利用氮氣實施堵水新工藝的可行性研究

林 濤，張 強，陳 超

（1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津塘沽 300450；2.大慶油田工程有限公司，黑龍江大慶 163712；3.華北油田分公司第四采油廠，河北廊坊 065000）

堵水技術(shù)比較關(guān)鍵的問題是找到出水位置，找準位置即可采用相對應(yīng)的堵水方式。堵水工藝明確出水層系或出水點或套管漏失段，所采用的方法就是測試漏失點段的漏失量即油井測試產(chǎn)出水量；根據(jù)測試結(jié)果確定調(diào)剖堵水、封堵射孔層段或封堵套管漏失。堵水技術(shù)就是要根據(jù)油井各油層高含水成因不同，采取相應(yīng)的技術(shù)，堵住或部分堵住主力出水層，降低油井產(chǎn)水量，提高產(chǎn)油量。砂巖層系堵水偏重于含水較高的高滲透吸水或出水層系；灰?guī)r堵水主要是邊水、底水錐進，堵水的難點是裂縫性連通；兩者在施工難度上相比較，灰?guī)r的裂縫性出水難度更大。地質(zhì)條件在更復(fù)雜的情況下，底水、層內(nèi)水浸、邊水等將使情況更加復(fù)雜。

選擇性堵劑堵水在滲漏率差異較大的多層油藏、垂向滲透率級差較大的層內(nèi)，降低排量和注入壓力，是可以讓低滲透部位或者油層少進，但是堵劑進入也是肯定的。從油層保護方面來看，盡管在低滲部位進入較少，但是同樣的堵塞率出現(xiàn)在高滲透和低滲透部位，對于低滲透部位的損害將是十分嚴重的。本文正是試圖在這方面進行一種新的可行性研究，利用氮氣進行輔助堵水作業(yè)，使多層油藏具有一定的自主選擇性，在配合選擇性堵劑的使用，為我國的堵水技術(shù)發(fā)展提供新的思路。

1 工藝原理

1.1 毛細管理論

油藏巖石中的孔隙空間是由許多大小不等的彎曲孔道組成的，這些孔道的形狀極其復(fù)雜。把這些復(fù)雜的孔道簡化為毛細管模型，研究流體在毛細管孔道中的流動規(guī)律，然后再推廣到復(fù)雜孔道的情況。由于油藏巖石中的孔道大小不等，所以油藏中油水界面和油氣界面不是一個水平面，而是一個油水過渡帶或油氣過渡帶。一般來說，油水過渡帶比油氣過渡帶要寬[1]。

在單根毛細管、單相液流中 ，只考慮粘滯力作用的情況，由毛細管流動公式：

可見兩根毛細管，如毛細管半徑分別為r1和r2，則其流速之比為：

這說明若兩根毛細管半徑相差10倍，則流速會相差100倍。因此，在巖石孔道中，在外加壓差作用下，滲流主要發(fā)生在大孔道中，有一部分小孔道實際上可能未參與流動。在有底水的油藏中，由于油水的密度差異，底水錐進主要是發(fā)生在大孔道，在低滲透層位進入的水較少。對高含水的多層油藏注入一定量的氮氣，由于油藏中水的存在形成一定的壓力，并且油水過渡帶比油氣過渡帶要寬，所以氣體的進入量有很大的差別。

1.2 多層油藏具有自主選擇性

氮氣的性質(zhì)決定其在多方面用途：氮氣是惰性氣體、不易燃燒、干燥、無爆炸性、無腐蝕性，導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.020 5，因此氮氣適合作為這種先期注入氣體。油水井注氮氣常與其他措施配套綜合實施，水井分注、堵水、酸化等。氮氣在油藏中存在氣阻效應(yīng)，氣體更易進入低滲透層，同時氣泡也有一定堵水作用[2]。

在多層油藏注入氮氣的過程中，隨著注入氮氣量的增加，壓力逐漸升高，但達到一定值后，繼續(xù)注入壓力保持穩(wěn)定[3]（見圖1）。這說明在氮氣的注入過程中達到一定值后隨著氮氣量的增加，壓力并不隨其變化，這為進行這項工藝奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

其中注氣在注入20 h內(nèi)壓力出現(xiàn)穩(wěn)定。由于注氣量有限，在含水的高滲透層氣體要克服由于水浸形成的一定的阻力，所以進入的氣體量較少；而在低滲透層由于有氣阻效應(yīng)的存在，并且存在的阻力較小，進入氣體量較多，類似（見圖2）。

圖2 注入氮氣后孔隙受力

注入一定量氮氣后，對于大孔道，P1遠大于P2，對于低滲透層，由于氣阻效應(yīng)和毛細管作用的減小使得孔隙吸入的氮氣量較多，P1遠小于P2，停止注氣后短時間返排，大孔道中由于水的作用氣體很快排出見水，而低滲透層相對較慢，這樣在注入選擇性堵劑時，會優(yōu)先進入高滲層，低滲層由于氣體的存在，對堵劑具有一定的排斥作用，這樣使多層油藏具有了自主選擇性。

2 工藝實施

利用注入氮氣輔助進行堵水，先向地層中注入一定量的氮氣，考慮到油層中的滲透率差異以及大孔道微裂縫的存在，每個層位吸收的氮氣量不一樣，因此在孔隙度大，滲透好的巖石內(nèi)，流體的進入量會由于氣體膨脹會受到限制。而在小孔隙內(nèi)，水體進入困難，水體壓力高，而氣體不容易膨脹，氣泡小，流動阻力小，因而進入量多。注氣后，油氣間的界面張力遠小于油水間的界面張力約4倍，而油氣密度差又大于油水密度差約6.7倍，從而減小了毛管力的作用[4]，有利于氣體進入低滲透層。

注入在較短的時間內(nèi)返排，使油藏具有一定的自主選擇性。這時再注入選擇性堵劑。根據(jù)油層的具體情況選擇堵劑，選擇性堵劑就能優(yōu)先進入大孔道，實現(xiàn)選擇性封堵的目的。這樣的工藝技術(shù)能極大地減少對油層的污染，最大限度的保護油層。

3 結(jié)論

（1）注入一定量的氮氣后返出使多層油藏具有自主選擇性，利用氮氣輔助進行堵水在理論上具有可行性。

（2）該工藝可減少對低滲透層的污染，更好地保護油層，配合選擇性堵水劑使用該工藝能為我國的堵水技術(shù)提供新的方向。

[1]劉振宇，趙春森，殷代印.油藏工程基礎(chǔ)知識手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社，2002.

[2]左青山，溫鴻濱，蘆維國，等.斷塊油田不同方式注氮氣的研究與實踐[J].鉆采工藝，2007，30（5）：24-26.

[3]周玉衡，喻高明，周勇，等.氮氣驅(qū)機理及應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2007，（33）：101-102.