劉文輝

（中海油田服務(wù)股份有限公司研發(fā)應(yīng)用部，天津300450）

改善油田水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的主要技術(shù)手段是擴(kuò)大波及體積，礦場(chǎng)常用的擴(kuò)大波及體積技術(shù)包括聚合物驅(qū)、多元復(fù)合驅(qū)和弱凝膠調(diào)驅(qū)等［1-3］。近年來(lái)，隨著油價(jià)走低、高溫高鹽油藏開(kāi)發(fā)規(guī)模擴(kuò)大及綠色環(huán)保開(kāi)發(fā)油田的需要，環(huán)保型、低成本和耐溫耐鹽型調(diào)剖劑的需求日益增加，而現(xiàn)有聚合物凝膠和有機(jī)顆粒等調(diào)剖劑其耐溫和抗鹽性都無(wú)法滿足此要求［4-8］。

在高鹽油藏高滲透儲(chǔ)層內(nèi)富含二價(jià)金屬陽(yáng)離子的地層水，通過(guò)向儲(chǔ)層注入引發(fā)劑，二者在巖石孔隙內(nèi)相遇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成無(wú)機(jī)沉淀，造成孔隙過(guò)流斷面減小，滲流阻力增加，最終促使后續(xù)液流轉(zhuǎn)向進(jìn)入中低滲透層。在環(huán)境友好的前提下，達(dá)到擴(kuò)大波及體積和提高采收率的目的。本源無(wú)機(jī)凝膠調(diào)剖技術(shù)（簡(jiǎn)稱“OMGL”）在中國(guó)塔里木輪南、柴達(dá)木躍進(jìn)、大港和中原等油田做了礦場(chǎng)試驗(yàn)，取得較好增油降水效果［9-12］。對(duì)于低礦化度油藏，因地層水內(nèi)二價(jià)金屬陽(yáng)離子含量不高，所以需要人工補(bǔ)充，但這方面研究工作報(bào)道不多。針對(duì)海上油田深部調(diào)剖技術(shù)需求，本文擬以渤海油藏為模擬對(duì)象，開(kāi)展無(wú)機(jī)沉淀體系性能特點(diǎn)及其調(diào)驅(qū)能力實(shí)驗(yàn)研究，以期為無(wú)機(jī)沉淀調(diào)驅(qū)實(shí)驗(yàn)研究及礦場(chǎng)試驗(yàn)提供參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)條件

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

層內(nèi)沉淀生成藥劑包括主劑Na2SiO3和助劑無(wú)水CaCl2，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

實(shí)驗(yàn)用水為渤海油田S區(qū)塊、L區(qū)塊、D區(qū)塊模擬注入水和模擬海水，分別用“水型Ⅰ”、“水型Ⅱ”、“水型Ⅲ”和“水型Ⅳ”表示，其離子組成分析如表1所示。

表1 溶劑水離子主要化學(xué)組成 mg/L

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)用巖心為石英砂環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)人造巖心［8-9］，其中封堵效果實(shí)驗(yàn)用均質(zhì)巖心滲透率Kg分別為 0.5、1、3、6、10 μm2； 寬×高×長(zhǎng)=4.5 cm×4.5 cm×60 cm。調(diào)剖增油效果及其影響因素實(shí)驗(yàn)用巖心為非均質(zhì)巖心，包括高、中、低3個(gè)滲透層，其滲透率Kg分別為 6、2、0.3 μm2；寬×高×長(zhǎng)=4.5 cm×4.5 cm×60 cm。

層內(nèi)沉淀調(diào)驅(qū)劑巖心封堵效果實(shí)驗(yàn)裝置包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等?？梢暬⒂^模型是由2塊有機(jī)玻璃板黏合而成，其實(shí)物照片見(jiàn)圖1。模型包括兩個(gè)注入端和一個(gè)采出端，其中溝槽寬度分別為1mm（采出端）和0.5mm（注入端）。

圖1 可視化微觀模型實(shí)物照片

2 結(jié)果分析

2.1 沉淀調(diào)驅(qū)劑性能試驗(yàn)結(jié)果

硅酸鈉母液和水型Ⅰ混合后可形成整體或分散凝膠。針對(duì)0.015～0.5 mol/L的硅酸鈉母液+水型Ⅰ體系（65℃），凝膠為白色絮狀形態(tài)或白色半透明液體，密度與水接近，以整體或微粒形式分散懸浮于水中，如圖2所示。

圖2 層內(nèi)沉淀調(diào)驅(qū)劑外觀

圖3為主劑與助劑溶液混合后生成物微觀結(jié)構(gòu)照片（350倍）。從圖3可以看出，主劑與助劑混合初期即可形成絮狀物，之后生成物開(kāi)始擴(kuò)散，30 min后擴(kuò)散基本停止。該絮狀物可吸附于巖石骨架表面形成涂層，導(dǎo)致孔隙過(guò)流斷面減小幅度較大，進(jìn)而增大流動(dòng)阻力。當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度升至90℃時(shí)，成膠黏度、強(qiáng)度和成膠時(shí)間隨溫度升高時(shí)的變化不大，仍符合圖2和圖3所示的趨勢(shì)。因此，該體系黏度對(duì)溫度變化不敏感，耐溫性較好，可用于高鹽高溫油藏。

圖3 不同時(shí)間下生成物的微觀形態(tài)照片

2.2 層內(nèi)沉淀物封堵效果及其影響因素

2.2.1 巖心滲透率的影響

在實(shí)驗(yàn)用水“水型Ⅰ”和硅酸鈉溶液濃度為0.02 mol/L條件下，巖心滲透率對(duì)封堵效果影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出，隨巖心滲透率增加，封堵率增大，封堵效果顯著提升。由此可見(jiàn)，層內(nèi)沉淀物調(diào)剖技術(shù)尤其適合于存在特高滲透條帶儲(chǔ)層的液流轉(zhuǎn)向作業(yè)。

表2 巖心滲透率對(duì)封堵效果影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 主劑濃度的影響

在實(shí)驗(yàn)用水“水型Ⅰ”和巖心滲透率Kg=3 μm2條件下，考察了硅酸鈉溶液濃度對(duì)封堵效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出，在巖心滲透率基本相同的條件下，隨硅酸鈉溶液濃度增加，封堵率增大，封堵效果顯著提升。當(dāng)藥劑濃度大于0.03mol/L時(shí)，封堵率增幅減小。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，推薦主劑濃度范圍為0.02～0.03 mol/L。

表3 硅酸鈉溶液濃度對(duì)封堵效果影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.3 儲(chǔ)層溫度的影響

在實(shí)驗(yàn)用水“水型Ⅰ”和層內(nèi)沉淀藥劑濃度為0.03 mol/L的條件下，考察了儲(chǔ)層溫度對(duì)封堵效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可以看出，隨著地層溫度升高，層內(nèi)沉淀物對(duì)儲(chǔ)層的封堵率變化不大。由此可見(jiàn)，層內(nèi)沉淀調(diào)剖技術(shù)可應(yīng)用于較高溫度的油藏。

表4 儲(chǔ)層溫度對(duì)封堵效果影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.4 地層水礦化度的影響

在層內(nèi)沉淀藥劑濃度為0.03 mol/L條件下，考察了注入水礦化度對(duì)封堵效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可見(jiàn)，對(duì)于水型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，地層水中鈣鎂離子含量接近，層內(nèi)沉淀體系的封堵率相差不大。水型Ⅳ中的鈣鎂離子含量遠(yuǎn)高于另外3種水型，且封堵率提升明顯。因此，富含二價(jià)離子的地層水有利于增加沉淀物生成量，進(jìn)而提高對(duì)地層的封堵率。

表5 注入水礦化度對(duì)封堵效果影響結(jié)果

2.3 層內(nèi)沉淀調(diào)驅(qū)劑提高采收率效果及其影響因素

2.3.1 主劑濃度的影響

表6為主劑和助劑濃度對(duì)調(diào)剖增油降水效果的影響。從表6可以看出，在層內(nèi)沉淀調(diào)驅(qū)劑段塞尺寸相同條件下，隨著主劑濃度增加，孔隙內(nèi)生成沉淀物量增多，滲流阻力增加，注入壓力增大，擴(kuò)大波及體積效果提高，采收率增加。

表6 濃度對(duì)調(diào)剖增油降水效果影響數(shù)據(jù)

圖4 注入壓力、含水率和采收率與PV數(shù)的關(guān)系

圖4為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注入壓力、含水率和采收率與注入PV數(shù)的關(guān)系。從圖4可以看出，在水驅(qū)階段，隨著注入PV數(shù)增加，注入壓力減小，含水率快速升高，采收率增加。在主劑和注入水交替注入階段，隨交替注入次數(shù)即PV數(shù)的增加，沉淀生成量增大，注入壓力增大、中低滲透層吸液壓差增加和波及體積增大，最終引起含水率下降和采收率增加。進(jìn)一步觀察和分析可知，當(dāng)藥劑濃度達(dá)到0.04 mol/L時(shí)，注入壓力急劇增大，含水率降幅和采收率增幅減小。因此，推薦主劑濃度為0.02～0.03 mol/L。

2.3.2 藥劑注入時(shí)機(jī)的影響

在主劑濃度為0.03 mol/L的條件下，考察了層內(nèi)沉淀調(diào)驅(qū)劑注入時(shí)機(jī)對(duì)增油降水效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表7。從表7可以看出，層內(nèi)沉淀調(diào)驅(qū)劑注入時(shí)機(jī)愈早，儲(chǔ)層含油飽和度愈高，驅(qū)替滲流阻力愈大。因此，調(diào)剖時(shí)機(jī)越早，巖心總體注入壓力越高，中低滲透層吸液壓差增幅越大，吸液量越多，擴(kuò)大波及體積效果越好，采收率增幅越大。

表7 注入時(shí)機(jī)對(duì)增油降水效果影響測(cè)試結(jié)果

圖5為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注入壓力、含水率和采收率與注入PV數(shù)的關(guān)系。從圖5可見(jiàn)，層內(nèi)沉淀調(diào)驅(qū)劑注入時(shí)機(jī)越早，高滲透層剩余油飽和度越高，油相滲透率越大，滲流阻力越大，總體注入壓力越高，中低滲透層吸液壓差增幅越大，吸液量越多，水驅(qū)動(dòng)用程度愈好，含水率降幅越大，采收率增幅越大。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，盡管調(diào)剖時(shí)機(jī)對(duì)含水率降幅和采收率增幅以及前期和中期注入壓力存在影響，但不同調(diào)剖時(shí)機(jī)最終注入壓力卻基本相同，表明調(diào)剖時(shí)機(jī)不會(huì)對(duì)沉淀物形成量造成影響。從井口注水設(shè)備耐壓能力和油田開(kāi)發(fā)投資回收期等角度考慮，調(diào)剖時(shí)機(jī)又不宜過(guò)早，建議含水率為85%～95%時(shí)比較適宜。

圖5 注入壓力、含水率和采收率與PV數(shù)的關(guān)系

2.4 沉淀物生成和封堵機(jī)理可視化實(shí)驗(yàn)研究

圖6為微觀模型初始狀態(tài)和成垢劑化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和生成物。

圖6 沉淀物沉淀過(guò)程和封堵機(jī)理

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)表明，隨著巖心滲透率增加，封堵率增大，封堵效果提升。隨著溶劑水中鈣鎂離子濃度增加，沉淀物生成量增加，封堵效果提升提高。

隨層內(nèi)沉淀調(diào)驅(qū)劑濃度增加，沉淀物生成量增多，巖心孔隙滲流阻力增大，封堵和調(diào)剖效果提升。當(dāng)藥劑濃度大于0.03 mol/L后，封堵率和采收率增幅逐漸降低，藥劑費(fèi)用增加。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，藥劑合理濃度范圍應(yīng)控制在0.02～0.03 mol/L。

調(diào)剖時(shí)機(jī)越早，巖心總體注入壓力越大，中低滲透層吸液壓差增幅越大，吸液量越多，擴(kuò)大波及體積效果越好，采收率增幅越大。但從井口注水設(shè)備耐壓能力和油田開(kāi)發(fā)投資回收期等角度考慮，調(diào)剖時(shí)機(jī)又不宜過(guò)早，建議在含水率為85%～95%時(shí)比較適宜。