中國石油大學泡沫流體研究中心東營匯聚豐石油科技有限公司氮氣泡沫增產理論及應用研究劉紅軍

電話-mail：precedeliu@匯報提綱泡沫流體研究中心簡介泡沫流體基本性質及主要概念泡沫流體增產系列技術介紹結論及展望中國石油大學泡沫流體研究中心

中國石油大學泡沫流體研究中心所在的油氣田開發工程學科為國家重點學科，中心目前有教授1人，副教授3人，講師3人，博士7人，碩士10人，形成了合理的科研梯隊。2009年4月，與中海油服股份有限公司簽訂協議，共建泡沫流體聯合實驗室。泡沫流體研究中心現有“油藏條件下多功能驅替模擬系統”一套，可以進行進行油藏條件下單管、雙管或非均質巖心常規水驅、化學驅、泡沫驅實驗，泡沫管流變與換熱測量等。中國石油大學泡沫流體研究中心中國石油大學泡沫流體研究中心1998年承擔勝利油田重點科技攻關項目“泡沫沖砂技術研究”1999年山東省自然科學基金資助“泡沫流體流變性研究與應用”2003年承擔中原油田重點科技攻關項目“泡沫酸化技術研究”2005年承擔中海油服課題“海上油氣田氮氣泡沫暫堵分流酸化工藝技術”2006年承擔中石化總公司先導試驗項目“氮氣泡沫酸選擇性酸化技術研究與應用”，同年承擔勝利油田科技攻關項目“埕島油田氮氣泡沫調驅及適應性研究”；2007年勝利油田將“氮氣泡沫增產系列技術”列為重點推廣項目，中國博士后科學基金“新型泡沫體系的開發與應用”獲準立項；山東省自然科學基金項目“泡沫分流酸化機理研究”獲準立項2008年國家自然科學基金“泡沫酸在多孔介質中流動規律研究及過程模擬”和國家科技重大專項“多相泡沫體系提高采收率”獲準立項。獲得資助情況獲獎及申請專利情況★泡沫流體沖砂洗井及作業技術（國際先進、山東省科技進步三等獎）★泡沫酸酸化技術（國際先進、中國石化協會科技進步三等獎）★氮氣泡沫發生系統的研制及其在油氣田開發中的應用（國際領先、三）★泡沫酸選擇性酸化油層工藝技術研究（中國石化協會科技進步二等獎）★泡沫泡沫系列增產技術研究及應用（中國石化協會科技進步一等獎）★水平井泡沫流體沖砂技術（國際先進）★“泡沫發生器”國家知識產權局實用新型專利

★“低密度泡沫壓洗井技術”國家知識產權局實用新型專利★“泡沫負壓混排解堵方法”獲國家知識產權局發明專利

★“疏松砂巖油藏置換防砂方法”獲國家知識產權局發明專利

★“泡沫分流酸化技術”申請國家知識產權局發明專利

★“巖心驅替實驗中氣液比控制方法”申請國家知識產權局發明專利

匯報提綱泡沫流體研究中心簡介泡沫流體基本性質及主要概念泡沫流體增產系列技術介紹結論及展望泡沫流體的形成起泡劑：表面活性劑，減小水的表面張力，形成穩定的泡沫氣體：空氣、氮氣、天然氣、二氧化碳等氣體起泡劑水溶液氣體充分混合泡沫地面or地下？泡沫流體基本性質及主要概念泡沫流體的基本性質（1）泡沫流體密度低且方便調節，井筒液柱壓力低，并且泡沫中氣體膨脹能為返排提供能量，適用于低壓井和漏失井。泡沫流體在井筒內的壓力分布泡沫流體基本性質泡沫流體的基本性質（2）泡沫流體具有較高的表觀粘度，攜帶能力強，返排時可將固體顆粒和不溶物攜帶出井筒。砂粒沉降速度與泡沫特征值的關系

泡沫流體的懸浮能力是水或凍膠液的10～100倍。泡沫流體基本性質表示什么單位？1E.5什么意思？泡沫流體的基本性質（3）泡沫對地層滲透率有選擇性，堵大不堵小，即泡沫對高滲層具有較強的封堵作用，而對低滲層的封堵作用較弱。泡沫在高低滲巖心中的分流實驗結果

泡沫流體基本性質泡沫流體的基本性質（4）泡沫對油水層有選擇性，泡沫遇油消泡，遇水穩定，堵水層不堵油層，泡沫對水層具有較強的封堵作用。

泡沫在含水含油滲巖心中的分流實驗結果

泡沫流體基本性質匯報提綱泡沫流體研究中心簡介泡沫流體基本性質及主要概念泡沫流體增產系列技術結論及展望泡沫流體增產系列技術提高油氣開發效率是國內外油氣工業一直追求的目標。隨著我國東部油田進入開發的中后期，以及低壓、稠油等難開發油田比例的增加，采用常規開采手段往往不能對油氣田進行有效的開發。

對于低壓、漏失、水敏地層，采用常規入井液進行洗井、沖砂等作業時，漏失嚴重，甚至不能建立正常的洗井循環，造成地層污染，降低油井產能，影響到作業效果。另外，一些油藏非均質性嚴重，層間、層內矛盾突出，在酸化、注水、注汽等過程中，注入流體沿高滲層竄流嚴重，波及體積小，常規增產手段一般難以取得理想的效果。

泡沫流體增產系列技術泡沫流體在油氣田開發中的應用涵蓋鉆井、固井、油氣井作業、增產措施、提高采收率等各個方面，隨著常規技術不能滿足作業要求的情況增多，如水平井、低壓地層、嚴重非均質地層、疏松砂巖地層以及水敏性地層等，泡沫流體及其相關技術的研究與應用將越來越多。泡沫流體沖砂洗井技術氮氣(泡沫)氣舉\排液\誘噴水平井泡沫酸洗技術泡沫分流酸化技術泡沫混排解堵技術泡沫驅油技術

蒸汽吞吐井氮氣泡沫調剖技術邊底水油藏氮氣泡沫控水技術一、泡沫流體沖砂洗井技術

解決的問題：

在常規流體沖砂洗井過程中，低壓井中入井液的漏失，會對產層造成污染，甚至不能建立洗井循環，水平井的廣泛應用使得這一問題更為突出。泡沫密度低，可實現低壓或負壓循環，減少漏失在井底建立負壓，誘導近井地帶污染物外排，解除產層堵塞泡沫攜砂能力強，可以把井底的固體顆粒或其它污染物帶出泡沫流體沖砂洗優點：應用情況：

該技術在勝利油田、冀東油田、中海油均有應用，效果顯著，隨著油田進入開發的中后期以及水平井的增多，其應用規模也將進一步擴大。一、泡沫流體沖砂洗井技術

泡沫密度分布曲線注入壓力分布曲線注入整個井筒內泡沫的密度要遠遠小于水的密度和相同高度水柱的壓力，可以實現負壓作業，減輕沖砂液向地層的漏失一、泡沫流體沖砂洗井技術

泡沫和水攜砂性能的比較(0.3m/s)

水平井泡沫流體的攜砂性能遠遠大于水的攜砂性能，特別是在水平井段，泡沫攜砂具有顯著優勢，這一點對以水平井沖砂極為有利。水平井冀東油田G104-5P69井水平段長1080米，由于地層漏失嚴重，不能有效的循環，先后進行幾次沖砂作業均未取得成功。后采用泡沫流體沖砂，很快建立循環順利完成施工。水平井泡沫沖砂應用實例水平井泡沫沖砂應用實例冀東油田G104-5CP15井水平位移485.3m，投產初期日產油23.8t，2007.5.24日進行連續油管泡沫沖砂，沖砂后產液量和產油量都有了提高。二、氮氣(泡沫)氣舉\排液\誘噴酸化液（殘酸）壓裂液壓井液井底積液泥漿各種入井液舉通井筒或降液到預定深度，實現誘噴的目的

與單純氣舉排液比較有以下優點：◆低密度泡沫可以實現不動管柱作業。特別是針對深井不需采用氣舉閥或連續管，即可實現深井排液，啟動壓力低?！襞菽黧w攜帶性能好。泡沫有良好的攜液和攜砂性能。二、氮氣(泡沫)氣舉\排液\誘噴1、萊38斜109泡沫流體排酸萊38斜109油井，人工井底2664m，因地層污染堵塞，進行酸化解堵，累計注酸28方，2005年7月29號下午3點半注酸完畢，反應4小時后采用低密度泡沫流體進行酸化后排酸。本次施工共計4.5小時，累計注泡沫約為55方，返出約80方，從旁邊能聞到很大的酸味，說明從井里排出了大量的酸液。氮氣泡沫排酸高104-5平101井常規酸化后泡沫排酸排出液攜有大量泥漿、粉細砂等黃褐色液體，如圖。2、低壓井泡沫流體誘噴泡沫流體誘噴技術既可用于產水氣井，也可用于油氣合采井，其基本原理是利用泡沫將井底積液排出，恢復自噴生產。

永66側28井為改層生產，打橋塞封堵下層水層，射開上層沙二6氣層，保留沙二7油層，油氣合采。射孔后不產氣，分析為射孔后氣層堵塞，2006年1月19日采用低泡沫流體誘噴。

施工后，該井套壓10MPa，油壓4.5MPa，日產油15m3，日產氣1200m3，自噴生產正常，取得了明顯的增產效果。該技術目前在哈薩克斯坦已累計應用80多井次，施工成功率100%。3、塔中油田深井排液誘噴TK7210井，完鉆井深4668m，產層射孔后，采用氮氣泡沫流體誘噴，循環點：4550米，泡沫密度0.56～0.65g/cm3，啟動壓力14.1MPa，施工23.5小時，共排液66.83m3。三、水平井泡沫酸洗技術解決的問題：水平井完井過程中近井地帶和繞絲篩管的泥漿污染。

應用情況：

該技術在勝利油田、冀東油田等均有廣泛應用，酸洗效果明顯，并且大大提高了單井產量。泡沫酸洗技術優勢：泡沫可以對高滲帶起到很好的暫堵作用，有利于均勻布酸；易于控制井底壓力，可以在井底形成負壓，誘導反應產物及近井地帶的泥漿和粉細砂大量排出，達到解堵的目的；泡沫攜帶能力強，有利于清除泥餅。

可減少酸液用量，同時具有緩速作用；冀東油田G104-5P102井于2008年5月11日酸洗投產，到6月4日累計生產24天，累積產液2280方，產油75.6方，動液面在223米。三、水平井泡沫酸洗技術泡沫酸洗與常規酸洗及暫堵酸洗漏失量情況對比四、泡沫分流酸化技術

常規酸化的問題：對于非均質地層，酸液優先進入高滲層，使得低滲層不能得到有效改善；對于油水同層的地層，酸液會優先進入水層，使得酸化后含水迅速上升，油井產油量下降；對于重復酸化的地層，酸液優先進入原來的溶蝕通道，降低酸化效果；對于低壓油井，酸化后殘酸返排困難，容易形成二次污染，影響酸化效果；對于水平井，酸液大多進入跟部，其余井段酸化效果較差。

四、泡沫分流酸化技術

并聯巖心分流結果（級差4.0）分流量交叉反轉泡沫分流效果評價四、泡沫分流酸化技術

泡沫分流酸化的優勢

泡沫對滲透率有選擇性，酸液均勻進入高低滲層；泡沫對油水層有選擇性，酸液優先進入油層；泡沫中氣體膨脹能為殘酸返排提供能量；泡沫攜帶能力強，可將固體顆粒攜帶出井筒；泡沫酸是一種緩速酸，實現深部酸化。四、泡沫分流酸化技術

適應范圍：水平井及多層非均質油層酸化——均勻布酸老井的重復酸化——封堵酸溶蝕通道油水同層的油井——封堵水層，防止酸化后含水率上升低壓低滲透油井——殘酸徹底返排應用情況：泡沫分流酸化在勝利、中原、渤海、冀東、中石化華東分公司等油田有著廣泛的應用，并取得了良好的增產效果，特別是在水平井酸化中，優勢尤為明顯。華港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日進行了酸洗施工，酸洗后抽汲至1053ｍ，日產液1.56t，含水39%，酸洗效果不理想。2008年10月3日泡沬酸化施工，投產后日產油穩定在14.3t左右的水平，日產液15.5m3，動液面230m左右，泡沬酸化后生產效果明顯。

華港104-p2井泡沫酸化文23-39氣井泡沫酸化初期穩定產能：油壓1.1MPa，套壓2.3MPa，日產氣1.0×104m3，日產油0m3，日產水1.81m3。后由于地層能量低，射孔液及壓裂液大量進入地層后污染地層、產生水鎖，自排困難。2009年4月16日對該井氣層進行泡沫酸化解堵，有效解除了地層污染，恢復了氣井生產，日產氣保持在2.4×104m3，平均日增氣1.2×104m3，截止目前累計增氣310×104m3，并繼續有效。

文23-29氣井泡沫酸化該井地層能量低，沖砂措施過程中井漏嚴重，整個過程漏失地層液體115m3，壓井液滯留在氣層中，在井周形成水鎖，影響了氣井產能。2009年6月2日對該井氣層進行泡沫酸化解堵，開井生產后油套壓1.0/3.0MPa，日產氣0.8×104m3；目前油套壓1.0/2.2MPa，日產氣穩定在1.6×104m3，日產液0.4m3，日增產1.6×104m3，累計增氣260×104m3，解堵效果理想，五、泡沫流體混排解堵技術

工藝原理：通過泡沫吞吐、負壓混排，依靠泡沫較強的攜帶固體微粒能力以及形成的較大井底壓差，將近井地帶的固體顆粒以及有機沉淀物等堵塞物排出地層，同時，利用高速返排流體，由內向外對炮眼的壓實帶進行沖洗，疏通射孔炮眼，達到解除儲層堵塞的目的。

泡沫混排技術原理

五、泡沫流體混排解堵技術適用范圍：(1)用于解除油井生產過程中的有機、無機堵塞，或用于解除鉆完井過程中的污染，完善射孔炮眼；(2)將近井地帶的細粉砂、泥質或其它地層堵塞物排出，結合礫石充填防砂，提高防砂效果和有效期，改善近井地帶滲流狀況。

應用情況：泡沫混排解堵技術目前在勝利油田、冀東油田進行了大量現場應用，取得了較好的應用效果，石油開發中心已將其作為一項常規工藝進行推廣。五、泡沫流體混排解堵技術泡沫混排施工現場五、泡沫流體混排解堵技術G93井是冀東油田北田公司一口老井，施工前日產液不足1方，3月27日施工后初期日產液16方，產油4噸，效果明顯！六、氮氣泡沫調驅技術改善流度比，調整注入剖面，擴大波及體積遇油消泡，遇水穩定氣體的上浮作用，提高了頂部油層的動用程度提高洗油效率增加彈性能量氮氣泡沫調驅技術是非均質油藏水驅開發中后期提高采收率的有效方法，該技術既可以提高波及體積，也可以提高洗油效率，其提高采收率機理如下：(a)水驅(b)水氣交替注入水驅和水氣交替注入開采方式中油氣水的分布狀況六、氮氣泡沫調驅技術六、氮氣泡沫驅油技術泡沫驅主要包括常規泡沫驅、強化泡沫驅和復合泡沫驅三種類型。常規泡沫驅僅通過起泡劑和注入水生成泡沫驅油；強化泡沫驅是在常規泡沫驅的基礎上加入聚合物作為穩泡劑，增加泡沫穩定性和強度，提高驅替效果；復合泡沫驅是在三元復合驅的基礎上，通過篩選表面活性劑作為起泡劑，與氣體形成泡沫進行驅油。除此之外，還提出了多相泡沫驅的概念，即在強化泡沫驅的基礎上加入彈性微球，用于減少泡沫在大孔道中的竄流，提高嚴重非均質地層泡沫驅效果

泡沫調驅實驗結果滲透率級差為15時，采收率隨注入倍數的變化曲線

泡沫調驅實驗結果聚驅后泡沫驅高低滲管產液分數變化曲線（級差15）

六、氮氣泡沫驅油技術七、蒸汽吞吐井氮氣泡沫調剖技術解決的問題：

蒸汽吞吐是開采稠油油藏的一種行之有效的采油方法。但由于蒸汽流度、地層非均質性等因素的影響，經過多輪次吞吐以后，蒸汽竄流嚴重，開發效果就會變差。泡沫調剖的作用：降低蒸汽流度，提高注汽壓力，提高波及體積；提高中低滲透層和含油飽和度較高地層的蒸汽注入量；氮氣導熱系數低，可以減少熱損失，提高熱能利用率。草104-3井泡沫調剖前后生產曲線

勝利油田石油開發中心C104-3井和上一個注蒸汽生產周期相比，產油量大幅增加，含水率降低，氮氣泡沫調剖降水增油效果明顯。采用泡沫調剖草128-平1井注蒸汽吞吐氮氣泡沫調剖草128-平1井為勝利油田一口水平井（單井），人工井底1616m，油層井段1604.7~1469.9m，實射厚度125m/2層。于2005年7月17日投產，初期產量較高，2006年9月爆性水淹，油井含