2.氮气泡沫体系评价研究
泡沫体系是氮气泡沫驱的主要工作液，它是影响因氮气泡沫驱效果主要素之一。氮气泡沫驱的泡沫体系应同时具有良好的起泡和稳泡能力。不同类型的起泡剂和稳泡剂的适应性有较大的差别，一般来说，油田用起泡剂和稳泡剂主要有以下要求：
(1)起泡剂起泡性能好，即泡沫基液与气体接触后，泡沫体积膨胀倍数高。
(2)稳泡剂稳泡性能好，半析水期时间长。
(3)与其它流体配伍性良好，抗盐能力强，且具有一定的抗油能力。
1 注氮气泡沫提高采收率工艺技术
1. 1 注氮气提高采收率的机理注氮气开发油气田主要有混相驱、非混相驱、重力驱和保持地层压力等开采机理,一般氮气混相驱要求具有较低的混相压力,在八面河油田这种原油粘度、密度较高的稠油油藏难以实现氮气混相驱。所以,只能开展注氮气非混相驱提高采收率工作。注氮气提高采收率的机理可归纳为:
1)注氮气有利于保持地层压力,注入地层后具有一定的弹性势能,其能量释放可起到良好的气举、助排作用;
2)注入油藏的氮气会优先占据多孔介质中的油孔道,将原来呈束缚状态的原油驱出孔道成为可流动的原油,从而提高驱油效率;
3)非混相驱替作用:氮气、油、水三相形成乳状液,降低了原油的粘度,从而提高了驱油效率。注入的流体和油藏流体间出现重力分离,形成非混相驱,可提高油藏在纵向上的动用程度,从而改善开发效果;
4)注氮气-水交替驱将水驱和气驱的优点有效地结合在一起,不仅可以改善由于气水粘度差异造成的粘性指进,使驱替前沿相对均匀,而且由于渗吸作用,对低渗透层剩余油的驱替更有利。水相主要驱扫油层中下部,注入的氮气气相由于重力分异作用向上超覆主要驱扫油层上部,气液交替驱扫不同含油孔道,使水饱和度及水相渗透率降低,一定程度上提高水驱波及系数及水驱波及体积。八面河油田主要利用了氮气的非混相驱、重力驱和保持地层压力等三方面的机理。
1. 2 氮气非混相驱室内实验研究结果
对于氮气非混相驱利用均质模型和平面非均质模
型开展了水气交替注氮驱油实验,实验结果表明,对于均
质模型和平面非均质模型水气交替注氮均可提高采收
率,而且均质模型比平面非均质模型水气交替注氮提高
采收率幅度高(表1)。
水气交替注入时,在地层产生了油气水三相流动,甚
至产生了泡沫,可有效改善水气推进前缘的稳定性,避免
过度指进现象产生。气液比过大或过小,都不利于泡沫
的稳定产生和控制前缘稳定性;气液比过小,调节能力有
限;气液比过大,可能形成比较连续的气体驱替现象,产
生气窜;气液比处于最佳比时,能产生稳定的微小泡沫、
前缘稳定性较性,提高波及体积,最有效、最大限度的提
高原油采收率。1 ∶1 是比较合适的气液比,能最大限度
提高原油采收率(见图1)。
对于氮气非混相驱,油藏的构造形态、地层倾角大
小、渗透率高低、非均质程度、原油性质好坏和注入方式、
注入量、注入时机等都是影响其效果的重要因素。
水驱过程中注入氮气或同时注入氮气与起泡剂可
大幅度提高水驱开发效果,在35 ℃的同等条件下,水驱
中加氮气(气液比为1 ∶1) ,驱油效率比单纯水驱提高
14. 2 %,加入氮气同时加入起泡剂驱油效率比单纯水驱
提高注入23 %,提高驱油效率的幅度相当大(见表2)。
1)氮气可提高垂向驱替效率,垂向波及效率主要受
储层性质影响,包括油藏倾角、渗透率、孔隙度等。通常
正韵律油层,对水气交替注入将是有利的,因为这种组合
增加了驱替前缘的稳定性。
2)气水交替和氮气泡沫驱的气油比随注入倍数增
加,注气周期和注水(泡沫溶液)周期的气油比交替上升。
气水交替时气油比上升速度明显比氮气泡沫驱快;氮气
泡沫驱在开始几个周期气油比上升较慢,到见气后气油
比上升速度明显变快。
3)在注氮中,由于起泡剂的先期注入,氮气注入时会
产生大量的泡沫,形成一个氮气泡沫带,氮气泡沫的粘度
要比单纯的氮气要大得多,多段塞注入方式驱会使压力
缓慢上升,当达到一定压力后而趋于稳定;氮气泡沫驱的
压力先是快速上升,后又慢慢下降,注入的压力基本稳
定。氮气泡沫驱过程中,由于泡沫的封堵作用不是永久
性的,需要不断补充起泡剂,稳定在一定压力状态。达到
较好的驱油效果。
2. 2 工艺流程
工艺流程由以下两部分组成:a.氮气系统:氮气的产生计量、增压、注入都由氮气车完成;b.井口流程(如图2)。
2. 4 选井要求
注氮气提高采收率首先要求有较好的盖层封闭条
件,对氮气非混相驱的筛选标准一般要求:构造形态单
一,密封性好,有一定地层倾角;在倾角30 °的情况下,在
水驱油基础上采用高部位、低部位水气交替二种方式注
氮提高采收率差值为7. 75 %,差别较大,说明高部位注
氮有比较明显优势。因为在高部位注气,可在构造高部
位形成次生气顶,低部位形成剩余油富集区,使低部位的
采油井油量增加,可获得较好的采收率。因此,选井时一
般要在油藏的高部位,有一定倾角。
5.5.2注水井调剖工艺条件和效果评定
5.5.2.1选井
砂岩油田注水井调剖和封堵大孔道选井条件如下：
(1)位于综合含水高，采出程度较低，剩余饱和度较高的开发区块的注水井
(2)与井组内油井连通情况好的注水井
(3)吸水和注水状况良好的注水井
(4)吸水剖面纵向差异大的注水井
(5)注水井固井质量好，无串槽和层间串漏现象。
5.5.2.2注水井调剖工艺条件
(1)数值模拟计算
根据处理井及其油层资料，所使用的调剖剂性能及其对油藏的影响和对处理结果的要求(即对处理井的高渗透层渗透率希望的降低值和有效期)等，利用数值模拟程序可以计算调剖剂的合理用量、优选施工参数、分析有关参数对调剖效果的影响、预测调剖后的效果，并可预制出调剖前后吸水剖面变化图。
(2)计算公式
①冻胶型调剖剂处理体积计算。H.W.Wang提出，处理半径用下列公式求得：
式中：ra——处理半径，m；
          re——注水井注水影响半径或采油井泄油半径，m；
        RRF——
        Fq——处理前后注水能力(或产率)之比。
式中：q——日注入量或日产液量，m3/d；
          △Ppr、△Ppos——处理前后的开采(注水)压差，Pa；
          λ——流体的流动度，；
          λavg——流体的平均流动度；
          K——不处理带的水的有效渗透率，；
          μ——水的粘度，。
式中：rw——井眼半径，m。
用下面公式计算调剖剂的处理体积：
Vi=πra2hφ
式中：Vi——处理体积，m3；
          ra——处理半径，m；
          h——处理层厚度，m；
          ——处理层孔隙度，%。
根据堵剂性能及处理井的有关参数，利用上述公式编制简单的计算程序，可以方便地计算出处理半径及处理体积，供现场施工参照使用。但在实际使用时尚需根据处理井的井况算出处理半径及处理体积，综合考虑来确定实际处理量。
②吸附型调剖剂处理体积计算。考虑地层对调剖剂的吸附作用，用地层孔隙体积求出的预计处理体积和经地层吸附后处理剂所能达到的实际处理体积，用下面公式计算：
式中：V——经吸附后的实际处理体积，m3；
          Vi——预计的处理体积，m3；
          Sor——残余油饱和度，%。
          ——单位体积吸附量，g/m3；
          C——聚合物浓度，g/m3。
(3)施工压力控制
为了使调剖剂能更好地选择性进入高吸水层，控制注入压力是工艺中的一个重要环节。在采用光油管笼统注入的处理井中，注入压力一般控制在稍低于该井正常注水压力或在正常注水压力附近，也可根据不同地层的启动压力来控制。调剖剂的注入压力应高于高渗透层的启动压力，低于低渗透层(不希望进入的地层)的启动压力。若使用封隔器卡封后单层处理，必要时可以采用高压快速注入，但最高压力不得超过地层破裂压力的80%；也可根据数模优选的注入压力及调剖剂与地层的实际情况，综合确定合理的注入压力及排量。
5.5.2.3砂岩油层注水井调剖效果评定
(1)砂岩油层注水井调整吸水剖面是否有效的确定
①注水井经调剖措施以后，其本井变化情况符合下列三项条件之一者为有效。
条件一：处理层吸水指数较调剖前下降50%以上。
条件二：吸水剖面发生明显合理变化，高吸水层降低吸水量，低吸水层增加吸水量在10%以上。
条件三：压降曲线明显变缓。
②调整注水井吸水剖面相应的油井，其有效与否应参照油井堵水有效条件来确定。
(2)砂岩油层注水井调整吸水剖面的成功率和有效率
①注水井调剖现场施工技术符合调剖井技术要求的井次与调剖总井次数之比为注水调剖的成功率，经调剖措施施工的注水井中，有效井次与总调剖井次数之比为注水井调剖有效率。
②调剖施工注水井相对应的油井中，有效井数与总对应油井数之比为对应油井见效率。
(3)砂岩油层注水井调整剖面后增产油量和减产水量计算
增产油量为对应油井单井增产油量之和；单井增产油量按油井堵水后增产油量计算方法进行计算。减产水量为对应油井单井减产水量之和；单井减产水量按照油井堵水后降产水量计算方法进行计算。
5.5.1调剖剂
由于油层的不均质，注入油层的水，通常有80%~90%的量为厚度不大的高渗透层所吸收，致使注入剖面很不均匀。为了发挥中、低渗透层的作用，提高注入水的波及系数，就必须向注水井注入调剖剂。按调剖剂的作用原理、使用条件和注入工艺的不同，可将其分为三类。
(1)固体颗粒状调剖剂：在水驱油过程中，地层受注入水冲刷所产生的孔道属次生孔道。这些孔道中，孔径超过30μm的孔道叫大孔道。在油田开发的中后期地层会产生这些大孔道，使注入水主要沿其窜流，降低了注入水的利用率。利用固体颗粒封堵大孔道具有来源丰富易得、价廉、耐温、耐盐、抗剪切、强度大、稳定性好和易施工等特点。
颗粒型物理堵塞调剖剂包括果壳、青石灰、石灰乳、搬土、轻度交联的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇粉等。这些颗粒封堵的作用机理都是物理堵塞作用，注入的颗粒在岩石的孔隙中间，堵住
水流通道。这些颗粒中如搬土具有轻度的体膨性，聚乙烯醇和聚丙烯酰胺则具有优良的体膨性，在岩石孔隙中吸水体积膨胀，可增强封堵效果。

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