空氣泡沫驅總結

1、旗勝35-6井組空氣泡沫驅先導試驗總 結 報 告西安中州石油鉆采工程技術有限責任公司2006.12.15.目 錄一、項目概況1二、空氣泡沫驅的機理及適應性1（一）注空氣提高采收率的機理1（二）泡沫驅油機理21、泡沫的滲流特性22、泡沫驅油機理3（三）空氣泡沫驅的特點及適應性41、注水與注氣采油的區(qū)別42、注氣提高采收率方法的優(yōu)勢5三、旗勝35-6井組油藏地質特點5（一）油藏地質特征5（二）開采簡況及主要問題6四、注氣方案設計要點7（一）方案設計考慮因素7（二）方案設計原則8（三）方案設計結果8五、方案實施及效果分析9（一）方案的實施91、注氣井實施92、采油井工作量的實施10（二）效果分析10

2、（三）注氣效果評價15六、存在問題及下步建議16（一）存在問題及預防措施17（二）下步建議18七、認識和結論18（一）主要認識18（二）結論及建議18一、項目概況西安中州石油鉆采工程技術有限責任公司 自2002年以來就開始關注空氣泡沫驅油技術，通過幾年來的調研和室內評價研究工作，取得了重要進展和突破，為進入現(xiàn)場先導試驗奠定了基礎。延長石油股份有限公司吳起采油一廠旗勝35-6井組注氣先導試驗項目自2005年7月立項，2005年7月至2005年 10月開展方案研究和室內評價，2005年9月至2005年12月購置壓縮機和施工前期準備。2005年12月11日正式開始注氣，到目前已累計注氣8159.35

3、m3、泡沫541m3，注隔離液234m3。地層壓力得到了保持和升高,從初期的13MPa，上升到目前20MPa，含氧量維持不變，氣體還沒有突破。，油井遞減得到了控制和穩(wěn)定，35-6井組合計累計增油602.18m3（表1）,取得了較好的試驗效果。二、空氣泡沫驅的機理及適應性注空氣泡沫采油是一項富有創(chuàng)造性的提高采收率新技術。空氣來源廣，不受地域和空間限制，氣源最豐富、成本低廉。礦場成功試驗表明，它既可作為二次采油方式，也可用于三次采油方式。（一）注空氣提高采收率的機理眾所周知，采收率可用下式表示：提高采收率的各種方法就是把上述方程中一個或幾個效率提高。注空氣采油可大副度提高垂向掃油效率以及驅替效率。

4、將空氣注入油藏產生低溫氧化時，氧氣和原油發(fā)生放熱反應。在這種以放熱氧化反應為主的過程中，消耗氧氣生成碳的氧化物，即CO 和CO2，反應產生的熱量使溫度升高，促使輕質組分蒸發(fā)?？諝獠⒉恢苯悠痱層偷淖饔茫鹬層妥饔玫氖窃谟蛯觾壬蒀O 和CO2以及由N2和蒸發(fā)的輕烴組分等組成的煙道氣。反應程度與原油特性、巖石和流體特性、溫度和壓力有關，從本質上講，注空氣驅是間接的煙道氣驅，但它又綜合了多種驅油機理。對不同的油藏，各種驅替機理的作用是不同的，主要機理包括： 維持和提高地層壓力；煙道氣對原油的重力驅作用；原油汽化產生的驅動效應；促使原油膨脹的驅動效應；高溫高壓下超臨界蒸汽作用；煙道氣對原油可能產生的

5、混相作用等。 （二）泡沫驅油機理泡沫是不溶性或微溶性的氣體分散于液體中所形成的分散物系。由液體薄膜包圍著的氣體形成了單個的氣泡，而泡沫則是氣泡的聚集物，其中氣體是分散相（不連續(xù)相），液體是分散介質（連續(xù)相）。兩相泡沫通常由起泡劑、穩(wěn)定劑、氣體和淡水組成的起泡液形成，起泡劑多為表面活性劑，氣相有空氣、天然氣、氮氣和二氧化碳等。1、泡沫的滲流特性1）泡沫在滲流時不斷地破滅與再生泡沫在孔隙介質的分布是均勻的。泡沫在多孔介質內滲流時，并不是以連續(xù)相的形式通過介質孔隙的，而是不斷地破滅與再生，氣體在泡沫破滅，再生過程中向前運動，液體則通過氣泡液膜網絡流過孔隙介質。液體是連續(xù)相，氣體是非連續(xù)相。孔隙介質的

6、作用像一個可變的過濾器，泡沫各相以不同的速度在孔隙介質中移動，氣體比液體移動得快。2）泡沫視粘度隨介質孔隙度的增大而升高泡沫在多孔介質中具有很高的視粘度（表觀粘度），視粘度隨介質孔隙度的增大而升高。泡沫是假塑性流體，粘度隨剪切應力的升高而降低，介質的孔道越大則流速越慢，剪切應力越小，視粘度越大。泡沫的這種特性不利于其在大孔道中的流動，很適合非均質油層驅油。3）泡沫在含油孔隙介質中的穩(wěn)定性變差，并隨含油飽和度的升高而降低。泡沫在含油孔隙介質中的穩(wěn)定性變差，并隨含油飽和度的升高而降低。泡沫的運行距離相應縮短。但驅油實驗也表明：進入有殘余油的多孔介質的泡沫，在繼后的水驅過程中并不很快消失，需要進入數(shù)

7、十倍的水才能排盡。說明泡沫的穩(wěn)定性足以維持到驅油過程的結束。4）泡沫粘附在水流通道的表面并由膠體-分散化合物形成薄膜，一定程度地堵塞地層水和注入水的水流通道。2、泡沫驅油機理空氣泡沫驅油的原理利用空氣加起泡劑經氣液接觸后產生泡沫。（1）起泡劑本身是一種活性很強的陰離子表面活性劑，具有改變巖石表面潤濕性和較大幅度降低油水界面張力，使原來呈束縛狀的油通過油水乳化、液膜置換等方式成為可流動的油；（2）當泡沫的干度在一定范圍時（54%-74%）其粘度大大高于基液的粘度，改善了驅替液與油的流度比，提高了波及系數(shù)；（3）泡沫流動需要較高壓力梯度，從而克服巖石孔隙毛管力，把小孔隙中的油驅出；（4）泡沫進入地

8、層后，由于泡沫具有“遇油消泡、遇水穩(wěn)定”的性能，不消泡時其粘度不降，消泡后粘度降低，從而起到“堵水不堵油”作用，提高驅油效率；（5）泡沫粘度隨剪切速率的增大而減少，在高滲層中粘度大、在低滲中粘度小，因而泡沫能起到“堵大不堵小”的作用。泡沫的低密度與高彈性能顯著降低驅動流體的流度，增大其洗油能力，提高油層的驅油效率。因此，泡沫既能提高油層的波及系數(shù)，又能提高其驅油效率，增加可采儲量。（三）空氣泡沫驅的特點及適應性1、注水與注氣采油的區(qū)別向地層注水是一種有效的提高采收率的方法，但對低滲透油藏，由于地層吸水能力差，會出現(xiàn)地層注不進水。另外，用水驅驅油到了一定的時候采收率便下降了，這是因為油藏中含油孔

9、隙孔口方向朝各個方向。由于水的比重比油大，因此可以把孔口向上的孔隙油驅出，而孔口向下的孔隙油便剩在了油藏中。采用注氣，因為氣體的比重最小，氣體便可以把孔口向下的孔隙油采出。對于這種類型的油藏可以用注氣的方法提高原油采收率。 2、注氣提高采收率方法的優(yōu)勢（1）空氣驅是一個成熟的技術，它兼有多種驅油機理（2）它適合于低滲透和特低滲透油藏，許多低滲透和特低滲透油藏難于注水，而注氣是容易注入地層達到驅油和補充能量的目的；（3）注氣開發(fā)油田能夠有效的避免注水引起的鹽敏、水敏、酸敏、堿敏造成的對地層的污染；同時注水可能由于與地層配伍性差而污染地層；（4）利用高部位注氣，利用重力穩(wěn)定驅能最大限度地采出地層原

10、油，從而獲得較高的采收率；（5）利用低溫氧化（LTO）和高溫氧化（HTO）能夠采出重油，降低粘度，提高流度，提高驅油效率；（6）與水驅相比，空氣氣源豐富，處理技術已經成熟，操作方便；而陜北水資源緊缺，水處理難度大；（7）與注水相比，注氣不需要建注水站，污水處理站以及注水配套的管線閥組等配套設備，注氣相比是簡單的；（8）室內試驗和現(xiàn)場試驗表明：注氣采收率要高于注水采收率。存在的問題是對其驅油效果和安全問題應進行系統(tǒng)地研究。三、旗勝35-6井組油藏地質特點（一）油藏地質特征旗勝35井區(qū)地理位置位于陜西省吳旗縣鐵邊城吳岔村耐半梁田糧淌，構造位置位于陜甘寧盆地東部斜坡帶鐵邊城鼻隆構造旗勝35井區(qū)。該區(qū)

11、鉆遇的地層從上到下鉆遇了新生界第四紀、中生界的侏羅系和三疊系的地層。主要含油段依據巖性組合特征，自上而下將三疊系延長組劃分為長1-長10十個油層組。其中，長1、長2、長4+5、長6和延安組的延9、延10為該區(qū)的主要油層組(段)。通過長4+5和長6油藏綜合分析，油藏形成于西傾單斜的背景上，上傾方向依賴砂巖尖滅或砂巖物性變致密對油氣形成巖性遮擋，下傾方向則見到大面積的邊、底水，油水分異好，具有統(tǒng)一的油水界面，屬典型的彈性水驅構造巖性圈閉油藏，油藏埋深為19202250m。該區(qū)地面原油性質具有低密度(0.779 g/cm3)、低粘度(2.13mPa.s)、低瀝青質(3.44%)、低凝固點(820)、

12、初餾點低(5774)、少含蠟和少含乳化水等特點 （二）開采簡況及主要問題旗勝35-6井組共11口井，從2004年8月開始投入生產，到實施空氣泡沫驅之前，共有生產井11口，由于地層能量低、滲透率低、產量極低，因而經濟效益差。到實施空氣泡沫驅之前，累積產液8883.5 m3，累積產油4252.06 m3，累積產水2625.67 m3，綜合含水41%。開發(fā)中存在的問題包括：（1）油藏能量衰竭快，產液量、產油量下降快，采出程度低；由于沒有外來能量補充，加上邊水、底水不活躍，油井產量快速下降。僅生產一年時間，單井平均液量從初期的8.6m3/d降到1.6m3/d，油量由4.0m3/d降到1.1m3/d，自

13、然遞減達到72%。（2）油藏屬于“三低”油藏，天然能量開發(fā)不能達到高產高效開發(fā)的目的；旗勝35井區(qū)滲透率、孔隙度和含油飽和度均低于常規(guī)油田，屬于難采儲量，天然能量開發(fā)方式只能是低產、低效地開發(fā)油田，隨著天然能量的進一步衰竭，油田產量將會急劇下降，開發(fā)難度越來越大。（3）井網布局合理，但未分層系開發(fā)和未形成注采井網，無人工補充能量；旗勝35井區(qū)3個井組分別為旗勝35-6井組、旗勝35-18井組和旗勝35-28井組，井網布局分別是按7點井網和9點井網部署的，但井并未分層系開發(fā)，也未有人工補充能量井，所以井網布局并無實際意義，各井仍然依靠天然能量開發(fā)。（4）單井產量已經很低或高含水，個別井處于關停狀

14、態(tài)；從旗勝35-6井組分析，除35-1和35-6井日產油分別為3.01m3和3.23 m3，36-10為1.26 m3，35-11為2.18 m3，其余7口井日產油均低于1.0 m3，個別井基本不出液。整體平均產量也僅僅1.6 m3。隨著時間的推移，產量進一步下降，必將有部分井關停產。針對該井區(qū)低能、低滲、低產和低效的特點，探索新的開發(fā)方式是很有必要的，在目前技術水平和現(xiàn)有條件下，通過各方論證認為，注氣開發(fā)是一種最為合適的開采方式，一旦實施取得成功，它必將會大大改善該區(qū)開發(fā)效果，并為陜北油氣田的開發(fā)開辟出一片新天地。四、注氣方案設計要點（一）方案設計考慮因素在方案設計時考慮到對生產反應很大，對

15、方案設計有很大影響的因素：1)注入量及其隨時間的變化值；2)日產油量，累計增油量；3)生產響應前持續(xù)的時間；4)到達高峰產量的時間；5)高峰產量持續(xù)時間；6)高峰產量以后的產量遞減曲線特征。（二）方案設計原則1）注氣井盡量部署在高位置，低部位采油；2）注氣井的注氣層位不宜太長，注氣目的層總體為長4+5的3、4層和長6的2、3層； 3）采油井由于射開層位不統(tǒng)一，必須歸位生產，以便考查注氣效果和進行開發(fā)動態(tài)分析；4）方案部署1口注氣井，以形成一個小規(guī)模注采井網，具有一定的整體效益和規(guī)模效益。（三）方案設計結果qs35-6井為注氣井，注氣層位長4+5的3、4號小層和長6的2、3號小層；qs35-1井

16、、qs35-4井、qs35-7井、qs35-8井、qs35-9井，為對應一線生產井，生產層位為長4+5的3、4號小層和長6的2、3號小層，合注合采；qs35-2井、qs35-3井、qs35-5井、qs35-10井、qs35-11井為二線生產井；根據數(shù)值模擬研究結果，注氣速度不同，提高采收率不同，注氣速度大，注入氣體壓力高，采出程度相對較高。在數(shù)值模擬分析的基礎上，綜合壓縮機的承受能力等因素，設計單井日注氣2.5×104m3，累計注氣量為2.68×107m3，相當?shù)叵麦w積為13.1×104m3，相當于0.23PV。方案實施后累計增油3.87×104m3，提

17、高采收率18.9%。五、方案實施及效果分析（一）方案實施1、注氣井實施2005年12月11日正式投入注氣，初期注空氣壓力13MPa，日注空氣10800m3，折合地下體積54m3，到2006年11月30日，注氣壓力20MPa，日注氣10292m3，折合地下體積41.17m3（圖1、2）。累計注氣折合地下體積8159.35 m3。從2005年12月到目前共注泡沫液13次，注泡沫液541m3，注隔離液234m3，共注液體775m3，合計注入地下體積8934.35，累計注采比0.62。圖1 旗勝35-6井注氣壓力圖2 旗勝35-6井注氣量曲線2、采油井工作量的實施采油井共有11口其中1線井5口，有3口

18、井實施了補孔歸位：1）旗勝35-1井補孔歸位，2006年3月28日到2006年4月19日，補孔長4+5層位，井段2078-2082m，1層4m。2）旗勝35-4井歸位：2006年4月19日到2006年5月12日，擠封長2砂組，回采長4+5的2小層，射孔井段2158.0-2162.0m1層4.0m；補射孔段2142-2146m1層4m。3）旗勝35-7井補孔歸位：2006年4月20日，補孔長4+5的3小層，井段2110-2111.5m，1層1.5m，井段2128-2130m，1層2米.，并壓裂生產。從生產曲線上分析，3口補孔井，旗勝35-1井、旗勝35-4井、和旗勝35-7井，有一點增油效果，但

19、總的效果不大，旗勝35-4井日產油增加0.2m3，有效期大約32天，累計增油6.15m3, 旗勝35-1井補孔基本沒有增油效果，旗勝35-1井補孔基本也沒有增油效果。分析原因認為：該井區(qū)屬于低孔低滲區(qū)塊，隨著開發(fā)的深入，地層能量低，補孔后基本見不到補孔效果，而且補孔層是品位低的難采儲量，這些層只有通過注氣保持地層能量和注氣驅才能有效的開發(fā)。（二）效果分析旗勝35-6井組注氣對采油井生產有積極的效果：1）地層壓力得到恢復，由于該井組沒有測壓和動液面資料，不能直接觀察地層壓力的變化，但從注入壓力觀察，從初期的注氣壓力為13MPa，到目前位置注氣壓力為20MPa，對穩(wěn)定井組產量起到了積極作用（圖1）

20、。2）彌補了地下虧空：目前累計采液12255.1m3，折合地下體積14275.7m3，累計注氣折合地下體積8159.35m3（圖1），注泡沫液和隔離液775m3，累計注入地下體積8934.35m3，累計注采比0.62，有效地彌補了地下虧空，部分地保持了地層壓力。但是由于注采比小，所以地層能量沒有得到完全恢復，部分井仍然供液不足。目前有6口井因供液不足而關井。3）3口井明顯見到注氣效果：旗勝35-1井、旗勝35-4井、旗勝35-7井見到了明顯的增有效果（見圖3、4、5）應用雙曲遞減規(guī)律，回歸遞減曲線，旗勝35-4井2006年2月見到明顯的增油效果，液量和油量上升，到2006年12月10日累計增油

21、16.53m3。開始注氣圖3 旗勝35-4井日產油曲線旗勝35-1井2006年4月下旬開始明顯見到注氣效果，液量和油量上升，含水穩(wěn)定，到2006年12月10日累計增油168.27m3。圖4旗勝35-1井日產油曲線旗勝35-7井2004年中旬開始見到注氣效果，液量和油量穩(wěn)中有升，8個月日產油穩(wěn)定在1.1m3到1.2m3之間。在未注氣之前是不可能的。截止2006年12月10日，累計增油223.88m3。開始注氣圖5 旗勝35-7井日產油曲線開始注氣圖6 旗勝35-3井日產油曲線4）3口井維持了液量和油量穩(wěn)定：在注氣前，旗勝35-6井組單井日產油、日產液持續(xù)下降，部分井年遞減率達到了80%，平均遞減

22、率也在72%左右，如果沒有人工補充能量，該井區(qū)很快就有許多井停產。2005年12月10開始注氣以后，地層能量得到了部分補充，地下虧空也得到一定程度的補充。除上面3口井明顯見到注氣效果外，還有3口井旗勝35-5井、旗勝35-11井和旗勝35-12井產量維持穩(wěn)定，完全克服了遞減。如果考慮遞減，計算增油量的話，3口井累計增油281.70m3。旗勝35-12井從2005年8月投產到2006年4月中旬，產量持續(xù)下降，日產油從投產的2.6m3，下降到2006年4月中旬0.8m3，年遞減率在80%以上。2006年4月到目前為止，日產油基本維持穩(wěn)定，可以看出，地層能量得到了明顯的提高和改善。開始注氣圖7 旗勝

23、35-12井日產油曲線旗勝35-11井2005年9月投產，初期產量達到4.5m3，到2006年6月產量已經下降到0.8m3，遞減率達到80%以上，2006年7月到目前產量基本維持在0.9m3左右。減緩了遞減，有效地保持地層能量開發(fā)。開始注氣圖8 旗勝35-11井日產油曲線旗勝35-5井2004年8月投產，初期產量4.4m3，2005年12月產量下降到0.3m3，自然遞減非常大，通過注氣，該井產量2006年3月還有上升趨勢，產量維持在0.4m3左右，而且產量非常穩(wěn)定，大大地減緩遞減。開始注氣圖9 旗勝35-5井日產油曲線從上述見效情況分析，可以看出下面的特點：1）一線井能夠見到注氣效果，旗勝35

24、-1、35-4、35-7等井是一線井，明顯的見到了注氣效果。2）在河道相沉積的主河道上，滲透率較好的二線井也能得到一定的能量補充。例如旗勝35-11、35-3、35-12等井維持了產量的穩(wěn)定。3）目前還沒有得到地層能量補充的井，完全處于停產狀態(tài)，目前有5口井供液不足而停產（表1），可以看出，在地層能量沒有得到完全恢復，二線井和沉積邊緣非主流線的井在目前是很難見到注氣效果的。（三）注氣效果評價從2005年12月11日開始注氣以來，地層能量得到了補充，注氣壓力從初期的13MPa，上升到目前20MPa，含氧量維持不變，氣體還沒有突破。3口井明顯見到增油效果（表1）。另外還有3口井克服了遞減，產量維持

25、穩(wěn)定。表1 旗勝365-6井組目前生產情況統(tǒng)計表井號日產液(m3)日產油(m3)日產水(m3)累計產液(m3)累計產油(m3)自然產量(m3)累計增油(m3)35-2不上液733.457.457.435-12.62.370.232597.52334.452166.18168.2735-6注氣井1850.71709.081709.0835-120.80.730.07639549473.6575.3535-110.80.70.1555.5514.16416.1498.0235-10不上液169524824835-9不上液26522722735-8不上液289.517117135-710.920.0

26、8890.8647423.12223.8835-51.10.350.751355417308.67108.3335-4停1057.7140.76124.2316.5335-3不上液326129117.3811.62合計12255.17143.856441.85702.00如果沒有注氣補充地層能量，依靠天然能量開發(fā)，井組自然累計產量6441.85m3，通過注氣，井組合計累計增油702.00m3。可以說在這種低滲透油藏注空氣驅采油取得了增油效果。六、存在問題及下步建議為了確保安全和腐蝕問題，國外在整個注氣過程中均采用了現(xiàn)代自動化管理和監(jiān)測技術。例如，注入氣體自動計量有安全防爆防漏檢測系統(tǒng)；注氣井安

27、裝井口控制器，防止回流和過高壓力；所有管子均經鈍化處理，減輕內部生銹、腐蝕和結垢程度；氣體壓縮機采用特殊高溫潤滑劑，降低爆炸的危險；準備兩臺氣體壓縮機，留有余量，以保證注氣量恒定等等。過程中一旦出現(xiàn)故障，還備有應急補救措施。這次和吳旗采油廠開展的注氣項目是首次在陜北地區(qū)開展類似項目，具有創(chuàng)新和探索研究的性質，通過本次先導試驗的總結和分析、完善，對下步推廣應用具有重要意義。（一）存在問題及預防措施綜合分析空氣泡沫驅試驗，主要問題是空氣壓縮機故障防范；注入管線的腐蝕、堵塞與防腐；空氣頂替系統(tǒng)用氮氣或水、泡沫等將井筒中空氣頂入油層，阻止油層中烴氣回流，發(fā)生爆炸。采取的預防措施主要有：1、防止停注和重

28、新啟動后烴向井筒回流造成注入井內爆炸。國外油田注空氣的開發(fā)試驗過程中，一般是當壓縮機的停機時間超過30min 時，就采用一套凈化系統(tǒng)，向井內泵入氮氣、水或2 %的氯化鉀水溶液，將剩余的空氣推入地層，以阻止烴向井筒回流。經過幾個多月的注氣開采后，當近井筒的烴大部分已燃燒掉或被驅替時，方可停止使用洗井液系統(tǒng)。本次試驗中采用泵入一定數(shù)量泡沫的辦法成功解決了烴向井筒回流的問題。2、防止由于氧氣突破造成生產設施內爆炸。目前，主要是通過監(jiān)測產出流體中的氧氣而加以預防。如：采用與現(xiàn)場自動化防控、警報系統(tǒng)相連的氧氣探測器監(jiān)測生產，測試設備中的氧氣含量，產出氣樣定期送往實驗室或在現(xiàn)場進行在線分析等。3、防止高壓氧腐蝕注氣井井下管柱。目前，美國大多數(shù)注氣井使用140mmK- 55 和N - 80 級套管，73mm 涂料油管；用永久型注入封隔器隔離環(huán)空，并充填防腐