪制出不同恒定壓差下出砂量的曲線（見(jiàn)圖9）。由圖9可以看出，當(dāng)放噴壓差恒定時(shí)，放噴壓差為5.7 MPa時(shí)，泡沫攜砂量最大，壓差過(guò)大，泡沫處于壓縮狀態(tài)，壓差過(guò)小，泡沫處于膨脹狀態(tài)，都會(huì)影響泡沫的攜砂能力。

2.3.2 恒定壓差放噴下對(duì)孔隙度和滲透率的變化分析通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出不同放噴壓差下巖心孔隙度和滲透率的變化規(guī)律（見(jiàn)圖10、圖11）。由圖10和圖11可知，由于出砂量有限，孔隙度、滲透率提高有限，壓差4 MPa～5 MPa時(shí)滲透率的改善稍大。

圖10 恒定壓差下放噴后孔隙度的變化圖

圖11 恒定壓差下放噴后滲透率的變化圖

2.3.3 恒定壓差放噴下出砂粒徑分布分析 通過(guò)恒定壓差放噴實(shí)驗(yàn)出砂粒徑分布數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖12）。由圖12可知，各個(gè)目數(shù)出砂量總體較少，因此不同粒徑的砂相差不多，150目的砂因?yàn)榱捷^小所以出砂量稍多。

通過(guò)研究不同放噴壓差對(duì)泡沫攜砂規(guī)律的影響所得出的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，可以看出在放噴時(shí)，井底的負(fù)壓差對(duì)返排效果的影響有一個(gè)最佳的值，在壓差為5 MPa左右時(shí)，泡沫攜砂能力較強(qiáng)，對(duì)孔隙度和滲透率改善的幅度也稍大，所以在現(xiàn)場(chǎng)施工造井底負(fù)壓時(shí)，要加以考慮，保證良好的返排效果。

圖12 恒定放噴壓差下出砂分布

3 結(jié)論

（1）通過(guò)該實(shí)驗(yàn)研究，說(shuō)明巖心的孔隙度對(duì)泡沫混排工藝的出砂量和攜砂能力存在一定影響。本實(shí)驗(yàn)研究的巖心孔隙度范圍在30%左右，隨著巖心孔隙度的增大，泡沫攜砂能力越強(qiáng)，細(xì)粉砂的排出程度也越大。所以在選擇泡沫混排工藝時(shí)，一定要評(píng)價(jià)井位所處油藏的孔隙度，使施工的井位保證在一定孔隙度范圍內(nèi)。

（2）通過(guò)該實(shí)驗(yàn)研究，說(shuō)明施工中的氣液比能夠影響泡沫混排工藝的出砂量和攜砂能力。在一定范圍內(nèi)，氣液比越大，泡沫攜砂能力越強(qiáng)，當(dāng)氣液比達(dá)到2:1時(shí)，泡沫使巖心的孔隙度和滲透率增加幅度變大，細(xì)粉砂的排出程度也隨氣液比的增加而增加。

（3）通過(guò)該實(shí)驗(yàn)研究，說(shuō)明放噴壓差對(duì)泡沫攜砂能力和出砂量也存在一定影響。研究中，當(dāng)放噴壓差在5 MPa左右時(shí)，泡沫攜砂能力最大，對(duì)巖心的孔隙度和滲透率的改善程度也稍大。所以在現(xiàn)場(chǎng)施工中，井底負(fù)壓差對(duì)返排效果有一個(gè)最佳值，在造負(fù)壓時(shí)應(yīng)加以考慮。

［1］ 竺彪，李翔，林濤，等.海上油田泡沫吞吐解堵技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.海洋石油，2010，30（2）:44-47.

［2］ 楊德華，等.自生泡沫體系驅(qū)油研究［J］.石油化工應(yīng)用，2016，35（8）:154-156.

［3］ 李兆敏，李冉，劉偉，等.泡沫在油氣田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用及展望（Ⅱ）-泡沫流體在近井及地層中的應(yīng)用［J］.油田化學(xué)，2013，30（1）:155-160.

［4］ 李兆敏，王冠華，曹小朋，等.泡沫混排解堵技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，32（2）:178-181.

［5］ 竺彪，翟偉，趙耀欣.泡沫吞吐工藝在大修井中的應(yīng)用［J］.長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2016，13（19）:21-24.

［6］ 趙霞.氮?dú)馀菽?fù)壓返排解堵工藝在海上油田的應(yīng)用［J］.化學(xué)工程與裝備，2016，（10）:64-66.

Experimental study on sand-carrying law of foam mixed flowback

XIA Yu，GUO Hongfeng，YANG Shukun，ZHANG Bo，ZHAO Guangyuan
（Stimulation Center of Production Optimization，COSL，Tanggu Tianjin 300459，China）

With the deepening of offshore oilfield development,the old oilfield has entered the stage of decreasing production development,and how to effectively control the decrease of old well production becomes the key problem to restrict the efficient development of offshore oilfield.Most of the offshore oilfields are loose sandstone heavy oil reservoirs.During the development process,it is easy to produce compound clogging of muddy,fine silt and heavy components in the near-well area.The foam mixed flowback is a kind of effective solution. However,the choice of some parameters in the field construction is lack of theoretical support,based on this,this paper carried out the experimental study on the law of foam carrying sand,combined with experimental rules to guide the development and optimization of on-site process parameters.The experimental results show that the reasonable choice of porosity, gas-liquid ratio and discharge pressure difference has a positive effect on the foam carrying capacity and the degree of fine silt discharge.

foam mixed flowback；carrying sand law；indoor experiment；process parameters

TE358.1

A

1673-5285（2017）05-0072-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.05.017

2017－03-17

夏禹，男（1989-），采油工程師，2014年碩士畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣田開(kāi)發(fā)專業(yè)，現(xiàn)從事油田增產(chǎn)方面技術(shù)研究工作，郵箱：xiayu8@cosl.com.cn。