廖新武，劉 超，張運(yùn)來(lái)，牟春榮，劉維永

(中海油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452)

引 言

渤海灣SNW油田是海上大型復(fù)雜河流相沉積儲(chǔ)層的稠油油田，構(gòu)造平緩，多正韻律和復(fù)合韻律沉積，主要含油層段為新近系明化鎮(zhèn)組下段和館陶組上段，儲(chǔ)層膠結(jié)疏松，屬于高孔、高滲儲(chǔ)層，平均孔隙度為31%，平均滲透率為3 μm2，地層原油黏度為24～260 mPa·s。SNW油田具有水油流度比大、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、正韻律儲(chǔ)層以及膠結(jié)疏松等特點(diǎn)，84%的注水井組存在嚴(yán)重的注入水突進(jìn)現(xiàn)象和平面產(chǎn)液結(jié)構(gòu)不均衡的情況，普遍存在竄流通道，導(dǎo)致注入水低效或無(wú)效循環(huán)，有的生產(chǎn)井水淹嚴(yán)重，而有的生產(chǎn)井卻見(jiàn)不到注水效果。調(diào)整井密閉取心資料表明，儲(chǔ)層底部水淹嚴(yán)重，而儲(chǔ)層頂部有大量剩余油富集，說(shuō)明水驅(qū)波及體積系數(shù)較小，注入水主要沿著優(yōu)勢(shì)滲流通道突進(jìn)到生產(chǎn)井中。

稠油油田的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)決定了50%以上的可采儲(chǔ)量是在含水率高于80%時(shí)采出的，對(duì)于海上油田，在高含水期采出大量原油意味著需要巨大的產(chǎn)出液處理能力相配套，而海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪(FPSO)的造價(jià)和產(chǎn)出污水處理費(fèi)用昂貴。為此，必須改善海上油田的水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果，實(shí)現(xiàn)控水穩(wěn)油。目前國(guó)內(nèi)外研究和利用較多的是弱凝膠調(diào)驅(qū)、氮?dú)馀菽?qū)和可動(dòng)凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)，但是這些技術(shù)具有強(qiáng)度低、選擇性差、無(wú)法進(jìn)入儲(chǔ)層深部等缺點(diǎn)。納米微球是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型深部調(diào)驅(qū)劑[1－2]，對(duì)海上稠油油田的控水穩(wěn)油具有很好的適應(yīng)性。從目前國(guó)內(nèi)外的報(bào)道和文獻(xiàn)來(lái)看，僅見(jiàn)文中、孤島和大慶等陸地油田偶有小范圍礦場(chǎng)實(shí)踐的報(bào)道，海上油田的應(yīng)用報(bào)道極少[3－6]。

1 納米微球技術(shù)室內(nèi)研究

1.1 納米微球深部調(diào)驅(qū)原理

納米微球聚合物是利用原子、分子的相互作用原理，按需要在納米尺度上制得的材料，主要成分是丙烯酰胺和表面活性劑等，平均粒徑不超過(guò)100 nm，通過(guò)不同成分配比，溶于水后粒徑可以膨脹到微米級(jí)別。中國(guó)石油大學(xué)的雷光倫教授關(guān)于納米微球合成技術(shù)有專門(mén)論述[7]。納米級(jí)彈性微球的最外層是一層水化層，使微球可以在水中穩(wěn)定存在而不沉淀膠結(jié)在一起;中間為交聯(lián)聚合物層，使微球具有彈性和形變的能力;最里面是凝膠核，使微球具有一定的強(qiáng)度，滿足封堵需求(圖1)。

圖1 納米微球結(jié)構(gòu)機(jī)理

深部調(diào)驅(qū)堵水的原理是通過(guò)將納米微球隨著注入水進(jìn)入儲(chǔ)層內(nèi)部后，慢慢吸水膨脹，數(shù)個(gè)微球通過(guò)“架橋”或“吸附”封堵大孔道，改變注入水方向，從而擴(kuò)大水驅(qū)波及體積(圖2)。微球大小變化是動(dòng)態(tài)過(guò)程，逐漸吸水長(zhǎng)大，可以實(shí)現(xiàn)逐級(jí)封堵、改變巖石尤其是高滲條帶的滲透率，微球本身的彈性及固相特性(而不是增黏特性)，既可以停留，又可以運(yùn)移，實(shí)現(xiàn)注入水連續(xù)動(dòng)態(tài)改向。

圖2 注入水的微觀改向機(jī)理

1.2 納米微球的設(shè)計(jì)與性能評(píng)價(jià)

1.2.1 納米微球設(shè)計(jì)

納米微球的設(shè)計(jì)需要根據(jù)不同油藏的不同地質(zhì)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，滿足“進(jìn)得去、堵得住、移得動(dòng)”的特性。通過(guò)反相(微)乳液、沉淀聚合方法合成的粒徑為幾納米至幾十微米的微球顆粒，根據(jù)油藏溫度、地層水和注入水礦化度、水型、原油黏度、注水井和生產(chǎn)井狀況，調(diào)整合成納米微球的成分比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)其注入性和封堵性技術(shù)指標(biāo)的控制，以滿足油田改善開(kāi)發(fā)效果的需求。本次實(shí)驗(yàn)制備了3種納米微球:核殼自膠結(jié)納米微球、復(fù)合乳液微球和常規(guī)納米球。核殼自膠結(jié)納米微球是在常規(guī)納米微球的基礎(chǔ)上，向體系中加入疏水性單體，采用油溶性引發(fā)劑和油溶性交聯(lián)劑，利用丙烯酰胺與疏水性單體在分散介質(zhì)中溶解性的差異，制備以疏水結(jié)構(gòu)為殼的核殼結(jié)構(gòu)微球。核殼自膠結(jié)納米微球溶脹速度較快，微球之間可以相互粘連，形成較大的高分子線團(tuán)聚集體，具有更好的封堵調(diào)剖作用。

1.2.2 注入性評(píng)價(jià)

納米聚合物微球的初始粒徑和膨脹后尺寸大小必須與油藏的孔隙半徑中值相匹配。某型聚合物微球粒徑初始尺寸約為100 nm，而SNW油田多孔介質(zhì)的孔隙半徑中值在5 μm以上，因此，聚合物微球易注入到地層深部。吸水膨脹20 d后，微球粒徑達(dá)數(shù)微米至幾十微米，大于儲(chǔ)層孔隙半徑中值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高滲透條帶的封堵，說(shuō)明聚合物微球分子與油田的孔隙半徑中值間具有很好的匹配關(guān)系。

1.2.3 封堵性評(píng)價(jià)

王濤和劉承杰針對(duì)納米微球的封堵性有一定的研究，但與渤海灣疏松砂巖有所區(qū)別[8－9]。

實(shí)驗(yàn)條件:用油田采出砂制作長(zhǎng)度為1 m，直徑為2.5 cm，滲透率為3 μm2的填砂管;聚合物微球采用“Ⅲ”型，濃度為1500 mg/L，水化1 d;注入0.3倍孔隙體積;室溫;從注入口到排出口，沿填砂管軸向等間距設(shè)置4個(gè)測(cè)壓點(diǎn)(1～4號(hào)測(cè)壓點(diǎn))。

實(shí)驗(yàn)原理:在人造均質(zhì)物理模型中間部位設(shè)置測(cè)壓孔，從模型一端注入調(diào)驅(qū)劑溶液，測(cè)量模型入口壓力和中間壓力，利用模型各測(cè)壓點(diǎn)壓力及其變化來(lái)評(píng)價(jià)調(diào)驅(qū)體系在多孔介質(zhì)內(nèi)的封堵、運(yùn)移能力。

圖3 測(cè)壓點(diǎn)壓力值隨時(shí)間變化趨勢(shì)

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后先注水，在195 min時(shí)注入納米微球，340 min時(shí)注水。聚合物微球溶液在模型中流動(dòng)時(shí)各個(gè)測(cè)壓點(diǎn)壓力隨時(shí)間變化關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，隨著聚合物微球調(diào)驅(qū)劑的注入，各測(cè)壓點(diǎn)的壓力逐漸升高，模型前端1、2、3號(hào)測(cè)壓點(diǎn)壓力升幅較大，模型后端4號(hào)測(cè)壓點(diǎn)的壓力升幅較小;后續(xù)水驅(qū)階段，1、2號(hào)測(cè)壓點(diǎn)壓力持續(xù)升高并最終達(dá)到穩(wěn)定，3號(hào)測(cè)壓點(diǎn)的壓力也有較大升幅，而4號(hào)測(cè)壓點(diǎn)的壓力也有小幅波動(dòng)。水驅(qū)后期4條壓力曲線都出現(xiàn)了水平段，表明聚合物微球可以與滲透率為3 μm2的巖心相匹配，在巖心內(nèi)流動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生堵塞，且具有較高的殘余阻力系數(shù)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。后續(xù)水驅(qū)階段各測(cè)壓點(diǎn)的壓力處于波動(dòng)狀態(tài)，也反映出聚合物微球在多孔介質(zhì)中的“堵塞—運(yùn)移—再堵塞”過(guò)程。

綜合以上填砂模型流動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和SNW油田滲透率資料，反映出聚合物微球具有良好的運(yùn)移能力，能夠進(jìn)入到地層深部，同時(shí)在多孔介質(zhì)中運(yùn)移過(guò)程中，產(chǎn)生較強(qiáng)的封堵能力。

2 礦場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)井組的篩選

在選取實(shí)驗(yàn)井組時(shí)，主要考慮納米微球調(diào)驅(qū)在復(fù)雜河流相稠油油田的適應(yīng)性，從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面考慮。靜態(tài)特征包括:主力砂體的儲(chǔ)層分布、連通性、油層厚度、孔隙度、滲透率、非均質(zhì)程度、流體性質(zhì)以及井網(wǎng)完善程度。動(dòng)態(tài)特征包括:注采井組的注采比、采油速度、注入水突破情況、受邊底水影響大小、儲(chǔ)量采出程度和井組含水率等。利用式(1)可以計(jì)算出注水井的壓力指數(shù)PI，其值越低表明越需要調(diào)驅(qū)。采用“壓力指數(shù)PI”深部調(diào)驅(qū)決策技術(shù)，在SNW油田選定4個(gè)井組實(shí)施了聚合物微球調(diào)驅(qū)的礦場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)[10－13]。壓力指數(shù)計(jì)算公式為:

式中:q為注水井日注水量，m3·d－1;μ為流體動(dòng)力黏度，mPa·s;K為地層滲透率，μm2;h為地層厚度，m;t為關(guān)井測(cè)試時(shí)間，s;re為注水井控制半徑，m;φ 為孔隙度，%;c為綜合壓縮系數(shù)，Pa－1。

按區(qū)塊平均PI值和注水井的PI值選定。通常是低于區(qū)塊平均PI值的注水井為調(diào)剖井，高于區(qū)塊平均PI值的注水井為增注井，在區(qū)塊平均PI值附近，略高或略低于平均PI值的注水井為不處理井。

2.2 調(diào)驅(qū)劑用量設(shè)計(jì)和海上平臺(tái)設(shè)備

根據(jù)調(diào)驅(qū)井組的油藏地質(zhì)實(shí)際情況，進(jìn)行了微球類型、濃度、段塞大小及段塞組合方式配方優(yōu)化工作。納米微球用量計(jì)算公式為:

式中:ΔPI為調(diào)驅(qū)后注水井PI值的預(yù)定提高值，MPa;β 為用量系數(shù)，m3·MPa－1·m－1。

用量系數(shù)由礦場(chǎng)試注得到:

式中:W為試注的調(diào)驅(qū)劑用量，m3;ΔPI'為試注調(diào)驅(qū)劑前后PI值變化，MPa。

由于海上平臺(tái)操作空間狹小，注調(diào)驅(qū)劑設(shè)備要求體積小、工作效率高，從而滿足海上油田高速開(kāi)發(fā)的需要。

2.3 實(shí)施效果

2.3.1 控水增油效果分析

SNW油田4個(gè)井組實(shí)施納米微球調(diào)驅(qū)后，注水井壓力升高，井組日產(chǎn)油增加，含水率降低，說(shuō)明調(diào)驅(qū)在該井組取得了良好效果(表1)。

表1 4個(gè)實(shí)驗(yàn)井組實(shí)施納米微球調(diào)驅(qū)的效果

壓降曲線是判斷調(diào)驅(qū)效果的重要手段之一。以C5井組為例，圖4為C5井調(diào)驅(qū)前后的關(guān)井壓降曲線。從圖4中可以看出，調(diào)驅(qū)前后(調(diào)驅(qū)施工時(shí)間為2010年10月至2011年1月)的壓降曲線有了明顯變化:調(diào)驅(qū)前壓降曲線很陡，說(shuō)明井筒附近存在大孔道及高滲條帶，調(diào)驅(qū)后的壓降曲線明顯變緩，調(diào)驅(qū)施工歷時(shí)近4個(gè)月，壓降曲線一直在變緩，表明高滲條帶得到有效封堵。2011年3月測(cè)試的壓降曲線表明，在完成微球注入后，調(diào)驅(qū)效果仍保持較好。

圖4 注水井C5井調(diào)驅(qū)前后的關(guān)井壓降曲線

由壓降曲線計(jì)算出C5井的壓力指數(shù)PI和充滿度FD值(表2)。從表2可以看出，調(diào)驅(qū)后壓力指數(shù)和充滿度大幅升高，說(shuō)明調(diào)驅(qū)有效改善了油層縱向和平面上的水驅(qū)狀況，提高了注入水的利用率。

表2 C5井的壓力指數(shù)PI和充滿度FD值的變化情況

2.3.2 投入產(chǎn)出分析

實(shí)施調(diào)驅(qū)的井組均見(jiàn)到了控水增油效果，4個(gè)井組累計(jì)增油為3.8×104m3，減少FPSO水處理量11.3 ×104m3，噸微球增油量約為 80 ～120 m3/t，投入產(chǎn)出比為1∶4～1∶6，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。從油田自然遞減方面來(lái)看，調(diào)驅(qū)措施使得區(qū)塊自然遞減率從7.0%下降到4.9%，在油田穩(wěn)產(chǎn)方面起到重要作用。同時(shí)，調(diào)驅(qū)井組在降水方面成效顯著，含水上升勢(shì)頭得到了有效控制，井組含水率平均下降了2.8個(gè)百分點(diǎn)。調(diào)驅(qū)效果持續(xù)時(shí)間普遍在6個(gè)月以上。目前該油田正準(zhǔn)備采取大規(guī)模的整體調(diào)驅(qū)，以增強(qiáng)效果。

3 結(jié)論

(1)納米微球調(diào)驅(qū)是一種新興的實(shí)用性深部調(diào)驅(qū)技術(shù)，目前礦場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例不多，具有廣闊的發(fā)展前景。

(2)室內(nèi)評(píng)價(jià)表明，納米微球具備“注得進(jìn)、堵得住、移得動(dòng)”的特性，具有良好的運(yùn)移能力，能夠進(jìn)入到地層深部，產(chǎn)生較強(qiáng)的封堵能力。

(3)應(yīng)用納米微球?qū)NW油田4個(gè)井組進(jìn)行礦場(chǎng)調(diào)驅(qū)試驗(yàn)效果表明，納米微球調(diào)驅(qū)技術(shù)能夠適應(yīng)SNW油田的油藏地質(zhì)特點(diǎn)，在控水穩(wěn)油方面發(fā)揮了重要作用。

(4)礦場(chǎng)試驗(yàn)的成功說(shuō)明，微球制備、PI決策選井、調(diào)驅(qū)劑用量設(shè)計(jì)、海上平臺(tái)注入設(shè)備等配套技術(shù)的研究成果是科學(xué)有效的，值得推廣。

[1]趙玉武，王國(guó)鋒.納微米級(jí)聚合物調(diào)驅(qū)技術(shù)優(yōu)選及應(yīng)用[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，33(6):77－80.

[2]孫煥泉，王濤，肖建洪.新型聚合物微球逐級(jí)深部調(diào)剖技術(shù)[J].油氣地質(zhì)與采收率，2006，13(4):77－79.

[3]竇讓林.大孔道識(shí)別方法及聚合物微球調(diào)驅(qū)在文中油田的應(yīng)用[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，26(4):50－51.

[4]宋岱鋒，賈艷平，等.孤島油田聚驅(qū)后聚合物微球調(diào)驅(qū)提高采收率研究[J].油田化學(xué)，2008，25(2):165－168.

[5]陳福明，李穎，等.大慶油田聚合物驅(qū)深度調(diào)剖技術(shù)綜述[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2004，23(5):97－99.

[6]王代流，肖建洪.交聯(lián)聚合物微球深部調(diào)驅(qū)技術(shù)及其應(yīng)用[J].油氣地質(zhì)與采收率，2008，15(2):86－88.

[7]雷光倫，鄭家朋.孔喉尺度聚合物微球的合成及全程調(diào)剖驅(qū)油新技術(shù)研究[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，31(1):87－89.

[8]王濤，肖建洪.聚合物微球的粒徑影響因素及封堵特性[J].油氣地質(zhì)與采收率，2006，13(4):80－82.

[9]劉承杰，安俞蓉.聚合物微球深部調(diào)剖技術(shù)研究及礦場(chǎng)實(shí)踐[J].鉆采工藝，2010，33(5):62－63.

[10]殷艷玲，張貴才.化學(xué)堵水調(diào)剖劑綜述[J].油氣地質(zhì)與采收率，2003，10(6):64 －66.

[11]趙福麟，戴彩麗，王業(yè)飛，等.海上油田提高采收率的控水技術(shù)[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，30(2):53－55.

[12]劉英才，彭蘇萍，等.邊水驅(qū)油藏調(diào)剖技術(shù)[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2003，27(3):61－63.

[13]武海燕，羅憲波，張廷山，等.深部調(diào)剖劑研究新進(jìn)展[J].特種油氣藏，2005，12(3):1－3.