多元热流体吞吐技术是利用热水复合烟道气对稠油加热降黏，其组成主要为热水、N2及CO2，是海上稠油开发的一种经济、有效的技术。但随着吞吐轮次的增加，暴露出易发生“气窜”的问题，即N2、CO2等非凝析气体容易突破到周边生产井，导致其电泵气锁关井影响生产[1-4]。大量研究表明，高温泡沫、耐温凝胶是封堵气窜改善多元热流体吞吐技术的一种有效措施，其中泡沫流体具有密度小、对储层伤害小等优良特性，应用在注蒸汽热采中，能够有效降低汽相流度，扩大波及面积，提高采收率[5]。
渤海NB油田是典型的稠油油藏，地层原油黏度400~900 mPa·s，采用多元热流体吞吐热采开发，气窜现象非常严重，降低了热波及范围，仅第2个轮次气窜导致关井9井次，故治理气窜成为当务之急。耐高温泡沫体系在含油饱和度低的高渗区泡沫稳定性好，气相视黏度高，具有较高的渗流阻力，能够抑制气窜发生，具有“遇油消泡，遇水稳定”的选择性封堵特点[6-18]。目前对于气窜防治的评价实验主要采用单因素评价方法，且不能实现直观观察。本研究建立了一套多元热流体热采可视化窜流治理实验评价装置，筛选了适合油田的气窜治理体系，并利用可视化实验评价其防窜效果，研究成果在现场应用后取得了较好效果，具有一定的借鉴意义[19-24]。
评价实验的基础参数为：地层原油黏度为400 mPa·s，地层水为NaHCO3型，矿化度为3 500 mg/L，气体类型为N2，渗透率级差为5。
对比自主研发的几种同系列不同烷基链长的磺酸基发泡剂的发泡体积和半衰期，优选发泡能力最佳的2种发泡剂QGQ-3和QGQ-4，并选择50 ℃、150 ℃、200 ℃、250 ℃和300 ℃ 5个温度点进行封堵评价，分别测定不同温度条件下的基础压差和封堵压差。图 1为不同温度下封堵压差对比图，图 2为不同温度下阻力因子对比图。从图 1和图 2可知，发泡剂QGQ-4的封堵压差和阻力因子在不同温度下基本高于QGQ-3，QGQ-4生成的泡沫的封堵性能优于QGQ-3。这主要是因为QGQ系列起泡剂中，QGQ-4烷基链最长，随着疏水基(烷基链)长度的增大，起泡剂的表面活性增强，疏水基作用越强，表面活性剂之间的作用力越强，泡沫排液速度越慢，泡沫的稳定性越强，封堵能力越强[19, 25]。
为研究发泡剂质量分数对泡沫封堵性能的影响，设计了5组发泡剂质量分数优化实验，分别为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和1.0%，结果见图 3。从图 3可看出，阻力因子和基础压差随发泡剂质量分数的增大而增加，即发泡剂质量分数的增大使泡沫的稳定性增强。发泡剂质量分数为0.3%之前，阻力因子增加速度较快，当发泡剂质量分数大于0.3%后，阻力因子增大速度大幅变缓。考虑到地层存在吸附，推荐最佳的发泡剂质量分数为0.4%。
采用长管实验评价，取液相流量分别为1 mL/min，改变气相流量分别为50 mL/min、100 mL/min、150 mL/min、200 mL/min、300 mL/min和400 mL/min时，研究不同气相流量时泡沫阻力因子和基础压差的变化情况，结果见图 4。从图 4可知：当气相流量较低时，容易在多孔介质中形成稳定流动的泡沫，且随着气相流量的增加，封堵能力不断增强；当注入流量过高，超过300 mL/min时，其流动所产生的剪切作用易造成泡沫的破灭，从而降低泡沫的稳定性和封堵能力；气相流量在200~300 mL/min时，封堵能力最强，此时计算油藏条件在10 MPa下泡沫干度为75%~80%，推荐泡沫干度在60%以上。
模拟条件：渗透率级差选择4，选择最低渗透率为1 228×10-3 μm2，气液体积比(标况)选择30，发泡方式为地面预制泡沫、地下发泡。地面预制泡沫是在地面将起泡剂与N2充分混合产生泡沫后注入地下，后者是N2和起泡剂分开周期性注入，通过在地层中运移产生气泡[5]。
图 5为不同发泡方式采出程度的变化曲线。从图 5可知，地面预制泡沫的采出程度高于地下发泡，且注入初期见效明显。低渗管与高渗管相比，预制泡沫明显启动低渗管的原油，故选择地面预制泡沫方式。
为更好地评价泡沫在油藏条件下的封堵性能和发育规律，设计了可视化相似比例物理模型实验, 通过可视化实验，直观清晰地观察地层中各种流体的运动形态和规律，探讨泡沫堵水增油的机理。
建立如图 6所示的可视化三维比例物理模型，实验使用露头砂填制模型，模型采用正方形比例模型，内尺寸为400 mm×400 mm×10 mm(长×宽×高)，填砂后孔隙度为32.6%，渗透率为3 000×10-3 μm2。实验所用油样为NB现场原油。实验装置主要包括填砂模型、恒温箱、温度和压力采集系统、蒸汽发生器、N2瓶、CO2瓶、柱塞泵、活塞容器、录像机等。
设计了单纯多元热流体驱和多元热流体驱突破后注一段泡沫段塞2种开发模式实验，通过两组实验的对比，评价发泡剂QGQ-4的泡沫封窜和提高波及系数作用。
主要实验步骤如下：①按照图 6连接好实验装置，用恒压泵连续向模型底部水槽注入50 ℃蒸馏水模拟底水；②模型恒温85 ℃，向模型内低流速注入原油饱和可视化模型；③利用平流泵以0.2 mL/min的流量向模型内注入2 mL冷水当量的蒸汽，而后焖井1 min，开井生产；④生产至含水率90%时，向模型内以0.1 mL/min的流量注入发泡剂，同时以2 mL/min(标况)的流量注入N2，共注入5 min，焖井1 min后开井生产；⑤生产至不出油时结束实验。实验过程中不断记录入口端的压力及出口端的产油、产液量。
单纯多元热流体驱实验表明：NB油田容易发生汽窜，窜流通道占据主流通道，导致多元热流体波及范围较小，多元热流体驱至含水98%时，平面波及系数仅为43.1%(见图 7)。由图 7可看出，波及区的剩余油类型可分为：①绕流油：形成绕流油的根本原因在于孔隙结构的微观非均质性，使得注入蒸汽及冷凝水主要沿着渗流阻力较小的大孔道流动，绕过渗流阻力较大的小孔道，并在阻力较大的狭小孔隙处形成绕流残余油。②角隅滞留油：因储层润湿性及岩石孔隙形状不同，蒸汽驱过程中，蒸汽与冷凝水驱替过的范围内，并不能把所有原油驱替干净，导致在颗粒的表面及狭小孔隙的喉道、角隅处存在部分不可动油，该部分原油即为滞留油。
当多元热流体窜流到油井时，注入0.2 PV泡沫QGQ-4溶液，平面波及范围增至50.9%，增加7.8%，然后继续注蒸汽至含水98%时，波及系数进一步提高到80.1%，提高了29.1%，有效扩大了波及系数，波及范围明显增加；同时，QGQ-4发泡剂具有降低界面张力提高洗油效率的作用，且洗油效率提高较为明显，注汽井附近洗油效率非常高(见图 8)。
通过可视化实验评价认为，NB油田储层非均质性较强，多元热流体驱容易发生汽窜，汽窜后复合注入QGQ-4泡沫段塞，可有效封堵汽窜通道，进一步提高面积波及系数37%。因此，发泡剂QGQ-4适合在NB油田应用。
多元热流体复合泡沫驱扩大波及机理分析：泡沫注入地层后，泡沫数量逐渐增加，受到孔隙喉道的剪切作用而再生运移，由于贾敏效应的作用，最终滞留于孔隙内，大量分散的小气泡起到叠加的贾敏效应而封堵窜流通道, 使得后续注入流体或上升的底水改变流动方向，有效扩大波及系数，波及范围明显增加。
图 9为多元热流体复合泡沫驱扩大波及机理示意图。从图 9可看出，注入的泡沫首先进入蒸汽驱替较为彻底的A区域，由于A区域内含油饱和度较低，使得大量泡沫生成并稳定存在(如图 9中蓝色圈出部分)，从而有效封堵该通道内蒸汽的流动，致使后续注入的蒸汽与冷凝水转向而进入B区域，使得B区域变得越加明亮，驱替程度进一步改善，含水饱和度逐渐增加，当B处驱替到一定程度，达到泡沫生成并存在的条件，进而封堵B区域，使后续流入的蒸汽与冷凝水再次转向其他含油部位，最终提高波及效率。
图 10为实验中油井自投产至注泡沫生产过程中生产压差随时间的变化曲线。由图 10可知：从初始时刻至注泡沫阶段(0 min至140 min)，注蒸汽后连续生产阶段的生产压差基本稳定在350 kPa左右；至140 min时，注入0.2 PV QGQ-4的N2泡沫后，生产压差有了明显增加，增至约400 kPa，而后逐渐稳定在390 kPa，说明发泡剂QGQ-4具有较好的封堵汽窜的作用。
图 11为实验中油井产量随时间的变化曲线。由图 11可知：前期生产过程中存在约15 min的无水期，对应的无水期采收率为12.8%，此时产油量达到最大值(0.2 mL/min)；随后产油量呈现大幅度降低的趋势，含水率快速增加；至140 min时，生产井的含水率超过90%，对应的产油量降至0.02 mL/min，对应采出程度为48.5%；而后向模型内注入0.5 mL/min的QGQ-4发泡剂和10 mL N2(对应孔隙体积倍数约为0.2 PV)，注入压力呈现增加趋势，含水率大幅度降低，由90%降至80%左右，产油量逐渐增加至0.05 mL/min；至175 min时，因地下渗流场重新分布及泡沫衰减导致封堵减弱，出口端含水率开始增加，而后一直维持在88%~92%，有效减缓了含水上升；至模拟结束(245 min)时，出口端含水率达到92.3%，产油量低至0.02 mL/min，对应的最终采出程度接近60.0%，比单纯蒸汽驱提高了11.5%。
渤海NB油田开展了多元热流体气窜治理技术的现场实践，注热前实施了调堵段塞的注入，并实施“两井同注”的面积注热措施。B33H、B29H井注热施工期间，对周边的B36M、B42H、B44H、B22产气量进行了监测，均未再出现大量气窜现象；与封窜治理之前相比，B33H、B29H措施后增油明显，其中B33H井日产油由措施前的50.5 m3增至高峰日产油75.7 m3，初期高峰日产油增加到措施前的1.5倍，气油比大幅度降低，且维持了较长的稳定生产时间，取得了较好的增油效果(见图 12)。这主要是因为，泡沫对气窜通道进行了封堵，提高了渗透率相对较低孔道原油的动用。
(1) 通过实验研究筛选了适合渤海NB油田治理多元热流体窜流的QGQ-4调堵体系，其最佳注入参数是：质量分数为0.4%、泡沫干度在60%以上、地面预制泡沫注入方式。
(2) 与单纯多元热流体驱相比，泡沫辅助多元热流体驱可提高油藏波及，气窜后复合注入QGQ-4泡沫段塞，可有效封堵气窜通道，提高平面波及系数37%。
(3) 热采井间窜流治理技术在渤海NB油田的B33H井现场应用后，受益井初期高峰日产油增加到措施前的1.5倍，日产油由措施前的50.5 m3增至措施后的高峰日产油75.7 m3，取得了较好的增产效果。
2023, Vol. 52 Issue (3): 87-91, 102 2023, Vol. 52 Issue (3): 87-91, 102