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氮气泡沫堵调技术在热采水平井开发中的应用—以LF油田馆陶组为例

2017-11-01韩红旭郝爱刚冀延民

石油地质与工程 2017年5期
关键词:馆陶氮气油层

韩红旭,郝爱刚,冀延民,张 浩



氮气泡沫堵调技术在热采水平井开发中的应用—以LF油田馆陶组为例

韩红旭,郝爱刚,冀延民,张 浩

(中国石化胜利油田分公司,山东 东营 257000)

LF油田馆陶组为边水活跃的稠油油藏,2010年以来采用水平井热采开发,随着吞吐轮次的增加,油藏内部压降大、油井水平段动用程度不均、边水侵入快,导致含水上升快、产量递减大、周期油汽比降低、开发效果变差。2014年开展水平井氮气泡沫堵调工艺试验,分别采用氮气泡沫增能、氮气泡沫调剖和氮气泡沫加栲胶复合堵调技术,共实施堵调20井次,区块日产油增加60 t,油汽比提高0.6,地层压力上升0.5 MPa,较好地改善了区块开发效果。

LF油田;稠油热采;氮气泡沫驱;堵水调剖

1 油藏概况

LF油田位于山东省滨州市与惠民县城之间,是一个上第三系馆陶组、东营组大型披覆构造,主力含油层系为馆陶组,油藏埋深950~1 020 m,油层厚度4.6 m,含油面积6.0 km2,地质储量648×104t。区块构造简单,地层平缓,地层倾角1°~2°。储层岩性主要为细砂岩、粉细砂岩和粉砂岩,平均孔隙度37%,渗透率3.446 μm2,为高孔高渗储层。50oC时地面原油密度0.97 g/cm3,地面原油黏度2 464 mPa·s。地层温度49oC,原始地层压力9.6 MPa,为常温常压系统。该区块边底水活跃,水油体积比10∶1,油气富集于构造高部位,油藏类型为层状岩性–构造油藏。

2 开发状况及主要问题

2001年5月,该区块投入开发,前期采用定向井冷采,由于层薄、油稠、敏感性强、出砂严重,平均单井日产油水平仅1.1 t/d,单井产能较低;2010年采用水平井蒸汽吞吐热采开发,完钻投产水平井34口,投产初期平均单井日产油16.8 t/d,该区块日产油水平达到228 t/d,综合含水54.2%,产能取得突破。随着吞吐轮次的增加,开发矛盾日益突出:一是地层压力下降较快,由2010年的9.6 MPa下降至2015年的4.4 MPa,油井注汽后峰值产量、周期采油量下降,油汽比降低,与第一周期相比,第三周期平均单井峰值产量由12.5 t/d下降至6.8 t/d,油汽比由1.32下降至0.75;二是边水推进速度加快,一线井区水淹严重,距离边水较近的7口一线井出现不同程度水淹,综合含水由66.2%上升至90.5%;三是由于水平段物性差异大,吸汽和动用状况不均匀,根据15口水平井温压剖面资料显示,吸汽程度高,动用状况好的水平段长度仅占总水平段长度55.2%,影响了水平井注汽开发效果。

3 氮气泡沫封堵及增能机理

3.1 泡沫封堵机理

利用泡沫流体在储层中叠加产生的气液阻效应(贾敏效应)和岩石孔隙中气泡膨胀产生的封堵能力,使液流在孔隙中流动阻力大大增加,从而提高对高渗层的封堵效果,迫使后续液流转向原注入水或边水波及不到的区域[1]。泡沫对地层渗透率有选择性,堵大不堵小,即泡沫对高渗层具有较强的封堵作用,对低渗层的封堵作用较弱。从泡沫在不同岩心中的分流量曲线(图1)可以看出,随着时间的延长,高渗岩心分流量下降,而低渗岩心分流量明显上升,证明泡沫对高渗岩心的分流效果要明显好于低渗岩心。泡沫同时具有遇油消泡、遇水稳定、堵水层不堵油层的特点,能够更好地应用于封堵高渗层出水层位或水平井段[3]。

图1 泡沫在不同岩心中的分流量曲线

3.2 氮气隔热增能机理

氮气属于非冷凝气体,压缩系数为 0.291,具有良好的可压缩性和膨胀性,在能量释放时具有良好的助排作用[4]。实验研究,相同条件下氮气提供的弹性能量为二氧化碳气体的1.25~1.5倍。注入氮气可以增加地层压力0.5~0.8 MPa,且氮气导热系数低,可以减少热损失,提高热能利用率,因此选择氮气作为增能气体。

注入过程中,氮气进入油层,膨胀驱水,同时和蒸汽进入油层,复合降低原油黏度;氮气分布在油层中上部,降低蒸汽超覆的热损失。焖井过程中,氮气形成“隔热被”聚集在油层顶部,阻止向上部岩石逸散造成的热损失,促使蒸汽进一步加热油层。当注汽结束转抽时,随着地层压力降低,经过压缩储存在地层中的氮气体积迅速膨胀,产生较大的附加力,加速驱动地层中的原油及冷凝水迅速返排, 起到强化助排油和水的作用。氮气具有黏滞性,高压条件下与水或其它物质作用,产生一定数量的泡沫,并作为热载体缓慢扫过油层,使热能得到充分利用,从而提高油井产液量[5]。

3.3 氮气泡沫加改性栲胶复合堵调

栲胶是从富含单宁植物的植物原料中提取的浓缩产品,其单体成分为多聚原花青素,其分子结构如多聚原花青素在酸、醇作用下生成花青素,组成单元的A环为间苯二酚型,B环为邻苯二酚型。A、B环在一定条件下可与醛类发生缩合反应而树脂化,形成具有一定弹性的凝胶。对落叶松栲胶进行改性,增加分子的活动性与亲水性,减小分子量,度,可使栲胶与醛类物质的交联能力显著提高,凝降低黏胶质量得到改善[6]。

氮气泡沫体系在一定程度上能封堵高渗层,使后续注入蒸汽流向其它低渗含油部位加热原油提高蒸汽波及体积;受半衰期和其自身泡沫强度的影响,对于水体大、能量足的水侵问题,泡沫堵调有效期较短,多周期连续调堵后效果变差。通过在泡沫中添加改性栲胶,能够增加泡沫体系液相黏度、泡沫的膜厚度及膜弹性,从而增加泡沫的稳定性,提高泡沫体系残余阻力因子,增强泡沫封堵强度[7]。

在100,150,200,250,300 ℃等温度下,分别将常规氮气体系与栲胶复合氮气体系放入恒温箱中, 在常压下测定这两种体系的半衰期。由表1可以看出,温度达到300℃时,起泡剂完全失去起泡能力,故半衰期都为0 min;在低于300℃高温下,栲胶复合氮气泡沫体系的半衰期均远远大于氮气泡沫体系,说明复合体系比常规氮气体系具有更好的稳泡性能。

表1 高温下两种泡沫体系半衰期对比

在 250℃条件下,采用一维单管模型(60 cm×2.54 cm)对栲胶复合氮气泡沫体系和常规氮气泡沫体系进行了封堵能力实验,结果如表2所示。两种泡沫体系封堵性能对比显示,在250℃条件下,栲胶复合氮气泡沫体系的封堵率达到 98.63%,封堵能力明显好于常规氮气泡沫体系。

表2 两种泡沫体系封堵性能对比

4 工艺优化与实施效果

根据该块馆陶组的开发效果,边水较为活跃,多轮次吞吐后,邻近边水的一线井区已形成大孔道,水淹严重;与一线区相比二线区含水较低,但因水平段动用程度不均匀,也出现含水上升加快的趋势,构造高部位油井多轮次吞吐后,地层压降较大,吞吐效果变差。针对这种现象,制定“一堵二调内补充”的治理对策,对靠近边水且已形成水窜通道的一线区,采用氮气泡沫加栲胶复合堵调,封堵水窜通道,降低一线区含水;对二线区油井采用加大泡沫用量,提升氮气泡沫强度,增强对高渗水平段堵调,改善油层水平段动用状况;内部区油井地层压降较大,通过增加氮气用量,对油层进行提压增能,提高地层压力及油井产液能力。

根据以上原则及优化结果,制定了馆陶组堵水调剖方案,在该块共实施堵水调剖井20口,如表3所示。2014-2015年共在LF油田馆陶组实施实施氮气泡沫调剖、复合调剖20井次,累计注蒸汽3.5×104t,氮气214×104m3,栲胶23 t,取得了良好的增产效果,具体数据见表4。2015年在该区块实施氮气泡沫堵调工艺技术以来,区块日油水平由100 t/d上升至160 t/d,单井日油能力由2.9 t/d上升至5.0 t/d,含水由81.4%下降至73.1%,区块综合递减由10.1%下降至–25.1%。

5 结论和认识

(1)热采开发水平井多轮次吞吐后,在注汽前采用氮气泡沫进行堵调,能够有效降低油井含水。

表3 LF油田馆陶组油井氮气泡沫调剖优化方案

表4 LF油田馆陶组氮气泡沫调剖效果统计

(2)根据距离边水远近、地层能量状况及水平段吸汽动用状况,分区治理、合理优化堵调工艺参数,是提高堵调效果的关键。

(3)在氮气泡沫中加入栲胶实施复合调剖,能够有效提高氮气泡沫封堵强度,对封堵距离边水较近一线井区的水窜通道封堵效果明显。

(4)对于多轮次吞吐后亏空大的井区,通过增大调剖时氮气用量,利用氮气提压增能,能有效补充地层能量,提高周期产油量。

[1] 田鑫. 氮气泡沫调驱微观机理和封堵性能影响因素研究[J]. 科技通报,2015,31(3):95–96.

[2] 白滨杰,李亚潍. 泡沫堵调体系治理稠油边底水油藏的研究[J]. 内江科技,2013,12(4):132–133.

[3] 刘立成,姜汉桥,陈民锋,等. 小断块稠油油藏水平井蒸汽吞吐开采技术策略研究[J]. 石油天然气学报,2006,28(6):127–129.

[4] 李雪峰,李慧宇. 氮气泡沫吞吐增能堵水工艺在中原油田的应用[J]. 内蒙古石油化工,2011,10(8):33–34.

[5] 欧阳波,陈书帛. 氮气隔热助排技术在稠油开采中的应用[J]. 石油钻采工艺,2003,25(3):1–2.

[6] 郭南南,艾立玲. 改性栲胶在油田应用研究进展[J]. 化学工程师,2016,8(1):55–56.

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编辑:张 凡

1673–8217(2017)05–0122–03

TE357.42

A

2016–02–23

韩红旭,高级工程师,1975年生,1996年毕业于东北石油大学石油地质勘察专业,现主要从事油藏开发管理工作。

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