海上油田多元热流体吞吐气窜调剖实验研究及应用_张风义.pdf

海上油田多元热流体吞吐气窜调剖实验研究及应用张风义刘小鸿廖辉王树涛王朔中国海洋石油国际有限公司中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院摘要：目的 多元热流体吞吐技术是海上稠油开发的一种经济、有效的技术，但随着吞吐轮次的增加，暴露出易发生“气窜”的问题，即、等非凝析气体容易突破到周边生产井，导致其电泵气锁关井影响生产。方法 以渤海 稠油油田为研究对象，采用可视化实验方法，研究防止气窜的治理策略。结果 筛选出适合油田的磺酸基泡沫调堵体系，命名为，优化研究出最佳注入参数为质量分数、泡沫干度在 以上、地面预制泡沫注入方式。与单纯多元热流体驱相比，泡沫辅助多元热流体驱可提高油藏波及，有效封堵气窜通道，提高平面波及系数。结论 研究成果现场应用后，受益井初期高峰日产油增加到措施前的 倍，日产油由措施前的 增至措施后的高峰日产油 ，取得了较好的增产效果。关键词：多元热流体；可视化；气窜；室内实验；泡沫 ：引用格式：张风义，刘小鸿，廖辉，等海上油田多元热流体吞吐气窜调剖实验研究及应用石油与天然气化工，（）：，（）：，.，；.，：，：；多元热流体吞吐技术是利用热水复合烟道气对稠油加热降黏，其组成主要为热水、及，是海上稠油开发的一种经济、有效的技术。但随着吞吐轮次的增加，暴露出易发生“气窜”的问题，即、等非凝析气体容易突破到周边生产井，导致其电泵气锁关井影响生产。大量研究表明，高温泡沫、耐温凝胶是封堵气窜改善多元热流体吞吐技术的一种有效措施，其中泡沫流体具有密度小、对储层伤害小等优良特性，应用在注蒸汽热采中，能够有效降低汽相流度，扩大波及面积，提高采收率。渤海 油田是典型的稠油油藏，地层原油黏度 ，采用多元热流体吞吐热采开发，气 石 油 与 天 然 气 化 工第 卷第期 基金项目：“十四五”中国海洋石油总公司科研项目“渤海典型稠油油藏热采提高采收率及关键工艺技术研究”（）作者简介：张风义，年生，硕士研究生，高级工程师，年毕业于中国石油大学（北京）油气田开发专业，主要从事稠油热采开发工作。：窜现象非常严重，降低了热波及范围，仅第个轮次气窜导致关井井次，故治理气窜成为当务之急。耐高温泡沫体系在含油饱和度低的高渗区泡沫稳定性好，气相视黏度高，具有较高的渗流阻力，能够抑制气窜发生，具 有“遇 油 消 泡，遇 水 稳 定”的 选 择 性 封 堵 特点。目前对于气窜防治的评价实验主要采用单因素评价方法，且不能实现直观观察。本研究建立了一套多元热流体热采可视化窜流治理实验评价装置，筛选了适合油田的气窜治理体系，并利用可视化实验评价其防窜效果，研究成果在现场应用后取得了较好效果，具有一定的借鉴意义 。发泡剂的筛选及注入参数优化评价 实 验 的 基 础 参 数 为：地 层 原 油 黏 度 为 ，地 层 水 为 型，矿 化 度 为 ，气体类型为，渗透率级差为。筛选发泡剂对比自主研发的几种同系列不同烷基链长的磺酸基发泡剂的发泡体积和半衰期，优选发泡能力最佳的种发泡剂和，并选择 、和 个温度点进行封堵评价，分别测定不同温度条件下的基础压差和封堵压差。图为不同温度下封堵压差对比图，图为不同温度下阻力因子对比图。从图和图可知，发泡剂 的封堵压差和阻力因子在不同温度下基本高于，生成的泡沫的封堵性能优于。这主要是因为 系列起泡剂中，烷基链最长，随着疏水基（烷基链）长度的增大，起泡剂的表面活性增强，疏水基作用越强，表面活性剂之间的作用力越强，泡沫排液速 度 越慢，泡 沫的 稳 定 性 越 强，封 堵 能 力越强，。发泡剂含量为研究发泡剂质量分数对泡沫封堵性能的影响，设计了组发泡剂质量分数优化实验，分别为、和，结果见图。从图可看出，阻力因子和基础压差随发泡剂质量分数的增大而增加，即发泡剂质量分数的增大使泡沫的稳定性增强。发泡剂质量分数为 之前，阻力因子增加速度较快，当发泡剂质量分数大于 后，阻力因子增大速度大幅变缓。考虑到地层存在吸附，推荐最佳的发泡剂质量分数为。泡沫干度采用长管实验评价，取液相流量分别为 ，改 变 气 相 流 量 分 别 为 、和 时，研究不同气相流量时泡沫阻力因子和基础压差的变化情况，结果见图。从图可知：当气相流量较低时，容易在多孔介质中形成稳定流动的泡沫，且随着气相流量的增加，封堵能力不断增强；当注入流量过高，超过 时，其流动所产生的剪切作用易造成泡沫的破灭，从而降低泡沫的稳定性和封堵能力；气相流量在 时，封堵能力最强，此时张风义 等海上油田多元热流体吞吐气窜调剖实验研究及应用 计算油藏条件在 下泡沫干度为 ，推荐泡沫干度在 以上。发泡方式模拟条件：渗透率级差选择，选择最低渗透率为 ，气液体积比（标况）选择，发泡方式为地面预制泡沫、地下发泡。地面预制泡沫是在地面将起泡剂与充分混合产生泡沫后注入地下，后者是和起泡剂分开周期性注入，通过在地层中运移产生气泡。图为不同发泡方式采出程度的变化曲线。从图可知，地面预制泡沫的采出程度高于地下发泡，且注入初期见效明显。低渗管与高渗管相比，预制泡沫明显启动低渗管的原油，故选择地面预制泡沫方式。泡沫封堵性能评价实验 实验设计 实验材料及设备为更好地评价泡沫在油藏条件下的封堵性能和发育规律，设计了可视化相似比例物理模型实验，通过可视化实验，直观清晰地观察地层中各种流体的运动形态和规律，探讨泡沫堵水增油的机理。建立如图所示的可视化三维比例物理模型，实验使用露头砂填制模型，模型采用正方形比例模型，内尺寸为 （长宽高），填砂后孔隙度为 ，渗透率为 。实验所用油样为 现场原油。实验装置主要包括填砂模型、恒温箱、温度和压力采集系统、蒸汽发生器、瓶、瓶、柱塞泵、活塞容器、录像机等。设计了单纯多元热流体驱和多元热流体驱突破后注一段泡沫段塞种开发模式实验，通过两组实验的对比，评价发泡剂的泡沫封窜和提高波及系数作用。实验步骤主要实验步骤如下：按照图连接好实验装置，用恒压泵连续向模型底部水槽注入 蒸馏水模拟底水；模型恒温 ，向模型内低流速注入原油饱和可视化模型；利用平流泵以 的流量向模 型 内 注 入 冷 水 当 量 的 蒸 汽，而 后 焖 井 ，开井生产；生产至含水率 时，向模型内以 的流量注入发泡剂，同时以 （标况）的流量注入，共注入 ，焖井 后开井生产；生产至不出油时结束实验。实验过程中不断记录入口端的压力及出口端的产油、产液量。实验结果分析 可视化结果分析单纯多元热流体驱实验表明：油田容易发生汽窜，窜流通道占据主流通道，导致多元热流体波及范围较小，多元热流体驱至含水 时，平面波及系数 石 油 与 天 然 气 化 工第 卷第期 仅为 （见图）。由图可看出，波及区的剩余油类型可分为：绕流油：形成绕流油的根本原因在于孔隙结构的微观非均质性，使得注入蒸汽及冷凝水主要沿着渗流阻力较小的大孔道流动，绕过渗流阻力较大的小孔道，并在阻力较大的狭小孔隙处形成绕流残余油。角隅滞留油：因储层润湿性及岩石孔隙形状不同，蒸汽驱过程中，蒸汽与冷凝水驱替过的范围内，并不能把所有原油驱替干净，导致在颗粒的表面及狭小孔隙的喉道、角隅处存在部分不可动油，该部分原油即为滞留油。当多元热流体窜流到油井时，注入 泡沫溶液，平面波及范围增至 ，增加，然后继续注蒸汽至含水 时，波及系数进一步提高到 ，提高了 ，有效扩大了波及系数，波及范围明显增加；同时，发泡剂具有降低界面张力提高洗油效率的作用，且洗油效率提高较为明显，注汽井附近洗油效率非常高（见图）。通过可视化实验评价认为，油田储层非均质性较强，多元热流体驱容易发生汽窜，汽窜后复合注入泡沫段塞，可有效封堵汽窜通道，进一步提高面积波及系数。因此，发泡剂适合在 油田应用。封堵机理分析多元热流体复合泡沫驱扩大波及机理分析：泡沫注入地层后，泡沫数量逐渐增加，受到孔隙喉道的剪切作用而再生运移，由于贾敏效应的作用，最终滞留于孔隙内，大量分散的小气泡起到叠加的贾敏效应而封堵窜流通道，使得后续注入流体或上升的底水改变流动方向，有效扩大波及系数，波及范围明显增加。图为多元热流体复合泡沫驱扩大波及机理示意图。从图可看出，注入的泡沫首先进入蒸汽驱替较为彻底的 区域，由于 区域内含油饱和度较低，使得大量泡沫生成并稳定存在（如图中蓝色圈出部分），从而有效封堵该通道内蒸汽的流动，致使后续注入的蒸汽与冷凝水转向而进入区域，使得区域变得越加明亮，驱替程度进一步改善，含水饱和度逐渐增加，当处驱替到一定程度，达到泡沫生成并存在的条件，进而封堵区域，使后续流入的蒸汽与冷凝水再次转向其他含油部位，最终提高波及效率。生产动态分析图 为实验中油井自投产至注泡沫生产过程中生产压差随时间的变化曲线。由图 可知：从初始时刻至注泡沫阶段（至 ），注蒸汽后连续生产阶 段 的 生 产 压 差 基 本 稳 定 在 左 右；至 时，注 入 的泡 沫 后，生 产张风义 等海上油田多元热流体吞吐气窜调剖实验研究及应用 压差有了明显增加，增至约 ，而后逐渐稳定在 ，说明发泡剂 具有较好的封堵汽窜的作用。图 为实验中油井产量随时间的变化曲线。由图 可知：前期生产过程中存在约 的无水期，对应的无水期采收率为 ，此时产油量达到最大值（）；随后产油量呈现大幅度降低的趋势，含水率快速增加；至 时，生产井的含水率超过，对应的产油量降至 ，对应采出程度为 ；而后向模型内注入 的发泡剂和 （对应孔隙体积倍数约为 ），注入压力呈现增加趋势，含水率大幅度降低，由 降 至 左 右，产 油 量 逐 渐 增 加 至 ；至 时，因地下渗流场重新分布及泡沫衰减导致封堵减弱，出口端含水率开始增加，而后一直维持在 ，有效减缓了含水上升；至模拟结束（）时，出口端含水率达到 ，产油量低至 ，对应的最终采出程度接近 ，比单纯蒸汽驱提高了 。现场应用渤海 油田开展了多元热流体气窜治理技术的现场实践，注热前实施了调堵段塞的注入，并实施“两井同注”的面积注热措施。、井注热施工期间，对周边的 、产气量进行了监测，均未再出现大量气窜现象；与封窜治理之前相比，、措施后增油明显，其中 井日产油由措施前的 增至高峰日产油 ，初期高峰日产油增加到措施前的 倍，气油比大幅度降低，且维持了较长的稳定生产时间，取得了较好的增油效果（见图）。这主要是因为，泡沫对气窜通道进行了封堵，提高了渗透率相对较低孔道原油的动用。结论（）通过实验研究筛选了适合渤海 油田治理多元热流体窜流的调堵体系，其最佳注入参数是：质量分数为、泡沫干度在 以上、地面预制泡沫注入方式。（）与单纯多元热流体驱相比，泡沫辅助多元热流体驱可提高油藏波及，气窜后复合注入 泡沫段塞，可有效封堵气窜通道，提高平面波及系数 。（）热采井间窜流治理技术在渤海 油田的 井现场应用后，受益井初期高峰日产油增加到措施前的 倍，日产油由措施前的 增至措施后的高峰日产油 ，取得了较好的增产效果。参 考 文 献张风义，许万坤，吴婷婷，等海上多元热流体吞吐提高采收率机理及油藏 适 应 性 研 究 油 气 地 质 与 采 收 率，（）：刘东，李云鹏，张风义，等烟道气辅助蒸汽吞吐油藏适应性研究中国海上油气，（增刊）：黄颖辉，刘东，罗义科海上多元热流体吞吐先导试验井生产规律研究特种油气藏，（）：孙泰滨，陈馥，罗米娜，等尕斯油藏耐油耐盐洗井用固体起泡剂的室内研究石油与天然气化工，（）：廖辉，孔超杰，邓猛，等氮气泡沫驱提高采收率机理及影响因素研究进展当代化工，（）：李彦阅，黎慧，吕金龙，等海上油田堵调驱技术驱油机理及剩余油分布研究当代化工，（）：桑林翔，吕柏林，卢迎波，等新疆风城 稠油油藏注气辅助蒸汽驱实验研究及矿场应用油气藏评价与开发，（）：廖辉，王大为，高振南，等海上油田蒸汽泡沫驱提高采收率实验研究当代化工，（）：荣根，李继尧氮气泡沫辅助蒸汽吞吐在稠油油藏的新进展当代化工，（）：（下转第 页）石 油 与 天 然 气 化 工第 卷第期 参 考 文 献 ，：，：，王永辉，卢拥军，李永平，等非常规储层压裂改造技术进展及应用石油学报，（增刊）：冯宁，彭小龙，薛晓军，等浅层致密油藏空间编织井网开发数值模拟研究油气藏评价与开发，（）：魏海峰，凡哲元，袁向春致密油藏开发技术研究进展油气地质与采收率，（）：杜金虎，何海清，杨