（石油与天然气工程专业论文）边底水稠油油藏氮气调剖技术研究.pdf

边底水稠油油藏氮气调剖技术研究 文风余( 油气田开发工程) 指导教师：侯健( 副教授) ，陈辉( 高级工程师) 摘要 蒸汽吞吐是孤岛油田稠油热采开采的主要方式，经过十几年的高速 高效开发，井间汽窜以及蒸汽超覆造成的油层动用不均等问题已成为制 约油田开发的主要因素。另外，孤岛油田热采单元是具有边水的稠油油 藏，随着开采时间的延长，边底水及入侵严重，造成高含水井增多，其 中表现最突出的是中二北热采单元。国内外研究表明，伴蒸汽注入高温 泡沫体系可提高注入蒸汽的波及效率和驱替效率。通过加入高温泡沫剂 和氮气，在地层孔道中产生泡沫，高强度的泡沫膜封堵高渗透层或大孔 道，有效地抑制蒸汽进入高渗层、高渗段、高渗带并转向低渗层、低渗 段、低渗带等未驱替带，增加驱替体积，提高蒸汽波及面积，改善油藏 开发效果。项目通过对中二北的开发特征、存在问题分析以及水侵方式 研究，筛选了与之相适应的高温发泡剂，对发泡剂的性能及适应性、注 入参数进行优化。根据研究结果进行现场施工，现场共实施2 8 井次，措 施成功率为9 2 3 ，中二北区块实施的1 0 口井平均单井增油1 4 7 3 3 吨， 结果表明氮气泡沫辅助蒸汽调剖技术是对边底水稠油油藏行之有效的控 水措施，对稠油油田的采收率的提高及稳产具有重要意义。 关键词：边底水；稠油；调剖；蒸汽吞吐；氮气泡沫 h 中国石油大学( 华东) 硕士论文边底水稠油油藏氮气泡沫调剖技术研究 t e c h n i q u eo fn i t r o g e nf o a m p r o f i l ec o n t r o l i nh e a v yo i lr e s e r v o i rw i t he d g ea n db o t t o mw a t e r w e nf e n g y u ( o i l & g a sf i e l dd e p a r t m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yv i c ep r o f e s s o rh o u j i a n , s e n i o re n g i n e e rc h e nh u i a b s t r a c t n 忙s t e a mh u 行a n dp u f fi st h em a i nw a yo fh e a v yc r u d eo i lm i n i n gi n g u d a oo i if i e l d i tt a k e st e n sy e a r st om a k eao i lf i e l de x p o i t a t i o ni nah i 曲 v e l o c i t y n 地p r o b l e m ss u c ha sd i s p r o p o r t i o n a t i o no fo i lc o a te m p l o y i n g , w h i c hi sm a d eo fv a p o rs c u r r y i n ga n ds t e a mo v e r l a p p i n g ，, h a v eb e c o m et h e d o m i n a n tf a c t o ro f r e m a i n i n go i lf i e l dd e v e l o p m e n t a n dt h eh e a t i n gb l o c ko f g u d a oo i lf i e l di sah e a v yc r u d eo i ir e s e r v o i rw i t he d g ew a t e r 、i mt h e p r o d u c t i o nt i m ep r o l o n g i n g ，t h ee d g ew a t e ri n t r u d e ss e r i o u s l y , f o rw h i c h t h e h i 2 hw a t e rc u tw e l l sg r o wi nn u m b e r , a n dt h eu p p e m _ l o s to n e sl o c a t ei n m e d i u mt w on o r t hh e a t i n gb l o c k i ti si n d i c a t e db yh o m ea n da b r o a d r e s e a r c ht h a t t h ec o n f o r m a n c ea n dd i s p l a c e m e n te m c i e n c yw i l lb eh i g h e r w h e nm e g a t e m p e r a t u r ef o a ms y s t e mi sf i l l e dw i t hv a p o r i ti sf o a m i n gi n l a y e rg u t t e r sw h e nm e g a t e m p e r a t u r ef r o t h e ra n dn i t r o g e ng a sa r ef i l l i n gi n h sf o a mf i l mb l a n k so f rl l i 曲p e r m e a b i l i t yz o n eo rh i 曲c a p a c i t yc h a n n e l ， w h i c hr e p r e s s e sv a p o rg o i n gi n t oh i g hp e r m e a b l eb e da n dm a k e si tt u r n i n gt o l o wo n e s w h e r e f o r et h ed i s o l a c e m e n tv o l u m ei n c l u d e sa n dv a p o rs w e e pa r e a e x p a n d sa n dr e s e r v o i rd e v e l o p m e n ti m p r o v e s i nt h i so b e c t ，w i t ht h er e s e a r c h o fm e d i u mt w on o r t hb l o c kd e v e l o p m e n tf e a t h e ra n dw a t e ri n s t r u s i o n , t h e a d a p t e dm e g a t e m p e r a t u r ef o a m i n ga g e n ti ss e l e c t e d ，w h o s ea b i l i l t ya n d a d a p t i v e n e s s a n d f e e d i n gp a r a m e t e r a r e o p t i m i z e d 1 1 地w o r k i n g s i t e c o n s t t u c t i o np r o c e e d sb a s e do nt h er e s e a r c h i th a sb e e no p e r a t e df o r2 8 t i m e s a n dt h es u c c e s s f u lm t oi s9 2 3 i nm e d i u mt w on o r t hb l o c k ，1 0 w e l l sh a v eb e e no p e r a t e di nt h i sw a y , e a c ho n eo u t p u t sm o r e1 4 7 3 3t o no i ii n p r o d u c t i o n i tc a nb ei n d i c a t e dt h a tt h en i t r o g e ng a sf o a ma s s i s t i n gs h i f t i n g a n dc u t t i n g t e c h n o l o g yi se f f i c i e n tf o rc o n t r o l l i n ge d g ew a t e ro fh e a v y c r u d eo i l a n dw h i c hi ss i g n i f i c a n tf o rr a i s i n gr e c o v e r yr a t i oa n ds t a b l ey i e l d s k e yw o r d s ：e d g ea n db o t t o mw a t e rh e a v yo i l ；p r o f i l ec o n t r o l ；s t e a m s t i m u l a t i o n ；n i t r o g e nf o a m i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石油 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 签名： 冲n 啪 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 呻年妒苫黾 砷年歹月瑁日 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第1 章前言 第1 章前言 我国原油储量中有三分之一以上属于稠油油藏，由于稠油的物性原 因( 地下粘度高，流动性差，胶质、沥青质含量高) ，热采是稠油油藏开 发的主要技术。 孤岛油田稠油区位于孤岛披覆背斜构造侧翼，纵向上分布为处于稀 油与边底水之间的油水过渡带，平面上围绕孤岛油田呈环状分布。具有 油层厚度薄、原油粘度大、储层埋藏深、泥质含量高、出砂严重、受水 侵影响大的特点。孤岛油田也自1 9 9 2 年开始对稠油油藏实施了以蒸汽吞 吐为主的热采开发，从1 9 9 6 年后，年产油均稳定在5 0 1 0 4 t 以上，而 2 0 0 3 年开始年均产油量超过了1 0 0 万吨，占全厂产油量的2 6 ，稠油热 采已成为孤岛油田原油上产主要接替阵地。但是稠油油藏的非均质性以 及热采技术特点，多轮吞吐后胶质、沥青质的沉积，在注蒸汽开采过程 中，水的导热能力是油的6 7 倍，因此，热量易向高含水区扩散，同时 由于储层的强非均质性，重力超覆引起蒸汽在高渗层窜流，发生水窜、 汽窜，必然导致蒸汽沿高渗透带突进，使得蒸汽波及系数小，大大降低 蒸汽有效波及面积；多轮吞吐后地层压降增大，受边水、底水侵袭等影 响，降低了稠油热采的效益和效果。 1 1 课题研究目的 通过调研可知，边底水稠油油藏在热采开发后期面临不可避免的矛 盾是边底水的入侵。目前国内外边底水稠油油藏的治理以“防”为主， 即以油藏动态管理为主。例如辽河油田1 9 8 8 年最先在曙光油田的边底水 稠油油藏曙1 7 5 块提出边部打排水井强化排水，新井投产底部避射的水 侵治理办法，初期见到一定的成效，排水井最近一排井的含水率从8 2 3 下降到6 6 2 。但是随着开发的不断进行，无水区地层压力的大幅度 下降( i o m p a 下降到4 m p a ) ，平面压差较大，1 9 9 1 年全块边底水侵入面 积占区块含油面积的5 2 。因此由于水体体积是油体体积的8 5 倍，排 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文 第l 章前言 水措施也只是能延缓边底水的侵入，而不能阻止水侵。再如胜利油区的 乐安油田，在2 0 0 2 年也采用了动态管理办法，单元产量短期出现了稳定， 但有效期较短，矛盾变得突出，区块含水突升。目前，单元平均综合含 水达到9 6 ，采出程度只有1 4 3 。孤岛中二北馆5 稠油区块从9 7 年 开始水侵综合治理，提出了“停、排、堵、避”四字方针，但也主要以 防为主，常规的堵调工艺仅零星用于水线前缘的几口井，高含水井数仍 逐年递增，水侵面积逐步扩大。所以，对于提高边底水稠油油藏的采收 率，对高含水井采取降水措施挖潜是必需的。 孤岛油田的热采井蒸汽吞吐周期达到了4 3 0 天，但由于吞吐轮次的 增多，周期油气比下降，导致油井含水大幅度上升。孤岛油田热采单元 是具有边水的稠油油藏，边底水及入侵严重，造成高含水井增多。其中 表现最突出的是中二北热采单元。 目前孤岛油田稠油热采区块达到2 1 个，年产量达到1 2 4 7 1 1 0 4 t ， 占采油厂总产量的2 8 3 4 ，是近年孤岛接替稳产的主要技术手段之一， 为孤岛油田的稳产和发展起到了积极的促进作用。但稠油开发一直被认 为是油田难动用储量中的硬骨头，既是提高采收率的潜力点，也是老大 难。特别是孤岛油田稠油埋藏深( 1 3 l o m ) 、厚度薄( 仅3 1 0 m ) 、泥质 含量高( 8 2 5 ) 、易出砂，投资风险和技术难度都比较大。并且随着地 层压力逐步降低，边底水入侵加剧，水淹范围不断扩大，水侵治理已成 为热采单元开发的关键；蒸汽驱开采技术难度变大，风险变高，工程技 术尚不完善配套，国内汽驱开采试验大部分区块及大面积工业性试验效 果多不理想。因此，对于具有活跃边底水的稠油油藏，在吞吐开发的后 期如何有效的控制水层的干扰而提高油层的动用程度是十分突出的问 题，必须从油藏、地质、工艺等多方面入手，制定相适应的治理对策。 以中二北n 管为例，该区由于长期注蒸汽开发，地层压降幅度大， 油藏压力下降导致边底水推进，n 9 5 4 层的边水上窜5 3 ，沿5 3 高渗透带和 累计亏空大的区域由北部向中部推进，水淹井区采油井含水急剧上升， 水侵范围不断扩大，导致稠油油藏的预测最终采收率约为1 7 。如何提 高注汽利用率，扩大油层加热带，增加纵向和平面波及程度，使蒸汽向 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文 第l 章前言 油层提供驱油动力，对边底水油藏采取行之有效的控水措施，对稠油热 采油田的采收率的提高及稳产具有重要意义。通过调研、室内研究以及 现场效果分析，根据河流相沉积砂体特点及热采区水侵状况，对热采井 的氮气辅助蒸汽吞吐以及氮气泡沫调剖工艺技术研究及应用，将可改善 高含水井开发效果，在压制封堵边、底水推进，改善原油流动性，延长 吞吐周期等方面具有显著的优点，是提高稠油采收率的有效方法。 1 2 课题研究思路及研究内容 1 2 1 研究思路 本课题的研究目标是通过对边底水稠油油藏调剖技术的研究和应 用，降低高含水热采井的含水以及边底水的水侵速度，提高边底水稠油 油藏的采收率。由此对稠油热采油藏的特点和存在问题进行分析，以中 二北为例深化了对稠油油藏水侵区储层特征、水侵规律和剩余油分布规 律的认识，从地质和生产动态方面形成一套不同井区、不同油水关系和 不同井况的划分类型，特别是对强水侵驱提出了在注蒸汽时采用氮气泡 沫调剖的稠油水侵治理对策，并进行相应的工艺研究，包括适应性强的 高温发泡剂筛选，施工工艺优化以及注入参数设计。课题结合生产实际， 边研究，边应用，边优化，逐渐扩大应用力度，在延缓边底水稠油油藏 的水侵速度和挖掘水侵区剩余油潜力方面见到了明显的效果。 1 2 2 项目的研究内容 ( 1 ) 稠油油藏边底水分布对热采效果影响研究 1 ) 分析孤岛稠油油藏特点以及热采区的生产动态； 2 ) 分析热采开发中存在的问题 3 ) 以中二北为例，分析该区的地质及开发效果，分析水侵特点及水 侵因素； 4 ) 不同程度水侵井区的划分以及开发特点。 ( 2 ) 氮气泡沫调剖工艺研究 1 ) 探讨氮气泡沫调剖机理： 2 ) 通过高温发泡剂的发泡性、稳定性、与地层的配伍性、阻力因子 中国石油人学( 华东) 工程硕士论文 第1 章前言 等指标筛选高温泡沫剂，并进行氮气泡沫对稠油的提高采收率效果模拟 实验； 3 ) 氮气、泡沫的地面流程优选、注入工艺优化； 4 ) 注入参数如蒸汽、氮气、泡沫用量研究以及注入方式优化。 ( 3 ) 矿场试验以及效果分析 1 ) 根据室内研究结果分析氮气泡沫调剖技术的选井条件； 2 ) 矿场试验效果分析。 1 3 技术指标及技术关键 1 3 1 技术指标 措施井要求的注蒸汽指标：出口干度在7 0 ； 氮气纯度 9 5 ； 发泡剂( 在使用浓度) 指标：泡沫半衰期 3 0 0 s ，耐矿化度m g 1 ， 耐温2 5 0 ，阻力因子 1 5 。 1 3 2 技术关键 ( 1 ) 热采井水侵方式研究以及水侵区分类。 ( 2 ) 探讨注蒸汽时辅助实施氮气泡沫调剖的机理。 ( 3 ) 筛选适应的高温发泡剂，对发泡剂的性能及适应性评价，对高 温发泡剂的驱油效果以及影响因素进行研究。 ( 4 ) 完成氮气泡沫辅助注蒸汽施工参数的优化设计。 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章稠油油藏边底水分布耐热采效果影响研究 第2 章稠油油藏边底水分布对热采效果影响研究 由于油藏层间层内的非均质性、渗透率的变化和原油性质的差异， 在蒸汽吞吐开采稠油的技术中，由于稠油与蒸汽密度和粘度的差异，常 常导致蒸汽重力超覆和汽窜，导致蒸汽开采体积波及系数的降低，降低 了蒸汽利用率。另一方面，即使在蒸汽所波及的区域，由于受岩石一原 油一水体系界面特性的影响，蒸汽开采过程中，有很大一部分稠油不能 从岩石表面剥离下来，降低了原油的最终采收率。 因此要提高蒸汽吞吐的注汽效果和周期采油量，需要针对稠油特点 研究影响热采效果的因素，便于采取相应的技术措施，降低技术的风险。 2 1 孤岛稠油油藏的特点 边底水油藏是石油开发中常见的一类油藏，由于其地质特点明显， 对油藏的开发及提高原油采收率的各类措施有很大影响。因此，掌握边 底水油藏的特点，顺应这些特点采取有效措施，对于提高采收率具有重 要意义。 ( 1 ) 边底水油藏中常水体较大，由于压力分布及高度分布的影响， 常常造成一定方向的边底水对油藏的侵入。边底水的此类入侵对油藏中 由于井网分布和注入驱替液所形成的流场和压力场产生重大影响 ( 2 ) 边底水油藏常处于河流相沉积砂体，胶结疏松，渗透率高， 地质非均质严重。使用的驱替液及侵入的边底水发生水窜严重，波及效 率低下，有的油藏容易出砂。采出液的含水率上升快。 ( 3 ) 由于边底水的组成常与油藏水组成有差异，边底水的入侵会 改变油藏水的组成，改变油藏内流体中或流体与固体间原有的平衡状态， 引起一系列的变化，例如矿物质的溶蚀，秸土的膨胀，胶结物的剥蚀等。 同时，油层水组成的变化也会对于提高采收率技术的注入体系产生相应 的影响。 ( 4 ) 水的热容大，汽化潜热大。由于水驱或其它驱替液驱替，油 藏温度与边底水的温度常常不同，发生边底水侵入时油藏温度会发生变 中国石油大学( 华东) 3 2 程硕士论文 第2 章稠油油藏边底水分布对热采效果影响研究 化。尤其热采中会引起温度的变化和水相态的变化，对于边水体能量大 的油藏，这种变化的影响更大，散热也会增加。它对于热采可能带来灾 难性的影响，同时会降低蒸汽吞吐的回水率，造成油藏中水体的增加， 急速降低蒸汽吞吐周期和增大蒸汽吞吐周期产油的递减率。水体的增加 增大了各种化学剂稀释作用，对提高采收率的化学反应及其它化学作用 带来负面影响。 总之，边底水油藏会给正常水驱及其它提高采收率技术带来诸多方 面的影响，认真分析诸方面影响，采取各种相应的措施是十分必要的。 2 2 孤岛稠油热采概况 2 2 1 开发概况 孤岛油田位于沾化凹陷东部，地处山东东营市河口区境内，其构造 是一比较完整的背斜，呈北东走向，披覆于孤岛凸起之上。稠油区位于 孤岛背斜构造的侧翼，是一上为稀油下为底水的稠油环，含油面积3 1 3 2 k m 2 ，地质储量4 3 5 9 x 1 0 4 t 。主要分布在孤岛背斜构造侧翼的n 9 5 - 6 砂层 组和孤北1 断块、东区东的n 9 3 - 4 砂层组、东区东南、南区( 见图2 1 ) 。 图2 - 1 孤岛油田稠油分布图 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章稠油油藏边底水分布对热采效果影响研究 其中n 9 5 6 水侵影响较大，而n 够4 泥质含量较高、地层粉细颗粒 较多、注汽压力高。油藏埋深1 2 9 0 1 3 1 5m ，储层为一套河流相沉积砂 体，胶结疏松，具有层薄、高渗、强非均质性的特点，油层厚度5 1 6m ， 平均孔隙度3 0 o 3 3 o ，空气渗透率1 6 5 2 0 3 5x1 0 - 3p m 2 ，含油饱和 度6 0 o 6 1 5 ，地面脱气原油粘度( 5 0 时) 5 0 0 0 3 5 0 0 0m p a s ，原 油密度o 9 8 1 0 0g e m 3 ，地层水矿化度5 0 0 0 6 5 0 0 m g l ，泥质含量1 0 1 5 ，净总比0 6 3 o 8 2 。这部分储量常规注水难以动用。而蒸汽吞吐能 够使原油粘度大大降低，增加原油的流动系数，能够使油层岩石和流体 体积膨胀，增加弹性性能，同时还能清除井壁污染、降低井底附近阻力， 有利于稠油的开采。为此，9 2 年进行蒸汽吞吐开采试验并获得成功，从 此拉开了孤岛油田稠油热采的序幕。十年来，相继开发了2 0 个稠油热采 单元，建成年产原油能力1 0 0 多万吨，为稠油热采创造了条件。 孤岛油田的原油对温度敏感性较强，根据中1 7 5 2 2 井与孤北1 2 3 井原油粘温曲线，温度每升高1 0 ，原油粘度下降一半，稠油热采开发 非常有利( 见图2 - 2 ) 。 图2 - 2 孤岛中1 7 5 2 2 井与孤北1 - 2 3 粘井粘温曲线 孤岛油田稠油热采自9 2 年开始以来规模不断扩大，截止2 0 0 6 年1 l 7 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章稠油油藏边底水分布对热采效果影响研究 月，热采区共有2 0 个区块，总井6 9 7 口，开井5 5 9 口，单元日产油水平 3 2 2 3 t d ，综合含水8 2 7 ，采油速度2 1 9 ，采出程度2 0 0 4 ，目前蒸 汽吞吐1 4 年，累积注汽3 5 2 1 1 0 4 t ，累积产油1 0 7 5 3 4 4 1 0 t ，累积 油汽比3 0 5 ，从1 9 9 6 年后，年产油均稳定在5 0 x1 0 4 t 以上，从2 0 0 5 年 已踏上1 0 0 万吨水平( 图2 3 ) ，有力的弥补了产量递减，热采稠油储量 的动用己成为孤岛油田接替稳产的主战场。 图2 - 3 孤岛油田稠油热采历年开发曲线 孤岛油田过渡带稠油处于油藏边部，平面上与边水接触，内部受注 水影响，纵向上由于隔层发育差，与下部水层相连，形成底水锥进，导 致水侵影响大，因此如何治理水侵，是孤岛油田稠油热采油藏保持持续 稳产亟待解决的主要问题之一。 2 2 2 开发过程中存在的问题 经过近十年的高效开发，孤岛油田稠油热采取得了较好的开发效果。 但是由于水侵的影响，导致高含水油井井数呈大幅度上升趋势，截至到 2 0 0 5 年，高含水井数己占总开井数的4 1 ( 表2 1 ) ，开发形势严峻。 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章稠油油藏边底水分布对热采效果影响研究 表2 - 1 热采井含水变化表 总井数开井数含水 9 c( 口)含水8 0 - 9 0 ( 口)含水 投产后驱替特征曲线表现 为向上弓起的曲线。开发特征表现为转周周期短，液量和液面下降快， 含水稳定。 图2 2 02 4 - 5 3 1 井开发曲线 从不同类型水侵井的井位分布图上可看出：强水侵井位于边底水活 跃的油藏北部和注入水影响的油藏南部局部井区，占整个油藏面积的 l 2 ：弱水侵井一般距离强水侵区1 - 2 个井距；外层水侵井零散分布于油 中国石油大学( 华东) i 程硕士论文第2 章稠油油藏边底水分布对热采效果影响研究 藏中部；无水侵井范围很小，位于油藏的中心。 2 4 2 强水侵区的开发特征 从不同类型水侵井井位部署图上，强水侵井占区块丽积的近1 2 。 开发效果的好坏严重影响整个热采区块的开发。为此，我们对强水侵区 开发特征进行了详细的分析。 ( 1 )油层纵向动用差异大 由于受油藏非均质性影响，各单层吸汽不均( 见图2 - 2 1 ) ，蒸汽波 及体积少，油层纵向动用程度差。因此，扩大蒸汽波及体积，是改善热 采效果的一条重要途径。 l l 并1 m 撵l ( - ) i 翻4 l 1 盥7 l o 吸汽量( t ) 乱5 图2 2 1d 3 5 1 4 井吸汽剖面图 ( 2 ) 采出程度低。从中二北馆5 累油分布图( 图2 - 2 2 ) 可看出， 强水侵井区的采出程度低，单井累计采油小于2 万吨的井占强水侵井数 的6 5 ，油藏动用程度差。 ， 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章稠油油藏边底水分布对热采效果影响研究 图2 - 2 2中二北馆5 累油分布图 ( 3 ) 周期产量高峰期短。不同类型水侵井周期内日油产量变化曲线 来看，强水侵井的周期内高峰值和高峰期分别只有8 t d 和2 6 天，远远 低于弱水侵和无水侵井。胜利油区稠油主要以蒸汽吞吐方式开采，目前 已进入多轮次吞吐开发的后期，周期数最高已达1 7 个，大部分油井周期 数已达8 - 1 0 个。随着吞吐周期的增加，生产效果越来越差，实践证明： 自第六周期开始，油汽比低于0 5 ( 见图2 - 2 3 ) 。地层压强和近井地带含 油饱和度较低，常规热采工艺的适应性明显变差，急待采用新技术加以 改进。 _ lii _ i - _ 1235 钿期7 。91 0 “ 图2 - 2 3胜利油区稠油热采分周期指标统计 2 6 l 9 8 7 6 5 4 3 2 o o o o o 0 o o 苗幕 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章稠油油藏边底水分布对热采效果影响研究 ( 4 ) 地层压降小。从各井区的历年压降变化曲线看，强水侵井压降 只有1 7 个。从g d 2 - 3 0 - 5 3 3 井历年油层压力和含水变化曲线( 图卜2 4 ) 可反映水侵过程：该井在水侵前压力一直稳步下降，含水稳定，随着含 水的逐步上升压力开始回返，到水线突破，含水达到9 5 时，地层压力 恢复到1 2 5 3 5 m p a ，接近投产压力，整体呈u 字行变化。 幽2 2 43 0 5 3 3 井历年油层压力和含水变化曲线 ( 5 ) 层内非均质强，剩余油丰富，调剖前景可观 中二北馆5 北部原油粘度在1 0 0 0 0 m p a s 以上，属于特稠油。根据特 稠油在地层条件下不能流动的特殊性，其水侵不是整个储层均匀水侵， 其水侵形式是地层水沿吞吐井高渗透条带侵入，条带以外的其他部位， 仍然由原油占据，堵水调剖前景可观。从该区内的新井( 3 1 ) ( n b l 9 ) 测井 资料( 图2 - 2 5 ) 来看，除油层中间4 米左右的高渗透条带水淹严重，含 油饱和度在3 5 以下外，油层上部和下部含油饱和度在6 0 9 6 左右。 古油饱和度 图2 2 5g d 2 3 1 x n b l 9 井每米含油饱和度分布图( 2 0 0 4 新井) 2 7 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第2 章稠油油藏边底水分布对热采效果影响研究 2 4 3 强水侵区氮气泡沫调剖可行性分析 用于气驱的气体一般为氮气、甲烷、二氧化碳等非凝集性气体，主 要通过它们与原油在地层混相形成混相驱替方式，提高采收率；在原油 开采中应用表面活性剂可使油水界面张力降低，在低界面张力条件下， 油滴容易变形，从而也降低了将它经孔隙喉道排出所做的功，增加它在 地层中的移动速度。针对热采井开发中存在的问题，治理思路是利用气 体渗透性好及体积膨胀系数大的特点，扩大油层加热带，增加弹性气驱 能量，同时还能起到抑制底水锥进、稀释降粘和强化助排的作用；泡沫 剂的使用能大幅度降低油水界面张力、改善岩石表面的润湿性，提高驱 油效率。 由于地下存水量大，而蒸汽吞吐采用的是间歇汽驱方式，故热采过 程实际上是一个热水洗油的过程。稠油粘度大，油水流度比大，蒸汽前 沿的冷凝水( 热水带) 只能洗掉部分易流动的油液，因而驱油效率低。因 此，需要借助表面活性剂来降低油水界面张力和流度比，提高热水带的 驱油效率。 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文 第3 章氮气泡沫调剖的机理 第3 章氮气泡沫调剖的机理 蒸汽吞吐采油的特点是采油速度快，油汽比较高，但蒸汽波及范围 有限。并且孤岛油田热采井地层的非均质性强，边底水比较活跃，在注 蒸汽开采过程中，水的导热能力是油的6 7 倍，因此，热量易向高含水 区扩散，同时由于储层的强非均质性，出现蒸汽超覆和汽窜，必然导致 蒸汽沿高渗透带突进，使得蒸汽波及系数小，大大降低蒸汽有效波及面 积，从而影响了蒸汽吞吐开采效益。为此我们根据河流相沉积砂体特点 及热采区水侵状况，实施氮气泡沫堵水调剖并配合注蒸汽措施，以压制 底水锥进，改善原油流动性，延长吞吐周期，降低综合含水，提高稠油 采收率。 通过广泛调研及室内研究，认为氮气泡沫调剖对热采井的调剖机理 有以下几点： 3 1 氦气的调剖作用 3 1 1 扩大油层加热带 氮气渗透性好且具有体积膨胀系数大的特点，注蒸汽的同时注入非 凝结性氮气，可扩大蒸汽加热半径，降低蒸汽相的渗透率，增加蒸汽的 波及体积，一般注入的氮气越多，这种效果越好。 3 1 2 增加弹性气驱能量 注入的氮气在重力分异的作用下，从油层底部向顶部运移，最终聚 集顶部，从而增加顶部原油动用且给原油附加的弹性气驱能量，采油时 利用这部分能量可把原油驱向井底，提高采收率。 3 1 3 稀释降粘 在高压下，部分氮气可溶于油中，使稠油变稀，随压力的增加，油 中溶解气量增大，粘度降低，并且原油越稠，氮气降粘效果越明显。 3 1 4 强化助排作用 与蒸汽一起注入油层的氮气，在蒸汽凝为热水后，仍然是气体状态， 在回采降压时，溶解于油、水体系中的部分氮气迅速膨胀，起到强化助 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文 第3 章氮气泡沫调剖的机理 排油、水的作用。 3 1 5 优先进入水体，降低油水界面 针对底水活跃的油藏，注入的氮气可以抑制底水锥进，降低油井综 合含水，其机理是利用油水间粘度差，注入的氮气首先进入水锥，使其 被迫沿地层向构造或油层下部运移，使水锥消失，并且降低了油水界面， 同时，由于重力分异作用，氮气从油层底部向顶部运移，从而增加了一 个附加的弹性能量，延缓了油水界面的恢复。 3 1 6 减少热损失 在油管注蒸汽的同时从套管环空注入氮气，井筒内可以不下耐热封 隔器，因而避免了卡封隔器的故障，而且排干了环空的液体，使环空保 持干燥状态，减少井筒热损失，提高了井底蒸汽干度( 1 0 0 0 m 深度可提 高1 0 以上) ，又能降低套管温度，保护套管。 3 2 泡沫作用机理 发泡剂成份是一种活性很强的阴离子表面活性剂，可以通过油水乳 化作用等提高驱油效率。 泡沫是许多气泡分散在液体( 或固体) 中、气泡至少有一个线度在胶 体粒子大小范围的分散体系。典型的泡沫有浓泡沫和稀泡沫之分：一种 是很小的气泡分散在流体中；另一种是通常所遇到的相当大的气泡被很 薄的液膜分隔的聚集体。前者液膜厚度大于气泡尺寸，气泡近似球形； 后者气泡呈多面体且液膜厚度小于气泡的尺寸，即所谓多面体泡沫。泡 沫中气泡的大小、形状和数量，液膜的厚度、形状和强度，液膜溶液性 质、表面张力、表面粘度和弹性受多种因素的影响，其通过孔隙介质产 生的阻力及存在的稳定性，其间的关系相当复杂。 泡沫在油气田开发开采中的应用在国内外受到愈来愈多的重视。我 国已在泡沫压裂、洗井、钻井、气井排液、酸化扩大孔隙等作业中开展 了室内和现场试验。特别是泡沫驱油的室内试验结果为提高原油采收率 展示了光明前景。在多孔介质中泡沫的表观粘度与气泡直径大小及气泡 数量呈正比。推动泡沫所需的压力梯度与孔隙介质中喉道大小有关，在 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文 第3 章氮气泡沫调剖的机理 高渗透区产生阻力大而在低渗透区产生阻力小。泡沫在油层中可较均匀 推进，波及系数高，不出现其他驱油体系在非均质油层中常会发生的指 迸和重力分异问题。泡沫驱被看作“带有方向性的最佳驱油方法”，将推 动三次采油技术的发展。 3 2 1 泡沫的驱油特性 起泡是由其在气液界面上吸附引起的由于活性剂的吸附，可以大大 降低表面张力，从而大大降低泡沫的表面能，也大大降低产生泡沫所要 作的表面功，因此易于产生泡沫。同时，由于泡沫剂在气液界面上吸附 产生一层保护膜，可以防止泡沫中的气泡合并变大，从而使泡沫具有一 定的稳定性。 + 泡沫具有驱油特性的主要原因在于泡沫在多孔介质中的渗流特性， 形成蒸汽泡沫相后降低蒸汽流度，泡沫首先进入渗流特性好的大孔道， 由于泡沫在大孔道中流动具有较高的视粘度，流动阻力随泡沫的注入量 的增加而增大，当增加到超过小孔道中的渗流阻力后，泡沫变越来越多 的流入小孔道，泡沫在小孔道中的流动视粘度低，小孔道中含油饱和度 高，泡沫稳定性差。两种因素的同一结果导致泡沫在高、低渗透层内均 匀推进。有效地抑制了蒸汽进入高渗部位，转向低渗层、低渗段、低渗 带等未驱替带，增加了驱替体积，提高了蒸汽波及体积，改善油藏开发 效果；泡沫剂是一种活性很强的磺酸盐类阴离子表面活性剂，能大幅度 降低油水界面张力，改善岩石表面的润湿性，使原来呈束缚状态的原油 通过油水乳化、液膜置换等方式成为可流动的油；泡沫流动需要很高的 压力梯度。高压力梯度能克服毛管力作用，把小孔隙中原来呈束缚状态 的原油驱出。泡沫液膜与油膜接触，由于泡沫液膜的高剪切力，使原来 附着在岩石表面的油膜受剪切作用而成为可流动的原油，一般情况下能 提采收率1 0 2 5 。 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文 第3 章氨气泡沫调剖的机理 肇触 图3 1 浓泡沫在孔道中示意图( 左) 及照片( 右) 实验证明泡沫对原油的敏感性差别很大，这种特性取决于原油渗入 泡沫的程度，更重要的是在注水后剩余油饱和度条件下进行岩心驱替试 验，从中看出在实际孔隙介质中，其稳定性转化为泡沫的有效性。 泡沫的驱油效果 泡沫首先进入大孔道，随着注入量的增多，逐渐形成堵塞，阻止泡 沫进入大孔道，迫使泡沫更多的进入低渗透小孔道驱油，直到泡沫进入 到整个岩心孔隙，将大小孔道内原油全部驱扫除来。泡沫能有效的改善 流体在非均质油藏内的流动情况，提高注入流体的波及效率。油层非均 质越严重，对泡沫驱油越有利。以上因素导致泡沫在高、低渗透层均匀 推进，波及面积扩大，泡沫还具有一定的洗油能力，从而提高原油的采 收率。 泡沫驱油的动态特性 当连续注入泡沫时，不论使用何种起泡剂，产出物的顺序都是相同 的。首先是气体突破，泡沫在孔隙介质中渗流时，气体比液体流动得快， 泡沫前缘与原油接触后发生部分降解，导致气体向驱提前缘突破。接下 来是油带突破，泡沫驱油的效果主要取决于气体突破后大量原油产出的 这一阶段。然后形成一个共生水带，表面活性剂降低了地层水与气体之 间的表面张力，加上高粘泡沫的作用，可使残余水饱和度降到低于束缚 水饱和度，部分束缚水被驱替出来，在油带之后形成一个共生水带。最 后是泡沫带的突破，泡沫带的突破意味着泡沫的驱油效果基本消失，在 其后油水同产中，产水多，产油少。 3 2 2 泡沫的调剖堵水 中国石油大学( 华东) 工程硕士论文第3 章氮气泡沫调剖的机理 泡沫的流度控制机理 用泡沫作为封堵剂有大量的试验，这些实验大部分是用注气和注水 蒸气提高采收率，f r i e d 第一个研究了用泡沫提高原油驱替效率的有效 性。他认为，单是表面活性剂不能提高原油采收率，用泡沫改善效果主 要是它可以降低气体渗透率b e r n a r d 在试验中发现，汽驱效率由于泡沫 的存在而提高，他的试验表明，泡沫作为驱体剂在仅含水的人造砂岩中 是很有效的，但在仅含油的人造砂岩中效果不明显。最初的试验表明， 由于泡沫可选择的降低油藏岩石的气体渗透率，它可以改善气驱采油的 波及状况。 泡沫的堵水机理 泡沫在注入水淹层后，小气泡粘附在岩石孔隙表面上，这些小气泡 将阻止水在多孔介质中的自由运移。但岩石孔隙表面上原来存在的一层 水膜是气泡粘附的障碍，加入一定量的表面活性剂，