海上A 油田氣竄治理技術研究

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.中海油田服務股份有限公司油田生產事業部，天津 300459；2.海洋石油高效開發國家重點實驗室，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，具有較大開發潛力。與常規油氣藏相比，低滲透儲層具有復雜的孔隙空間結構，較強的非均質性，常規的水驅開發往往存在注水困難、滲流阻力大、儲層水敏和采收率低的問題。注氣開發能較好地解決低滲透油藏水驅面臨的問題，因此，氣驅是低滲透油氣藏應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性，在氣驅過程中易發生氣竄，使得開發效果大幅下降[5-7]。

海上A 油田為陸相沉積復雜斷塊油田，呈現“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，累計注采比達到0.62，注氣開發效果較好。但隨著氣驅不斷進行，采油井出現氣竄，導致產油量明顯下降、注入氣無效循環。目前，區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的原理、特點、適用條件等方面進行梳理。在此基礎上進行巖心物理模擬實驗，開展不同氣竄治理技術適應性分析，為同類型油田的注氣開發方案優化調整提供依據。

1 氣竄治理技術調研

目前現場實施較多的氣竄治理技術有動態調配和化學調堵技術[8-12]。

動態調配技術主要包括層系調整、注采結構調整、注入方式調整和注入剖面調整等技術[13-14]，該類技術原理主要是通過對氣驅注采井的動態參數進行調配，以實現氣驅的均衡驅替。（1）層系調整通過對氣竄后開發程度較高的層系進行封層，擴大氣體波及體積，此技術適應于有良好的隔層和一定的經濟可采儲量的儲層。（2）注采結構調整主要針對注氣過程中一線井氣竄后，借助數值模擬技術通過流場調控，包括降低注氣量、降低采液量或關井等技術，改變液流方向，擴大氣體波及范圍。（3）注入方式調整通過實施氣水交替技術，改善氣油流度比，擴大波及體積，此技術主要應用在注氣開發后期的嚴重氣竄階段，因易產生氣鎖、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]。該技術主要針對于不同小層注氣效果差異較大的情況。動態調配技術受油藏條件限制較少，具有簡單易行、經濟有效、能夠實現氣體均衡驅替的優點，工藝適用性較強，但調整能力較弱，目前主要在蘇北CS 油田實施。

化學調堵技術根據調堵體系分為泡沫類、顆粒類、樹脂類、聚合物凝膠類和無機鹽類，技術原理是利用各類藥劑體系的封堵性能實現氣竄通道治理，化學調堵體系不同，封堵強度和封堵作用時間不同。（1）泡沫類調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選擇性封堵，但作用時間短，起暫時封堵作用，主要應用于注氣初期或中期的中高滲儲層[21-22]。（2）無機鹽類調堵是通過在地層形成沉淀堵塞物封堵地層，體系黏度低、可深部調剖，但強度較弱，容易和地層礦物質發生化學反應生成沉淀，堵塞地層，造成嚴重的地層傷害，因此，礦場應用較少。（3）樹脂類調堵的機理是化學體系在地層溫度和硬化劑作用下固化，包括酚醛樹脂、環氧樹脂等，強度極高，可堵死孔道，技術經濟性差。（4）顆粒類調堵是通過捕集、絮凝等作用實現物理堵塞，包括土類、顆粒、預交聯凝膠顆粒等，作用時間長，針對裂縫和大孔道可實現永久性封堵，在新疆油田紅48 斷塊得到應用。（5）聚合物凝膠類調堵是通過交聯反應生成凝膠，通過吸附等特性實現封堵，主要應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，可實現深部封堵，在油田應用較為廣泛[23-24]。

結合目標油藏“中低滲、大傾角、非均質性強、無裂縫和大孔道”等特點，參考各種氣竄治理技術原理、工藝適用性、技術經濟性等調研結果，確定動態調配法、泡沫法、凝膠法作為氣竄治理備選技術，進行詳細適應性室內實驗研究。

2 氣竄治理技術室內實驗

2.1 實驗設計及方法

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

根據調研結果，設計動態調配氣竄治理物理模擬實驗和化學調堵氣竄治理物理模擬實驗。設計實驗方案見表1，采用物理模擬實驗裝置開展不同因素下的氣驅油實驗研究。設定模型傾角為15°，實驗溫度為120 ℃，實驗壓力為20 MPa，共計10 組實驗。

表1 氣竄治理技術室內實驗方案

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，國藥集團化學試劑有限公司。油樣取自海上油田X 區塊。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、模型系統、數據采集與處理系統、采出處理系統組成。注入系統包括高精度計量泵、氣體增壓泵、緩沖容器、氣體流量計和氣瓶等。模型系統包括三管并聯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部尺寸為50 cm×25 cm×40 cm，模型左側布設1 口垂直注入井，模型右側布設1 口垂直生產井，2 口井均全部射孔，模型內部采用保溫材料，外部采用加熱套模擬油藏溫度，三管并聯模型尺寸為直徑3.8 cm，長100 cm。數據采集與處理系統對模型本體不同位置進行溫度、壓力監控、采集和處理。采出處理系統由回壓控制器、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、氣樣準備：原油脫水至含水率小于0.5%，氣驅介質為天然氣混合物，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出，記錄出口端產出水的體積即為飽和油體積，并計算含油飽和度；（4）氣驅：以設定的條件由高向低對填砂管進行氣驅。記錄采出端見氣時間、產氣量、產油量及產水量隨時間的變化。設定實驗溫度為120 ℃，實驗壓力為20 MPa。

2.2 結果與討論

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

2.2.1 降低注氣速度治理技術 三管并聯驅替模擬實驗表明，不同優勢滲流通道條件下，降低注氣速度對氣竄的治理效果不同。當優勢滲流通道較弱時，注氣速度越大，初期采油速度越大，但氣竄較早，氣竄之后產油量急劇下降，最終影響累產油量（圖3）。當驅替速度由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 數由0.12 PV 上升至0.28 PV，最終采收率提高12%；當優勢滲流通道較強時，隨著驅替速度下降，見氣時間和見氣PV 數無明顯變化，且隨著注氣速度的下降，產油速度和累產油量無明顯提升。說明優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，提高開發效果。當優勢滲流通道增強后實施氣驅技術，調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生產動態曲線

2.2.2 氣竄封層治理技術 設計三管并聯驅替模擬實驗，三管滲透率級差約為6，記錄采出端產氣及產油情況，見圖4。分析封層措施對氣竄的治理效果。從圖4可以看出，在驅替過程中，注入氣優先進入高滲透率填砂管，同時高滲透率填砂管中原油優先采出，在注氣初期，相同時間內，滲透率越高累產氣量越大，累產油量越高；高滲透率填砂管約在90.0 min 后發生氣竄，隨后產氣速度快速上升，產油速度快速下降至不產油，此時高滲透率填砂管累計產油量170 mL，累計產氣量40 mL。260.0 min 后高滲透率填砂管不產油時，封堵高滲層，此時中滲透率填砂管產油速度明顯上升，注入氣開始進入到中滲層驅替出剩余油，低滲透率填砂管產油速度小幅上升，隨著注氣進行，中滲透率填砂管產氣速度快速上升，當中滲透率填砂管氣竄后，產油量下降到不產油，中滲透率填砂管累計產油量121 mL，累計產氣量39 mL。370 min 后中滲透率填砂管不產油，此時封堵中滲透率填砂管，措施后低滲層產油速度先上升后下降至不產油，產氣速度快速上升，后期穩定，低滲透率填砂管累計產油量80 mL，累計產氣量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，它適合注氣開發中后期層間矛盾明確的注入井。

圖4 氣竄封層治理技術生產動態曲線

2.2.3 化學調堵治理技術 設計二維可視化驅替模擬實驗，滲透率級差約為6，先常規注氣，氣竄發生后注入端注入起泡劑，對比起泡劑注入前后采出端產氣及產油情況，分析化學調堵措施的氣竄治理效果。在驅替過程中，高滲層約在40.0 min 優先見氣，在見氣前，高滲層產油速度高于中滲層、低滲層，高滲層見氣后，產油量急劇下降，中滲層產油速度穩定，低滲層維持低速開采，隨后高滲層產油速度下降并趨于0，產氣速度迅速上升至0.06 mL/min。中滲層約80.0 min 后見氣，發現氣竄，產油速度下降并趨于0，產氣速度迅速上升至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、高滲層的產氣速度迅速下降，產油速度明顯提高，低滲層的產油速度也有較大幅度上升。在160.0 min 時封堵失效，中滲層、高滲層的產氣速度上升，產油速度再次降低，于190.0 min 第二次注入起泡劑，高滲層產氣量沒有明顯下降，產油量沒有上升。中滲層產氣量小幅下降后再次上升，中滲層產油速度再次升高后下降，低滲層產氣量繼續上升，產油量先上升后下降。高滲層累計產油量122 mL，累計產氣量9 mL；中滲層累計產油量108 mL，累計產氣量3 mL；低滲層累計產油量83 mL，累計產氣量1 mL。這是由于泡沫具有一定的黏度和氣阻效應，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。

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

3 結論

（1）氣竄治理技術有動態調配和化學調堵技術。動態調配技術主要包括層系調整、注采結構調整、注入方式調整和注入剖面調整等技術，化學調堵技術根據調堵體系分為泡沫類、顆粒類、樹脂類、聚合物凝膠類和無機鹽類，目標油藏氣竄治理技術篩選需結合目標油藏特點及各種氣竄防治技術原理、工藝適用性、技術經濟性綜合考慮。

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