氮气泡沫增产理论及应用研究090820

中国石油大学泡沫流体研究中心东营汇聚丰石油科技有限公司氮气泡沫增产理论及应用研究刘红军

电话-mail：precedeliu@汇报提纲泡沫流体研究中心简介泡沫流体基本性质及主要概念泡沫流体增产系列技术介绍结论及展望中国石油大学泡沫流体研究中心

中国石油大学泡沫流体研究中心所在的油气田开发工程学科为国家重点学科，中心目前有教授1人，副教授3人，讲师3人，博士7人，硕士10人，形成了合理的科研梯队。2009年4月，与中海油服股份有限公司签订协议，共建泡沫流体联合实验室。泡沫流体研究中心现有“油藏条件下多功能驱替模拟系统”一套，可以进行进行油藏条件下单管、双管或非均质岩心常规水驱、化学驱、泡沫驱实验，泡沫管流变与换热测量等。中国石油大学泡沫流体研究中心中国石油大学泡沫流体研究中心1998年承担胜利油田重点科技攻关项目“泡沫冲砂技术研究”1999年山东省自然科学基金资助“泡沫流体流变性研究与应用”2003年承担中原油田重点科技攻关项目“泡沫酸化技术研究”2005年承担中海油服课题“海上油气田氮气泡沫暂堵分流酸化工艺技术”2006年承担中石化总公司先导试验项目“氮气泡沫酸选择性酸化技术研究与应用”，同年承担胜利油田科技攻关项目“埕岛油田氮气泡沫调驱及适应性研究”；2007年胜利油田将“氮气泡沫增产系列技术”列为重点推广项目，中国博士后科学基金“新型泡沫体系的开发与应用”获准立项；山东省自然科学基金项目“泡沫分流酸化机理研究”获准立项2008年国家自然科学基金“泡沫酸在多孔介质中流动规律研究及过程模拟”和国家科技重大专项“多相泡沫体系提高采收率”获准立项。获得资助情况获奖及申请专利情况★泡沫流体冲砂洗井及作业技术（国际先进、山东省科技进步三等奖）★泡沫酸酸化技术（国际先进、中国石化协会科技进步三等奖）★氮气泡沫发生系统的研制及其在油气田开发中的应用（国际领先、三）★泡沫酸选择性酸化油层工艺技术研究（中国石化协会科技进步二等奖）★泡沫泡沫系列增产技术研究及应用（中国石化协会科技进步一等奖）★水平井泡沫流体冲砂技术（国际先进）★“泡沫发生器”国家知识产权局实用新型专利

★“低密度泡沫压洗井技术”国家知识产权局实用新型专利★“泡沫负压混排解堵方法”获国家知识产权局发明专利

★“疏松砂岩油藏置换防砂方法”获国家知识产权局发明专利

★“泡沫分流酸化技术”申请国家知识产权局发明专利

★“岩心驱替实验中气液比控制方法”申请国家知识产权局发明专利

汇报提纲泡沫流体研究中心简介泡沫流体基本性质及主要概念泡沫流体增产系列技术介绍结论及展望泡沫流体的形成起泡剂：表面活性剂，减小水的表面张力，形成稳定的泡沫气体：空气、氮气、天然气、二氧化碳等气体起泡剂水溶液气体充分混合泡沫地面or地下？泡沫流体基本性质及主要概念泡沫流体的基本性质（1）泡沫流体密度低且方便调节，井筒液柱压力低，并且泡沫中气体膨胀能为返排提供能量，适用于低压井和漏失井。泡沫流体在井筒内的压力分布泡沫流体基本性质泡沫流体的基本性质（2）泡沫流体具有较高的表观粘度，携带能力强，返排时可将固体颗粒和不溶物携带出井筒。砂粒沉降速度与泡沫特征值的关系

泡沫流体的悬浮能力是水或冻胶液的10～100倍。泡沫流体基本性质表示什么单位？1E.5什么意思？泡沫流体的基本性质（3）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，而对低渗层的封堵作用较弱。泡沫在高低渗岩心中的分流实验结果

泡沫流体基本性质泡沫流体的基本性质（4）泡沫对油水层有选择性，泡沫遇油消泡，遇水稳定，堵水层不堵油层，泡沫对水层具有较强的封堵作用。

泡沫在含水含油渗岩心中的分流实验结果

泡沫流体基本性质汇报提纲泡沫流体研究中心简介泡沫流体基本性质及主要概念泡沫流体增产系列技术结论及展望泡沫流体增产系列技术提高油气开发效率是国内外油气工业一直追求的目标。随着我国东部油田进入开发的中后期，以及低压、稠油等难开发油田比例的增加，采用常规开采手段往往不能对油气田进行有效的开发。

对于低压、漏失、水敏地层，采用常规入井液进行洗井、冲砂等作业时，漏失严重，甚至不能建立正常的洗井循环，造成地层污染，降低油井产能，影响到作业效果。另外，一些油藏非均质性严重，层间、层内矛盾突出，在酸化、注水、注汽等过程中，注入流体沿高渗层窜流严重，波及体积小，常规增产手段一般难以取得理想的效果。

泡沫流体增产系列技术泡沫流体在油气田开发中的应用涵盖钻井、固井、油气井作业、增产措施、提高采收率等各个方面，随着常规技术不能满足作业要求的情况增多，如水平井、低压地层、严重非均质地层、疏松砂岩地层以及水敏性地层等，泡沫流体及其相关技术的研究与应用将越来越多。泡沫流体冲砂洗井技术氮气(泡沫)气举\排液\诱喷水平井泡沫酸洗技术泡沫分流酸化技术泡沫混排解堵技术泡沫驱油技术

蒸汽吞吐井氮气泡沫调剖技术边底水油藏氮气泡沫控水技术一、泡沫流体冲砂洗井技术

解决的问题：

在常规流体冲砂洗井过程中，低压井中入井液的漏失，会对产层造成污染，甚至不能建立洗井循环，水平井的广泛应用使得这一问题更为突出。泡沫密度低，可实现低压或负压循环，减少漏失在井底建立负压，诱导近井地带污染物外排，解除产层堵塞泡沫携砂能力强，可以把井底的固体颗粒或其它污染物带出泡沫流体冲砂洗优点：应用情况：

该技术在胜利油田、冀东油田、中海油均有应用，效果显著，随着油田进入开发的中后期以及水平井的增多，其应用规模也将进一步扩大。一、泡沫流体冲砂洗井技术

泡沫密度分布曲线注入压力分布曲线注入整个井筒内泡沫的密度要远远小于水的密度和相同高度水柱的压力，可以实现负压作业，减轻冲砂液向地层的漏失一、泡沫流体冲砂洗井技术

泡沫和水携砂性能的比较(0.3m/s)

水平井泡沫流体的携砂性能远远大于水的携砂性能，特别是在水平井段，泡沫携砂具有显著优势，这一点对以水平井冲砂极为有利。水平井冀东油田G104-5P69井水平段长1080米，由于地层漏失严重，不能有效的循环，先后进行几次冲砂作业均未取得成功。后采用泡沫流体冲砂，很快建立循环顺利完成施工。水平井泡沫冲砂应用实例水平井泡沫冲砂应用实例冀东油田G104-5CP15井水平位移485.3m，投产初期日产油23.8t，2007.5.24日进行连续油管泡沫冲砂，冲砂后产液量和产油量都有了提高。二、氮气(泡沫)气举\排液\诱喷酸化液（残酸）压裂液压井液井底积液泥浆各种入井液举通井筒或降液到预定深度，实现诱喷的目的

与单纯气举排液比较有以下优点：◆低密度泡沫可以实现不动管柱作业。特别是针对深井不需采用气举阀或连续管，即可实现深井排液，启动压力低。◆泡沫流体携带性能好。泡沫有良好的携液和携砂性能。二、氮气(泡沫)气举\排液\诱喷1、莱38斜109泡沫流体排酸莱38斜109油井，人工井底2664m，因地层污染堵塞，进行酸化解堵，累计注酸28方，2005年7月29号下午3点半注酸完毕，反应4小时后采用低密度泡沫流体进行酸化后排酸。本次施工共计4.5小时，累计注泡沫约为55方，返出约80方，从旁边能闻到很大的酸味，说明从井里排出了大量的酸液。氮气泡沫排酸高104-5平101井常规酸化后泡沫排酸排出液携有大量泥浆、粉细砂等黄褐色液体，如图。2、低压井泡沫流体诱喷泡沫流体诱喷技术既可用于产水气井，也可用于油气合采井，其基本原理是利用泡沫将井底积液排出，恢复自喷生产。

永66侧28井为改层生产，打桥塞封堵下层水层，射开上层沙二6气层，保留沙二7油层，油气合采。射孔后不产气，分析为射孔后气层堵塞，2006年1月19日采用低泡沫流体诱喷。

施工后，该井套压10MPa，油压4.5MPa，日产油15m3，日产气1200m3，自喷生产正常，取得了明显的增产效果。该技术目前在哈萨克斯坦已累计应用80多井次，施工成功率100%。3、塔中油田深井排液诱喷TK7210井，完钻井深4668m，产层射孔后，采用氮气泡沫流体诱喷，循环点：4550米，泡沫密度0.56～0.65g/cm3，启动压力14.1MPa，施工23.5小时，共排液66.83m3。三、水平井泡沫酸洗技术解决的问题：水平井完井过程中近井地带和绕丝筛管的泥浆污染。

应用情况：

该技术在胜利油田、冀东油田等均有广泛应用，酸洗效果明显，并且大大提高了单井产量。泡沫酸洗技术优势：泡沫可以对高渗带起到很好的暂堵作用，有利于均匀布酸；易于控制井底压力，可以在井底形成负压，诱导反应产物及近井地带的泥浆和粉细砂大量排出，达到解堵的目的；泡沫携带能力强，有利于清除泥饼。

可减少酸液用量，同时具有缓速作用；冀东油田G104-5P102井于2008年5月11日酸洗投产，到6月4日累计生产24天，累积产液2280方，产油75.6方，动液面在223米。三、水平井泡沫酸洗技术泡沫酸洗与常规酸洗及暂堵酸洗漏失量情况对比四、泡沫分流酸化技术

常规酸化的问题：对于非均质地层，酸液优先进入高渗层，使得低渗层不能得到有效改善；对于油水同层的地层，酸液会优先进入水层，使得酸化后含水迅速上升，油井产油量下降；对于重复酸化的地层，酸液优先进入原来的溶蚀通道，降低酸化效果；对于低压油井，酸化后残酸返排困难，容易形成二次污染，影响酸化效果；对于水平井，酸液大多进入跟部，其余井段酸化效果较差。

四、泡沫分流酸化技术

并联岩心分流结果（级差4.0）分流量交叉反转泡沫分流效果评价四、泡沫分流酸化技术

泡沫分流酸化的优势

泡沫对渗透率有选择性，酸液均匀进入高低渗层；泡沫对油水层有选择性，酸液优先进入油层；泡沫中气体膨胀能为残酸返排提供能量；泡沫携带能力强，可将固体颗粒携带出井筒；泡沫酸是一种缓速酸，实现深部酸化。四、泡沫分流酸化技术

适应范围：水平井及多层非均质油层酸化——均匀布酸老井的重复酸化——封堵酸溶蚀通道油水同层的油井——封堵水层，防止酸化后含水率上升低压低渗透油井——残酸彻底返排应用情况：泡沫分流酸化在胜利、中原、渤海、冀东、中石化华东分公司等油田有着广泛的应用，并取得了良好的增产效果，特别是在水平井酸化中，优势尤为明显。华港104-p2井2008年5月15日完井，8月8日替生物酶解堵效果不理想，9月3日进行了酸洗施工，酸洗后抽汲至1053ｍ，日产液1.56t，含水39%，酸洗效果不理想。2008年10月3日泡沬酸化施工，投产后日产油稳定在14.3t左右的水平，日产液15.5m3，动液面230m左右，泡沬酸化后生产效果明显。

华港104-p2井泡沫酸化文23-39气井泡沫酸化初期稳定产能：油压1.1MPa，套压2.3MPa，日产气1.0×104m3，日产油0m3，日产水1.81m3。后由于地层能量低，射孔液及压裂液大量进入地层后污染地层、产生水锁，自排困难。2009年4月16日对该井气层进行泡沫酸化解堵，有效解除了地层污染，恢复了气井生产，日产气保持在2.4×104m3，平均日增气1.2×104m3，截止目前累计增气310×104m3，并继续有效。

文23-29气井泡沫酸化该井地层能量低，冲砂措施过程中井漏严重，整个过程漏失地层液体115m3，压井液滞留在气层中，在井周形成水锁，影响了气井产能。2009年6月2日对该井气层进行泡沫酸化解堵，开井生产后油套压1.0/3.0MPa，日产气0.8×104m3；目前油套压1.0/2.2MPa，日产气稳定在1.6×104m3，日产液0.4m3，日增产1.6×104m3，累计增气260×104m3，解堵效果理想，五、泡沫流体混排解堵技术

工艺原理：通过泡沫吞吐、负压混排，依靠泡沫较强的携带固体微粒能力以及形成的较大井底压差，将近井地带的固体颗粒以及有机沉淀物等堵塞物排出地层，同时，利用高速返排流体，由内向外对炮眼的压实带进行冲洗，疏通射孔炮眼，达到解除储层堵塞的目的。

泡沫混排技术原理

五、泡沫流体混排解堵技术适用范围：(1)用于解除油井生产过程中的有机、无机堵塞，或用于解除钻完井过程中的污染，完善射孔炮眼；(2)将近井地带的细粉砂、泥质或其它地层堵塞物排出，结合砾石充填防砂，提高防砂效果和有效期，改善近井地带渗流状况。

应用情况：泡沫混排解堵技术目前在胜利油田、冀东油田进行了大量现场应用，取得了较好的应用效果，石油开发中心已将其作为一项常规工艺进行推广。五、泡沫流体混排解堵技术泡沫混排施工现场五、泡沫流体混排解堵技术G93井是冀东油田北田公司一口老井，施工前日产液不足1方，3月27日施工后初期日产液16方，产油4吨，效果明显！六、氮气泡沫调驱技术改善流度比，调整注入剖面，扩大波及体积遇油消泡，遇水稳定气体的上浮作用，提高了顶部油层的动用程度提高洗油效率增加弹性能量氮气泡沫调驱技术是非均质油藏水驱开发中后期提高采收率的有效方法，该技术既可以提高波及体积，也可以提高洗油效率，其提高采收率机理如下：(a)水驱(b)水气交替注入水驱和水气交替注入开采方式中油气水的分布状况六、氮气泡沫调驱技术六、氮气泡沫驱油技术泡沫驱主要包括常规泡沫驱、强化泡沫驱和复合泡沫驱三种类型。常规泡沫驱仅通过起泡剂和注入水生成泡沫驱油；强化泡沫驱是在常规泡沫驱的基础上加入聚合物作为稳泡剂，增加泡沫稳定性和强度，提高驱替效果；复合泡沫驱是在三元复合驱的基础上，通过筛选表面活性剂作为起泡剂，与气体形成泡沫进行驱油。除此之外，还提出了多相泡沫驱的概念，即在强化泡沫驱的基础上加入弹性微球，用于减少泡沫在大孔道中的窜流，提高严重非均质地层泡沫驱效果

泡沫调驱实验结果渗透率级差为15时，采收率随注入倍数的变化曲线

泡沫调驱实验结果聚驱后泡沫驱高低渗管产液分数变化曲线（级差15）

六、氮气泡沫驱油技术七、蒸汽吞吐井氮气泡沫调剖技术解决的问题：

蒸汽吞吐是开采稠油油藏的一种行之有效的采油方法。但由于蒸汽流度、地层非均质性等因素的影响，经过多轮次吞吐以后，蒸汽窜流严重，开发效果就会变差。泡沫调剖的作用：降低蒸汽流度，提高注汽压力，提高波及体积；提高中低渗透层和含油饱和度较高地层的蒸汽注入量；氮气导热系数低，可以减少热损失，提高热能利用率。草104-3井泡沫调剖前后生产曲线

胜利油田石油开发中心C104-3井和上一个注蒸汽生产周期相比，产油量大幅增加，含水率降低，氮气泡沫调剖降水增油效果明显。采用泡沫调剖草128-平1井注蒸汽吞吐氮气泡沫调剖草128-平1井为胜利油田一口水平井（单井），人工井底1616m，油层井段1604.7~1469.9m，实射厚度125m/2层。于2005年7月17日投产，初期产量较高，2006年9月爆性水淹，油井含