泡沫凝膠組合防竄技術(shù)改善氮?dú)怛?qū)氣竄效果研究

喬硯佳， 鄭繼龍

(1.中海油常州環(huán)保涂料有限公司， 天津 300452；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司， 天津 300452；3.海洋石油高效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300452)

隨著油田開發(fā)的不斷深入，低滲油田開發(fā)對(duì)油田產(chǎn)量提升的貢獻(xiàn)率不斷增加。氮?dú)怛?qū)在開發(fā)低滲油田過程中應(yīng)用逐漸增多，但由于氮?dú)怛?qū)過程中氣體粘度和密度較低等問題，導(dǎo)致氣體竄流嚴(yán)重[1]。氮?dú)怛?qū)過程中一旦發(fā)生氣竄，采收幅度就會(huì)明顯降低[2-3]。國內(nèi)外相關(guān)的室內(nèi)研究及礦場應(yīng)用結(jié)果表明，防竄體系的注入能夠有效抑制氣竄[4]，提高氮?dú)怛?qū)開發(fā)效果，其中泡沫凝膠組合防竄體系是改善氮?dú)怛?qū)氣竄的有效措施之一[5-7]。

本研究通過室內(nèi)物理模型模擬氮?dú)怛?qū)替過程，分別通過泡沫防竄、凝膠防竄及泡沫凝膠組合防竄物模實(shí)驗(yàn)和結(jié)果對(duì)比，重點(diǎn)分析泡沫凝膠組合防竄體系改善氮?dú)怛?qū)氣竄的效果。

1 物模實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)用藥劑：聚合物(聚丙烯酰胺，北京恒聚化工集團(tuán)有限責(zé)任公司)，GS-2交聯(lián)劑(東營市晨煜石油技術(shù)有限公司)，起泡劑(實(shí)驗(yàn)室自制)。

實(shí)驗(yàn)用模擬水：J油田地層水。

實(shí)驗(yàn)用油：J油田脫水原油。

實(shí)驗(yàn)驅(qū)替設(shè)備：一維驅(qū)替物理模擬裝置，江蘇拓創(chuàng)科研儀器有限公司。

其他：玻璃棒、秒表、量筒、燒杯等。

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

對(duì)于低滲油田注氣開發(fā)而言，目標(biāo)儲(chǔ)層大多都具有豐富的裂縫通道?；谀繕?biāo)儲(chǔ)層的地質(zhì)特征[8]，在開展物模實(shí)驗(yàn)研究的過程中，采用填砂并聯(lián)模型作為室內(nèi)防竄體系篩選評(píng)價(jià)模型[9]，模型規(guī)格φ25 mm×70 mm，模型出口安裝有500目防砂網(wǎng)，3根并聯(lián)模型填砂管基本參數(shù)見表1，實(shí)驗(yàn)用油密度0.89 g/cm3。1#、2#模型管模擬高滲透儲(chǔ)層，3#模型管模擬低滲透儲(chǔ)層，其中1#模型管模擬人工裂縫儲(chǔ)層，2#模型管模擬天然裂縫儲(chǔ)層，3#模型管模擬微小裂縫儲(chǔ)層，實(shí)驗(yàn)流程圖如圖1所示。

表1 防竄體系優(yōu)化驅(qū)替用填砂管參數(shù)

圖1 防竄體系優(yōu)化驅(qū)替流程示意圖

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1)巖心抽真空、飽和水、飽和油，測定巖心孔隙度、水相滲透率、含油飽和度，放置烘箱(油藏溫度104 ℃)老化24 h，備用[10]；

(2)按照?qǐng)D1驅(qū)替流程示意圖連接流程，1#、2#填砂管采用同注同采，測定流程密封性，回壓調(diào)整至地層壓力23 MPa，準(zhǔn)備開展驅(qū)替實(shí)驗(yàn)；

(3)氮?dú)怛?qū)至巖心出口不出液，氮?dú)怛?qū)注氣速度2 mL/min，計(jì)量驅(qū)替過程中壓力的變化及產(chǎn)出氣量和產(chǎn)出油量；

(4)轉(zhuǎn)泡沫驅(qū)，氣液比為2∶1，注氣速度2 mL/min，注入量為0.20 PV后，轉(zhuǎn)為后續(xù)氮?dú)怛?qū)，驅(qū)替至巖心出口不出液，計(jì)量驅(qū)替過程中壓力的變化及產(chǎn)出氣量和產(chǎn)出油量[11]；

(5)轉(zhuǎn)凝膠驅(qū)，注入速度1 mL/min，注入量為0.20 PV后，候凝3 d后繼續(xù)后續(xù)氮?dú)怛?qū)，驅(qū)替至巖心出口不出液，計(jì)量驅(qū)替過程中壓力的變化及產(chǎn)出氣量和產(chǎn)出油量；

(6)轉(zhuǎn)后續(xù)泡沫驅(qū)，氣液比為2∶1，注氣速度2 mL/min，注入量為0.20 PV后，轉(zhuǎn)為后續(xù)氮?dú)怛?qū)，驅(qū)替至巖心出口不出液，計(jì)量驅(qū)替過程中壓力的變化及產(chǎn)出氣量和產(chǎn)出油量[12]；

(7)結(jié)束實(shí)驗(yàn)，清理實(shí)驗(yàn)流程。

2 結(jié)果與討論

2.1 氮?dú)怛?qū)替實(shí)驗(yàn)

氮?dú)怛?qū)替過程中高滲透儲(chǔ)層出液，低滲模擬層不出液，1#和2#填砂管模擬高滲透儲(chǔ)層，剛開始注氣巖心出口就開始出液，驅(qū)替初期巖心出口基本全部為純油，驅(qū)替后期產(chǎn)出的流體中有部分水，同時(shí)伴隨氮?dú)猱a(chǎn)出，3#填砂管從實(shí)驗(yàn)開始至實(shí)驗(yàn)結(jié)束巖心出口始終未出液。注氣0.15 PV時(shí)巖心出口發(fā)生氣竄，后續(xù)繼續(xù)氮?dú)怛?qū)巖心出口不出油，巖心出口累計(jì)產(chǎn)油量為34 mL，整個(gè)模型單純氮?dú)怛?qū)采收率為9.79%，高滲透儲(chǔ)層氮?dú)怛?qū)采收率為14.18%，單純氮?dú)怛?qū)過程中巖心出口產(chǎn)氣量隨注入量的關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 單純氮?dú)怛?qū)巖心出口產(chǎn)氣量隨注入量變化曲線

由圖2中的曲線可知，在整個(gè)氮?dú)怛?qū)過程中巖心出口產(chǎn)氣量比較穩(wěn)定，而且在氣竄后巖心出口伴隨少量的原油產(chǎn)出，隨著氣體的不斷突破，巖心出口產(chǎn)出氣中攜帶出的原油量在逐漸減少。整個(gè)氮?dú)怛?qū)過程中巖心進(jìn)出口的壓差基本穩(wěn)定在0.12 MPa左右，該壓差較低，因此無法驅(qū)動(dòng)低滲透儲(chǔ)層的原油。隨著氮?dú)怛?qū)過程中氣竄的不斷加劇，巖心進(jìn)出口的壓差逐漸降低，最終穩(wěn)定后巖心進(jìn)出口的壓差穩(wěn)定在0.02 MPa左右。

2.2 氮?dú)怛?qū)后轉(zhuǎn)氮?dú)馀菽?qū)

純氮?dú)怛?qū)至巖心出口不出液后轉(zhuǎn)為氮?dú)馀菽?qū)，氣液比為2∶1，采用氣液交替注入方式，注入量為0.20 PV，在氮?dú)馀菽?qū)替過程中巖心出口有少量乳化油產(chǎn)出，后續(xù)轉(zhuǎn)為氮?dú)怛?qū)，巖心出口伴隨少量原油產(chǎn)出，低滲模型管出口依舊沒有原油產(chǎn)出，主要是1#和2#高滲模型管出口有原油產(chǎn)出，后續(xù)氮?dú)怛?qū)至巖心出口不出液，該階段巖心出口累計(jì)產(chǎn)油量為62 mL，整個(gè)模型氮?dú)馀菽?qū)采收率為14.18%，高滲透儲(chǔ)層氮?dú)怛?qū)采收率為25.85%，氮?dú)馀菽?qū)過程中巖心出口產(chǎn)氣量隨注入量關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 氮?dú)馀菽?qū)巖心出口產(chǎn)氣量隨注入量變化曲線

由圖3中的曲線可知，依據(jù)氮?dú)馀菽?qū)和氮?dú)怛?qū)過程中，巖心出口產(chǎn)氣量隨注入量變化曲線的斜率變化可知，泡沫在巖心中所形成的阻力無法啟動(dòng)低滲透儲(chǔ)層。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中高滲透儲(chǔ)層巖心進(jìn)出口壓差保持在0.06 MPa左右，該壓差高于單純氣驅(qū)穩(wěn)定時(shí)巖心兩端壓差，因此泡沫驅(qū)可動(dòng)用高滲透儲(chǔ)層；后續(xù)轉(zhuǎn)氮?dú)鈮翰畋３址€(wěn)定不變，說明泡沫體系在后續(xù)的連續(xù)注氣過程中在巖心中依舊以泡沫狀態(tài)存在。

2.3 注凝膠及后續(xù)氣驅(qū)

轉(zhuǎn)凝膠驅(qū)，凝膠體系為聚合物(3000 mg/L)+硫脲(200 mg/L)+GS-2交聯(lián)劑(2500 mg/L)，體系注入量2.0 PV，注入速度1 mL/min。凝膠體系注入過程中1#巖心和2#巖心高滲透儲(chǔ)層累計(jì)產(chǎn)油9.46 mL，整個(gè)模型凝膠驅(qū)采收率為2.72%，高滲透儲(chǔ)層凝膠驅(qū)采收率為3.94%。候凝3 d后繼續(xù)后續(xù)氮?dú)怛?qū)，該階段低滲透儲(chǔ)層依舊沒有液體產(chǎn)出，凝膠候凝之后巖心(1#、2#和3#)出口依舊不出油，低滲透儲(chǔ)層依舊無流體產(chǎn)出，主要是凝膠體系在巖心孔吼中形成邊際效應(yīng)，從而造成其封堵性能不強(qiáng)。凝膠候凝后轉(zhuǎn)氮?dú)怛?qū)高滲透儲(chǔ)層累計(jì)產(chǎn)油16.26 mL，整個(gè)模型凝膠驅(qū)采收率為4.68%，高滲透儲(chǔ)層凝膠驅(qū)采收率為6.78%。

2.4 凝膠驅(qū)后轉(zhuǎn)氮?dú)馀菽?qū)

凝膠體系注入后，通過候凝3 d繼續(xù)后續(xù)氮?dú)怛?qū)，低滲透儲(chǔ)層依舊無法動(dòng)用?；诖宿D(zhuǎn)為注氮?dú)馀菽w系0.2 PV，氣液比為2∶1，然后轉(zhuǎn)為后續(xù)氮?dú)怛?qū)，整個(gè)驅(qū)替過程中，低滲透儲(chǔ)層(3#)出口有原油產(chǎn)出，產(chǎn)出原油總量共計(jì)48.64 mL，占整個(gè)模型采收率的14.01%，占低滲透儲(chǔ)層采收率為45.34%；高滲透儲(chǔ)層(1#、2#)產(chǎn)出原油總量共計(jì)5.24 mL，占整個(gè)模型采收率的1.51%，高滲透儲(chǔ)層凝膠驅(qū)采收率為2.18%。凝膠驅(qū)后轉(zhuǎn)氮?dú)馀菽?qū)過程中巖心出口產(chǎn)氣量隨注入量關(guān)系曲線如圖4所示，不同注入階段采油量如圖5所示。

圖4 凝膠驅(qū)后轉(zhuǎn)氮?dú)馀菽?qū)巖心出口產(chǎn)氣量隨注入量變化曲線

圖5 不同注入方式條件下的產(chǎn)油量柱狀圖

結(jié)合高滲透和低滲透儲(chǔ)層出口原油產(chǎn)出量以及圖4凝膠驅(qū)后轉(zhuǎn)氮?dú)馀菽?qū)巖心出口產(chǎn)氣量隨注入量變化曲線可知，在凝膠驅(qū)后轉(zhuǎn)氮?dú)馀菽?qū)過程中，低滲透儲(chǔ)層和高滲透儲(chǔ)層均有原油產(chǎn)出，剛開始注入過程中高滲透儲(chǔ)層產(chǎn)油量較多。隨著不斷的驅(qū)替，低滲透儲(chǔ)層原油逐漸被動(dòng)用，而且隨著注入量的不斷增加，低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)油量不斷增加。產(chǎn)氣量分析可知，高滲透儲(chǔ)層的產(chǎn)氣量剛開始比低滲透儲(chǔ)層多，后來低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)氣量明顯高于高滲透儲(chǔ)層，主要是由于凝膠體系注入巖心后，在高滲透儲(chǔ)層成膠，有效地改善了高滲透儲(chǔ)層的滲透率。

由圖5所示的產(chǎn)油量柱狀統(tǒng)計(jì)圖可知，不同注入階段產(chǎn)油不同，高、低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)油情況各異，整個(gè)模型在不同階段的累積產(chǎn)油量為166.14 mL，累積采收率為44.86%；通過凝膠體系與泡沫體系的有效組合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高滲透儲(chǔ)層的封堵，有效啟動(dòng)低滲透儲(chǔ)層，低滲透儲(chǔ)層原油能夠有效地被動(dòng)用；單純氮?dú)怛?qū)后采用泡沫驅(qū)可有效提高原油采收率。實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，將3根不同滲透率的填砂管取出之后，肉眼觀察發(fā)現(xiàn)1#填砂管的剩余油較多，2#填砂管的剩余油次之，3#填砂管的剩余油最少，主要是由于凝膠體系注入后，對(duì)高滲透儲(chǔ)層形成了一定的封堵作用，有效提高了體系的波及體積。

3 結(jié) 論

(1)在非均質(zhì)儲(chǔ)層中，單純氮?dú)怛?qū)后采用泡沫驅(qū)可對(duì)高滲透儲(chǔ)層形成有效封堵，基于氮?dú)怛?qū)可提高原油采收率14.18%。

(2)泡沫與凝膠組合防竄體系可有效啟動(dòng)低滲透儲(chǔ)層，低滲透儲(chǔ)層采收率可達(dá)到45.34%。

(3)凝膠防竄體系的注入無法有效啟動(dòng)低滲透儲(chǔ)層，凝膠體系在巖心孔吼中形成邊際效應(yīng)，將剩余油圈閉在高滲透儲(chǔ)層。