高溫氮氣泡沫調(diào)剖技術(shù)在Girasol油田的應(yīng)用

朱 明，姚 凱，葉惠民，趙 煊，李曉益

(1.中石化石油工程技術(shù)研究院，北京，100101；2.中石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京，100083)

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高溫氮氣泡沫調(diào)剖技術(shù)在Girasol油田的應(yīng)用

朱 明1，姚 凱1，葉惠民2，趙 煊2，李曉益1

(1.中石化石油工程技術(shù)研究院，北京，100101；2.中石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京，100083)

針對哥倫比亞Girasol油田熱采井汽竄導致的高含水問題，進行了氮氣泡沫調(diào)剖技術(shù)的室內(nèi)實驗及參數(shù)優(yōu)化研究，通過評價實驗和驅(qū)替實驗優(yōu)選出性能優(yōu)良的泡沫劑，并對注入方式和注入?yún)?shù)進行了優(yōu)化。該技術(shù)在哥倫比亞Girasol油田F004井應(yīng)用后，含水率由98%下降至51%，日產(chǎn)油由0.46 t/d上升到12.08 t/d?，F(xiàn)場應(yīng)用9口井，平均增油率為305.25%，效果顯著，表明氮氣泡沫調(diào)剖技術(shù)能有效改善稠油油田蒸汽吞吐后期開采效果。

氮氣；泡沫；調(diào)剖；稠油；蒸汽吞吐；Girasol油田；哥倫比亞

引 言

哥倫比亞Girasol油田[1]隨著開發(fā)的進行，高含水井增多。分析認為是由生產(chǎn)井或鄰井注入的蒸汽及一部分地層水導致汽竄而引起的高含水[2]。研究表明[3]，對于常規(guī)的汽竄井，采用氮氣泡沫調(diào)剖技術(shù)能取得較好的效果。針對Girasol油田熱采井由汽竄導致的周期產(chǎn)油量低、油汽比低、綜合含水高的開發(fā)現(xiàn)狀，開展了氮氣泡沫調(diào)剖技術(shù)研究，重點研制可耐溫300℃以上的高溫泡沫體系，并在Girasol油田開展現(xiàn)場試驗。

1 室內(nèi)研究

高溫泡沫體系的核心是選擇性能優(yōu)良的泡沫劑[4-12]，使之能在蒸汽吞吐高達300℃溫度的條件下發(fā)揮功效。泡沫劑性能評價包括靜態(tài)性能評價和動態(tài)性能評價。

1.1 靜態(tài)性能評價

(1) 發(fā)泡性評價。泡沫劑發(fā)泡性是指泡沫形成的難易程度和生成泡沫量的多少，以發(fā)泡體積來衡量。其值為將1%的泡沫溶液100 mL倒入1 000 mL量筒中充分攪拌后所測得的體積。將5種泡沫劑在60℃恒溫水浴下分別進行清水溶液和地層水溶液的發(fā)泡實驗(表1)。由表1可知，YL-10泡沫劑發(fā)泡體積最大，且抗鹽性能最好。

表1 泡沫劑發(fā)泡性評價實驗

(2) 穩(wěn)定性評價。泡沫的穩(wěn)定性是指泡沫存在的“壽命”長短，用泡沫半衰期來衡量，即泡沫體積衰減至1/2時所需的時間。將用地層水配置的5種泡沫劑分別在60℃和300℃下進行72 h穩(wěn)定性評價實驗(表2)。由表2可知，YL-10泡沫劑高溫老化后，半衰期變化不大，熱降解率為0，穩(wěn)定性好。

表2 泡沫劑穩(wěn)定性評價實驗

1.2 動態(tài)性能評價

(1) 封堵性能評價。應(yīng)用單管連續(xù)驅(qū)替實驗裝置對5種泡沫劑進行驅(qū)替實驗，300℃下，YL-10泡沫劑封堵壓差可達到1.9 MPa，阻力因子達到35以上，均高于其他泡沫劑。

(2) 驅(qū)油性能評價。應(yīng)用熱采長巖心驅(qū)替實驗裝置對5種泡沫劑進行驅(qū)替實驗，在300℃下，注入3倍孔隙體積的1%泡沫劑溶液后，YL-10泡沫劑的驅(qū)油效率達到70%，均高于其他泡沫劑。

2 注入方式和注入?yún)?shù)優(yōu)化

2.1 注入方式優(yōu)化

設(shè)計了3種注入方式，見表3。

表3 高溫氮氣泡沫注入方式

實驗結(jié)果如圖1、表4所示，3種驅(qū)替方式的驅(qū)

圖1 不同注入方式驅(qū)替效率對比

驅(qū)替方式驅(qū)替效率/%最大注入壓力/MPa單純蒸汽吞吐30.162.45方式149.333.37方式263.334.04方式368.444.71

替效率和注入壓力均高于單純蒸汽吞吐，方式3驅(qū)替效率和注入壓力均最高，方式2次之，方式1較?。挥捎谧⑷敕绞酱嬖诓顒e，雖然方式2和方式3兩者均遠高于單純蒸汽吞吐采收率，但方式3比方式2驅(qū)替效率提高5.11個百分點，注入壓力增長幅度更高，即氮氣+泡沫劑連續(xù)混注方式驅(qū)替效果更好。

優(yōu)化的注入方式為：注汽前預先注氮，采取反注方式，以保護套管；注汽過程第1～4 d伴注氮氣和泡沫，采取正注方式。實驗表明，產(chǎn)生的泡沫在一定時間內(nèi)仍然可保持較高的封堵壓差；增加氮氣和泡沫劑的段塞數(shù)目，縮短單個段塞注入時間，泡沫劑量逐漸減少。

2.2 注入時機優(yōu)化

設(shè)計了2種不同注入時機的實驗方案，見表5。

表5 泡沫不同注入時機的實驗方案

泡沫劑注入時機對驅(qū)替效率和封堵壓差具有較大影響，實驗結(jié)果如圖2和表6所示，2種不同注入時機方案的驅(qū)替效率和注入壓力均高于單純蒸汽吞吐；方案1比方案2效果更好，驅(qū)替效率提高4.20個百分點，對應(yīng)注入壓力更高。說明早注入泡沫的效果明顯大于晚注入泡沫的效果，即稠油蒸汽吞吐時，泡沫段塞注入越早效果越好。

圖2 不同注入時機驅(qū)替效果對比

驅(qū)替方式驅(qū)替效率/%最大注入壓力/MPa單純蒸汽吞吐43.821.74方式178.773.95方式274.572.21

2.3 氣液比優(yōu)化

氮氣注入是一個壓縮過程，釋放時會吸熱，注入量太大，會影響蒸汽吞吐效果。建議適當提高水平井注汽量，降低氮氣注入量，保證注汽效果。相關(guān)實驗結(jié)果表明，4 MPa、280℃條件下，氮氣與蒸汽氣液比達到4∶1后，驅(qū)替效率提高20%以上，隨后增加氣液比對驅(qū)替效率影響不大。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 選井依據(jù)

選井依據(jù)為：①有層間干擾或汽竄現(xiàn)象，導致周期產(chǎn)量下降；②含水不小于70%，無管外竄導致的高含水；③周期注汽壓力降低，有水竄孔道形成；④井筒狀況無問題；⑤吞吐周期大于2周期。

3.2 實例分析

該技術(shù)在哥倫比亞Girasol油田現(xiàn)場應(yīng)用9口井，施工成功率為100%，平均增油率為305.25%，效果最好的1口井增油率達1 311.62%，效果非常顯著。

F004井為哥倫比亞Girasol油田的一口汽竄井，施工采用壓力為25 MPa、排量為900 m3/h的制氮車，注蒸汽前采取反注方式預先注氮氣1 d，注汽過程采取正注方式伴注氮氣和泡沫3 d，將氣液比控制在4∶1左右，后續(xù)單注蒸汽5 d。YL-10泡沫劑注入濃度為0.5%(由注入的蒸汽稀釋)，注入量按蒸汽注入量的0.4%～0.5%設(shè)計，共6 t，分3個段塞注入，每個泡沫劑段塞用量為2 t；泡沫劑注入速度控制在0.2 t/h，每天注入時間為10 h左右。累計注氮氣量為60 000 m3。施工前該井含水率為98%，日產(chǎn)油為0.46 t/d；施工后含水率下降至51%，日產(chǎn)油上升至12.08 t/d?，F(xiàn)場試驗表明，氮氣泡沫調(diào)剖技術(shù)能有效降低含水率，提高稠油產(chǎn)量。

4 結(jié) 論

(1) 室內(nèi)實驗和現(xiàn)場應(yīng)用表明，氮氣泡沫調(diào)剖技術(shù)能顯著提高稠油油田開發(fā)效果。

(2) 泡沫劑的質(zhì)量至關(guān)重要，選擇發(fā)泡性能好、半衰期長、阻力因子大、耐溫耐鹽、洗油效率高的泡沫劑是泡沫調(diào)剖的關(guān)鍵因素。

(3) 注入?yún)?shù)及工藝對泡沫調(diào)剖效果的影響較大，選擇合理的注入速度、氮氣量及注入方式可有效提高泡沫調(diào)剖效果。

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編輯 孟凡勤

20141225；改回日期：20150122

國家科技重大專項“中東中亞富油氣區(qū)大型項目勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05031-004)

朱明(1982-)，男，工程師，2006年畢業(yè)于長江大學石油工程專業(yè)，2012年畢業(yè)于中國石油大學(北京)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲博士學位，現(xiàn)從事采油工程理論與技術(shù)相關(guān)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.02.035

TE345

A

1006-6535(2015)02-0137-03