氮氣泡沫復合體系在底水油藏水平井堵水中的應用

冉從俊

(中海石油(中國)有限公司曹妃甸作業公司，天津 300308)

對于水平井開采的底水油藏，受儲層條件和目前工藝技術的制約，在開發過程中，臨界生產壓差和臨界產量都較小，超過臨界值，很容易引發底水錐進，導致高含水。一旦底水“脊進”突破，水平井見水后，含水上升迅速，產油量很快下降，產量損失大[1]，而海上油田多數水平井采用篩管完井堵水作業困難。底水油藏水平井往往還存在多點出水或潛在多點出水的可能，使得堵水作業更加困難，同時，堵水有效期也由于潛在出水點(底水即將突破還未突破的可能出水點)的存在而大大縮短。為了解決底水油藏水平井堵水的難題，本文針對氮氣泡沫復合體系進行了相應研究，并成功應用于海上底水油藏水平井堵水作業。

1 底水油藏水平井堵水思路

結合底水油藏水平井堵水過程中存在的難題，在封堵體系上采用具有良好油水選擇性的氮氣泡沫復合體系。該體系結合了氮氣泡沫的選擇性優勢，同時兼顧了凝膠體系的良好的封堵性能。該體系包括由含有凝膠微球的三相泡沫和凝膠泡沫以及聚合物凝膠，在工藝上采用遠調近堵、壓錐和堵水相結合，即在油藏出水點深部，利用含有微膠的三相泡沫進行深部產液剖面調整：三相泡沫中的微膠在油藏深部隨著水線動態封堵，既封堵已出水通道，又可以隨水線移動封堵潛在出水點，延長堵水有效期；同時，泡沫體系由于氣體的存在可以對水錐進行控制，迫使突進的水線下降控制出水；在近井地帶采用凝膠泡沫和凝膠體系對以形成的出水通道進行有效封堵。通過體系及工藝的有效結合，從而實現底水油藏水平井深部反向調剖與近井選擇性堵水相結合。

2 氮氣泡沫復合體系實驗研究

氮氣泡沫復合體系包含了三相泡沫和凝膠泡沫以及凝膠三種封堵體系，各自在不同工藝階段發揮不同的作用，但其本身的性能是絕對措施成果與失敗的關鍵。結合各自的性能特點對復合體系中各個藥劑體系性能進行實驗評價。

2.1 三相泡沫性能評價

2.1.1 三相泡沫的穩定性能

泡沫穩定性的評價指標主要是起泡體積和半衰期，而對于多相泡沫體系由于凝膠微粒的存在，會吸附在液膜處將相鄰氣泡連結，液膜處的微粒能增加氣泡之間合并的阻力，從而增加泡沫穩定性。從圖1看，聚合物微球在一定質量分數范圍內對泡沫的質量和穩定性影響不大，當質量分數高于 6000 mg/kg 后,泡沫質量開始下降，主要是由于微球體系中油相組分的影響，導致泡沫穩定性變差。在底水油藏堵水過程中需要泡沫具有良好的穩定性，同時希望借助較高的聚合物微球濃度實現在油藏遠端通過水流的再分配實現動態封堵。因此必須保證在較高的聚合物微球質量分數條件下，三相泡沫才能夠具有良好的穩定性。

圖1 聚合物微球質量分數對三相泡沫性能的影響

2.1.2 三相泡沫的封堵能力

由于三相泡沫的獨特結構,保證泡沫在地層中滲流具有選擇性,既能封堵高滲層及提高低滲層波及系數,又能有效地封堵水層,選擇油層進行流動,提高了洗油效率。同時，微球在孔喉中的移動、封堵和再移動,發揮了泡沫和聚合物微球兩種調驅技術的優勢,封堵效果明顯[2]。

利用雙管并聯巖心可以模擬非均質地層注三相泡沫的封堵情況。從圖2三相泡沫注壓差變化曲線看，當注入三相泡沫體系后,泡沫體系會優先進入高滲巖心,而且高滲巖心的殘余油飽和度低,易于泡沫在多孔介質中的穩定性,可以充分發揮泡沫的調剖作用，因此注入壓力上升。隨著三相泡沫注入壓力的穩定(后期由于聚合物微球存在吸水膨脹，且具有較高的強度),在孔喉位置形成新的封堵，因此有一個二次爬坡臺階。聚合物微球具有彈性變形能力，當壓力大于突破壓力時,聚合物微球會發生變形,從而突破喉道,封堵油層深部。在壓差曲線上,壓差表現出明顯的上下波動。從實驗結果看，含有聚合物微球的三相泡沫體系能夠滿足針對底水油藏水平井提出的遠調的目的，能夠在油藏深部實現對潛在出水點的封堵。

圖2 三相泡沫注采壓差變化曲線

2.2 凝膠泡沫及凝膠性能評價

凝膠泡沫綜合弱凝膠和氮氣泡沫的雙重優勢，能封堵大孔道，防止水竄，調整吸水剖面。凝膠體系交聯后黏度上升，可封堵大孔道，降低水竄能力，調整吸水剖面

2.2.1 凝膠體系對泡沫性能的影響

在凝膠泡沫體系中，凝膠易在氣泡表面形成吸附膜，將泡沫包裹在內部，增強了氣液界面的黏度，氣泡在液膜間的排出速度減小，使得泡沫不容易發生聚并破裂，從而增強了泡沫的穩定性以及黏度，使得其半衰期也增大[3]。如圖3中，隨著聚合物及交聯劑的增加凝膠泡沫的析液半衰期增加，且起泡劑對泡沫半衰期的影響小于聚合物質量分數的影響，可見凝膠體系對泡沫性能有良好的增強作用。

但由于溶液表觀黏度和表面黏度的增大，降低了氣體在液膜中的溶解度，而且液膜中起泡劑分子不能自由移動，使得起泡能力減弱，起泡體積有所減小。圖3中起泡體積隨著聚合物和交聯劑的增加而降低，且在凝膠泡沫體系中當起泡劑質量分數一定時，主要是凝膠體系的性能影響整個凝膠泡沫體系的性能。

圖3 不同聚交比凝膠對凝膠泡沫性能的影響

2.2.2 泡沫液對凝膠成膠性能的影響

由于泡沫液中的起泡劑是一種表面活性劑，當起泡劑與凝膠混合時，活性基團在凝膠內部一定程度抑制了交聯劑和聚合物的結合，有效延長了成膠時間，成膠強度也受起泡劑的影響有所下降，但下降幅度不大。如圖4所示，在不同起泡劑濃度下成膠時間延長，但成膠強度變化不大，凝膠泡沫成膠性能還主要由聚交比決定。

圖4 起泡劑質量分數對成膠效果的影響

2.2.3 凝膠及凝膠泡沫穩定性評價

凝膠泡沫及凝膠的穩定性是其能否有效封堵出水孔道的保障，良好的熱穩定性可以使堵劑的有效期保持較長的時間，增加堵水作業的有效期，使其產生更好的經濟效益。本文針對氮氣泡沫復合體系中的凝膠及凝膠泡沫在75℃條件下考察其熱穩定性，如圖5所示。不同聚交比的凝膠在 60 d 的老化實驗中凝膠強度基本保持不變，具有良好的熱穩定性。同時，針對凝膠泡沫中加入起泡劑后對凝膠的穩定性影響液進行了評價，評價結果如圖6所示。不同質量分數的起泡劑對凝膠的初始強度有一定影響，但對其老化性能影響不大，在 60 d 的評價周期內仍有很高的凝膠強度，能夠滿足封堵的長效性。

圖5 不同聚交比凝膠老化性能

圖6 不同起泡劑濃度對凝膠泡沫老化性能影響

3 現場應用

曹妃甸11-1油田是典型的底水油藏，經過多年開發，目前已進入高含水、高采出程度階段，面臨著含水上升快、底水錐進嚴重、產量遞減大、剩余油開采難度大等問題。A67H井是位于CFD11-1油田Um797砂體上的一口水平井，該井于2014年10月30日投產，初期日產油72噸，含水2%；后期隨著生產含水不斷上升，截至2018年，該井措施前平均含水98.35%，平均日產液 1016 m3/d，日產油 16.7 m3/d。結合該井的油藏特點，采用氮氣泡沫復合體系對該井實施堵水作業，采用含有聚合物微球的三相泡沫+凝膠泡沫+凝膠的三段塞設計，前置含有聚合物微球的三相泡沫在利用泡沫壓制底水的同時利用微球在地層深部隨水自由流動產生二次封堵，同時能夠對潛在的出水點進行封堵。凝膠泡沫封堵主體出水通道，同時利用泡沫的特性進一步控制水錐。最后利用凝膠進行封口作業，防止堵劑返吐，保證堵水的有效性。措施后取得了良好的降水效果，從措施前的含水98%下降至80%，含水下降達18個百分點。開井初期化驗含水86%，后有大量氣體返出，恢復產液后含水下降至78%。日含水最低下降至70%，后又恢復至80%左右。

4 結論

1)針對底水油藏水平井堵水，提出了以氮氣泡沫復合體系為基礎的遠調近堵、壓錐和堵水相結合的工藝思路；2)通過對氮氣泡沫復合體系的性能評價，該體系能夠滿足現場施工的需求，且具有良好的封堵能力和穩定性；3)氮氣泡沫復合體系在CFD11-1油田A67H井堵水中的成功應用，說明氮氣泡沫復合體系及其遠調近堵、壓錐和堵水相結合的工藝思路能夠有效解決底水油藏水平井堵水的難題。