海上A 油田氣竄治理技術(shù)研究

宮汝祥，張雪娜，黃子俊，劉偉偉，劉海濤，鄭玉飛，朱彤宇，潘玉萍

（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 300459；2.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，天津 300459）

全球低滲透油氣藏約占油氣總儲量的38%，我國低滲透油氣藏占油氣總儲量的46%，具有分布廣、儲量大的特點，具有較大開發(fā)潛力。與常規(guī)油氣藏相比，低滲透儲層具有復(fù)雜的孔隙空間結(jié)構(gòu)，較強的非均質(zhì)性，常規(guī)的水驅(qū)開發(fā)往往存在注水困難、滲流阻力大、儲層水敏和采收率低的問題。注氣開發(fā)能較好地解決低滲透油藏水驅(qū)面臨的問題，因此，氣驅(qū)是低滲透油氣藏應(yīng)用最廣泛的提高采收率方法之一[1-4]。然而氣體黏度低，同時低滲透油氣藏通常具有非均質(zhì)性，在氣驅(qū)過程中易發(fā)生氣竄，使得開發(fā)效果大幅下降[5-7]。

海上A 油田為陸相沉積復(fù)雜斷塊油田，呈現(xiàn)“大傾角”、“高溫”、“中低滲”等油藏特征。該油田于2007年底開始注烴氣開發(fā)，累計注采比達到0.62，注氣開發(fā)效果較好。但隨著氣驅(qū)不斷進行，采油井出現(xiàn)氣竄，導(dǎo)致產(chǎn)油量明顯下降、注入氣無效循環(huán)。目前，區(qū)塊已開展了部分治理對策，主要包括加大注氣量、增加注氣井組等方法。然而，上述方法無法從根本上解決氣竄問題，導(dǎo)致氣竄治理效果不明顯。

針對上述問題，對目前相對成熟的氣竄治理技術(shù)的原理、特點、適用條件等方面進行梳理。在此基礎(chǔ)上進行巖心物理模擬實驗，開展不同氣竄治理技術(shù)適應(yīng)性分析，為同類型油田的注氣開發(fā)方案優(yōu)化調(diào)整提供依據(jù)。

1 氣竄治理技術(shù)調(diào)研

目前現(xiàn)場實施較多的氣竄治理技術(shù)有動態(tài)調(diào)配和化學(xué)調(diào)堵技術(shù)[8-12]。

動態(tài)調(diào)配技術(shù)主要包括層系調(diào)整、注采結(jié)構(gòu)調(diào)整、注入方式調(diào)整和注入剖面調(diào)整等技術(shù)[13-14]，該類技術(shù)原理主要是通過對氣驅(qū)注采井的動態(tài)參數(shù)進行調(diào)配，以實現(xiàn)氣驅(qū)的均衡驅(qū)替。（1）層系調(diào)整通過對氣竄后開發(fā)程度較高的層系進行封層，擴大氣體波及體積，此技術(shù)適應(yīng)于有良好的隔層和一定的經(jīng)濟可采儲量的儲層。（2）注采結(jié)構(gòu)調(diào)整主要針對注氣過程中一線井氣竄后，借助數(shù)值模擬技術(shù)通過流場調(diào)控，包括降低注氣量、降低采液量或關(guān)井等技術(shù)，改變液流方向，擴大氣體波及范圍。（3）注入方式調(diào)整通過實施氣水交替技術(shù)，改善氣油流度比，擴大波及體積，此技術(shù)主要應(yīng)用在注氣開發(fā)后期的嚴重氣竄階段，因易產(chǎn)生氣鎖、阻礙氣體流動，因此在特低滲透砂巖儲層慎用。（4）注入剖面調(diào)整主要通過重新分配注氣量，擴大氣體的波及范圍，提高氣體的利用率[15-20]。該技術(shù)主要針對于不同小層注氣效果差異較大的情況。動態(tài)調(diào)配技術(shù)受油藏條件限制較少，具有簡單易行、經(jīng)濟有效、能夠?qū)崿F(xiàn)氣體均衡驅(qū)替的優(yōu)點，工藝適用性較強，但調(diào)整能力較弱，目前主要在蘇北CS 油田實施。

化學(xué)調(diào)堵技術(shù)根據(jù)調(diào)堵體系分為泡沫類、顆粒類、樹脂類、聚合物凝膠類和無機鹽類，技術(shù)原理是利用各類藥劑體系的封堵性能實現(xiàn)氣竄通道治理，化學(xué)調(diào)堵體系不同，封堵強度和封堵作用時間不同。（1）泡沫類調(diào)堵是氣體與起泡劑生成泡沫抑制氣竄，通過堵水不堵油可實現(xiàn)選擇性封堵，但作用時間短，起暫時封堵作用，主要應(yīng)用于注氣初期或中期的中高滲儲層[21-22]。（2）無機鹽類調(diào)堵是通過在地層形成沉淀堵塞物封堵地層，體系黏度低、可深部調(diào)剖，但強度較弱，容易和地層礦物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀，堵塞地層，造成嚴重的地層傷害，因此，礦場應(yīng)用較少。（3）樹脂類調(diào)堵的機理是化學(xué)體系在地層溫度和硬化劑作用下固化，包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等，強度極高，可堵死孔道，技術(shù)經(jīng)濟性差。（4）顆粒類調(diào)堵是通過捕集、絮凝等作用實現(xiàn)物理堵塞，包括土類、顆粒、預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒等，作用時間長，針對裂縫和大孔道可實現(xiàn)永久性封堵，在新疆油田紅48 斷塊得到應(yīng)用。（5）聚合物凝膠類調(diào)堵是通過交聯(lián)反應(yīng)生成凝膠，通過吸附等特性實現(xiàn)封堵，主要應(yīng)用于具有明顯竄流通道的油藏或裂縫性油藏，該體系價格低廉，可選擇性封堵，注入性好，封堵能力中等，可實現(xiàn)深部封堵，在油田應(yīng)用較為廣泛[23-24]。

結(jié)合目標(biāo)油藏“中低滲、大傾角、非均質(zhì)性強、無裂縫和大孔道”等特點，參考各種氣竄治理技術(shù)原理、工藝適用性、技術(shù)經(jīng)濟性等調(diào)研結(jié)果，確定動態(tài)調(diào)配法、泡沫法、凝膠法作為氣竄治理備選技術(shù)，進行詳細適應(yīng)性室內(nèi)實驗研究。

2 氣竄治理技術(shù)室內(nèi)實驗

2.1 實驗設(shè)計及方法

2.1.1 實驗設(shè)計 利用驅(qū)替物理模擬實驗裝置開展不同優(yōu)勢滲流通道級別不同防竄方法技術(shù)適應(yīng)性研究。采用不同縱向非均質(zhì)系數(shù)模型模擬不同優(yōu)勢滲流通道級別，通過分析不同氣竄治理技術(shù)實施前后的增油量、見氣量等參數(shù)的動態(tài)變化，在巖心尺度探索適合本油藏不同條件下的氣竄治理技術(shù)，為氣竄方案設(shè)計提供必要參數(shù)。

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，設(shè)計動態(tài)調(diào)配氣竄治理物理模擬實驗和化學(xué)調(diào)堵氣竄治理物理模擬實驗。設(shè)計實驗方案見表1，采用物理模擬實驗裝置開展不同因素下的氣驅(qū)油實驗研究。設(shè)定模型傾角為15°，實驗溫度為120 ℃，實驗壓力為20 MPa，共計10 組實驗。

表1 氣竄治理技術(shù)室內(nèi)實驗方案

2.1.2 實驗材料 氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣、硫酸鈉、碳酸氫鈉，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。油樣取自海上油田X 區(qū)塊。物理模擬實驗采用填砂管模型，尺寸為φ3.8 cm×60 cm；玻璃微珠，80～220 目。

2.1.3 實驗裝置 物理模擬實驗裝置由注入系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、采出處理系統(tǒng)組成。注入系統(tǒng)包括高精度計量泵、氣體增壓泵、緩沖容器、氣體流量計和氣瓶等。模型系統(tǒng)包括三管并聯(lián)模型和二維可視化模型兩種，見圖1、圖2。二維可視化模型本體內(nèi)部尺寸為50 cm×25 cm×40 cm，模型左側(cè)布設(shè)1 口垂直注入井，模型右側(cè)布設(shè)1 口垂直生產(chǎn)井，2 口井均全部射孔，模型內(nèi)部采用保溫材料，外部采用加熱套模擬油藏溫度，三管并聯(lián)模型尺寸為直徑3.8 cm，長100 cm。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)對模型本體不同位置進行溫度、壓力監(jiān)控、采集和處理。采出處理系統(tǒng)由回壓控制器、油水分離裝置等組成。

圖1 二維可視化物理模擬裝置

圖2 三管并聯(lián)物理模擬裝置

2.1.4 實驗方法 具體實驗步驟如下：（1）油、氣樣準(zhǔn)備：原油脫水至含水率小于0.5%，氣驅(qū)介質(zhì)為天然氣混合物，實驗室自制；（2）飽和水：將填砂管傾斜一定角度，使用恒流泵由低向高對填砂管飽和地層水；（3）飽和油：使用恒流泵向填砂管中注入原油直至出口端不再有水產(chǎn)出，記錄出口端產(chǎn)出水的體積即為飽和油體積，并計算含油飽和度；（4）氣驅(qū)：以設(shè)定的條件由高向低對填砂管進行氣驅(qū)。記錄采出端見氣時間、產(chǎn)氣量、產(chǎn)油量及產(chǎn)水量隨時間的變化。設(shè)定實驗溫度為120 ℃，實驗壓力為20 MPa。

2.2 結(jié)果與討論

分析不同優(yōu)勢滲流通道條件下不同氣竄治理對策實施前后增油量、見氣量等參數(shù)的動態(tài)變化。

2.2.1 降低注氣速度治理技術(shù) 三管并聯(lián)驅(qū)替模擬實驗表明，不同優(yōu)勢滲流通道條件下，降低注氣速度對氣竄的治理效果不同。當(dāng)優(yōu)勢滲流通道較弱時，注氣速度越大，初期采油速度越大，但氣竄較早，氣竄之后產(chǎn)油量急劇下降，最終影響累產(chǎn)油量（圖3）。當(dāng)驅(qū)替速度由2.0 mL/min 降低至0.5 mL/min 時，見氣時間由14.3 min 延長至133.0 min，見氣PV 數(shù)由0.12 PV 上升至0.28 PV，最終采收率提高12%；當(dāng)優(yōu)勢滲流通道較強時，隨著驅(qū)替速度下降，見氣時間和見氣PV 數(shù)無明顯變化，且隨著注氣速度的下降，產(chǎn)油速度和累產(chǎn)油量無明顯提升。說明優(yōu)勢滲流通道級別較低時，降低注氣速度，有利于氣體的均勻擴散，擴大波及系數(shù)，提高開發(fā)效果。當(dāng)優(yōu)勢滲流通道增強后實施氣驅(qū)技術(shù)，調(diào)整注氣速度對降低氣竄程度作用較小。

圖3 降低注氣速度治理技術(shù)生產(chǎn)動態(tài)曲線

2.2.2 氣竄封層治理技術(shù) 設(shè)計三管并聯(lián)驅(qū)替模擬實驗，三管滲透率級差約為6，記錄采出端產(chǎn)氣及產(chǎn)油情況，見圖4。分析封層措施對氣竄的治理效果。從圖4可以看出，在驅(qū)替過程中，注入氣優(yōu)先進入高滲透率填砂管，同時高滲透率填砂管中原油優(yōu)先采出，在注氣初期，相同時間內(nèi)，滲透率越高累產(chǎn)氣量越大，累產(chǎn)油量越高；高滲透率填砂管約在90.0 min 后發(fā)生氣竄，隨后產(chǎn)氣速度快速上升，產(chǎn)油速度快速下降至不產(chǎn)油，此時高滲透率填砂管累計產(chǎn)油量170 mL，累計產(chǎn)氣量40 mL。260.0 min 后高滲透率填砂管不產(chǎn)油時，封堵高滲層，此時中滲透率填砂管產(chǎn)油速度明顯上升，注入氣開始進入到中滲層驅(qū)替出剩余油，低滲透率填砂管產(chǎn)油速度小幅上升，隨著注氣進行，中滲透率填砂管產(chǎn)氣速度快速上升，當(dāng)中滲透率填砂管氣竄后，產(chǎn)油量下降到不產(chǎn)油，中滲透率填砂管累計產(chǎn)油量121 mL，累計產(chǎn)氣量39 mL。370 min 后中滲透率填砂管不產(chǎn)油，此時封堵中滲透率填砂管，措施后低滲層產(chǎn)油速度先上升后下降至不產(chǎn)油，產(chǎn)氣速度快速上升，后期穩(wěn)定，低滲透率填砂管累計產(chǎn)油量80 mL，累計產(chǎn)氣量26 mL。通過此實驗可以看出，氣竄后封層有利于解決注氣層間矛盾，通過封閉高滲層，擴大氣體在中低滲層位的波及體積，提高原油采收率，它適合注氣開發(fā)中后期層間矛盾明確的注入井。

圖4 氣竄封層治理技術(shù)生產(chǎn)動態(tài)曲線

2.2.3 化學(xué)調(diào)堵治理技術(shù) 設(shè)計二維可視化驅(qū)替模擬實驗，滲透率級差約為6，先常規(guī)注氣，氣竄發(fā)生后注入端注入起泡劑，對比起泡劑注入前后采出端產(chǎn)氣及產(chǎn)油情況，分析化學(xué)調(diào)堵措施的氣竄治理效果。在驅(qū)替過程中，高滲層約在40.0 min 優(yōu)先見氣，在見氣前，高滲層產(chǎn)油速度高于中滲層、低滲層，高滲層見氣后，產(chǎn)油量急劇下降，中滲層產(chǎn)油速度穩(wěn)定，低滲層維持低速開采，隨后高滲層產(chǎn)油速度下降并趨于0，產(chǎn)氣速度迅速上升至0.06 mL/min。中滲層約80.0 min 后見氣，發(fā)現(xiàn)氣竄，產(chǎn)油速度下降并趨于0，產(chǎn)氣速度迅速上升至0.03 mL/min。于130.0 min 第一次注入起泡劑，注入起泡劑后，中滲層、高滲層的產(chǎn)氣速度迅速下降，產(chǎn)油速度明顯提高，低滲層的產(chǎn)油速度也有較大幅度上升。在160.0 min 時封堵失效，中滲層、高滲層的產(chǎn)氣速度上升，產(chǎn)油速度再次降低，于190.0 min 第二次注入起泡劑，高滲層產(chǎn)氣量沒有明顯下降，產(chǎn)油量沒有上升。中滲層產(chǎn)氣量小幅下降后再次上升，中滲層產(chǎn)油速度再次升高后下降，低滲層產(chǎn)氣量繼續(xù)上升，產(chǎn)油量先上升后下降。高滲層累計產(chǎn)油量122 mL，累計產(chǎn)氣量9 mL；中滲層累計產(chǎn)油量108 mL，累計產(chǎn)氣量3 mL；低滲層累計產(chǎn)油量83 mL，累計產(chǎn)氣量1 mL。這是由于泡沫具有一定的黏度和氣阻效應(yīng)，能夠抑制注氣過程中的氣體竄流，改善油水流度比。同時泡沫流體具有選擇性，能夠優(yōu)先封堵高滲層，該措施適合注氣初期或中期的氣竄問題，后期嚴重氣竄后泡沫封堵作用減弱。

綜合治理技術(shù)適應(yīng)性分析可以看出，降低注氣速度適用于注氣開發(fā)早期，優(yōu)勢滲流通道形成后，調(diào)整注氣速度作用不大；優(yōu)勢滲流通道形成后注氣端可通過泡沫調(diào)堵措施解決氣竄問題，生產(chǎn)端可通過氣竄封層措施擴大氣體的波及體積。

3 結(jié)論

（1）氣竄治理技術(shù)有動態(tài)調(diào)配和化學(xué)調(diào)堵技術(shù)。動態(tài)調(diào)配技術(shù)主要包括層系調(diào)整、注采結(jié)構(gòu)調(diào)整、注入方式調(diào)整和注入剖面調(diào)整等技術(shù)，化學(xué)調(diào)堵技術(shù)根據(jù)調(diào)堵體系分為泡沫類、顆粒類、樹脂類、聚合物凝膠類和無機鹽類，目標(biāo)油藏氣竄治理技術(shù)篩選需結(jié)合目標(biāo)油藏特點及各種氣竄防治技術(shù)原理、工藝適用性、技術(shù)經(jīng)濟性綜合考慮。

（2）不同氣竄階段適合開展的氣竄治理技術(shù)不同，降低注氣速度適用于注氣開發(fā)早期，但優(yōu)勢滲流通道形成后，調(diào)整注氣速度作用不大；優(yōu)勢滲流通道形成后注氣端可通過泡沫調(diào)堵措施解決氣竄問題，生產(chǎn)端可通過氣竄封層措施擴大氣體的波及體積。