孟祥海，張云寶，，王 楠，盧祥國，曹偉佳，田中原

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司研究院，天津 300450；2.提高油氣采收率教育部重點實驗室（東北石油大學(xué)），黑龍江大慶 163318；3.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

由于海上油田鉆井和開采費用較高，開發(fā)井網(wǎng)不僅注采井距較大，而且一套井網(wǎng)開發(fā)多個層系，加之存在儲層平均滲透率高、厚度大、非均質(zhì)性嚴重和巖石膠結(jié)強度低等不利因素，稠油油藏水驅(qū)開發(fā)效果較差［1-4］。近年來，隨著調(diào)驅(qū)輪次增加，調(diào)驅(qū)效果逐漸變差，亟待開發(fā)大幅提高采收率技術(shù)。通過分析渤海稠油油藏地質(zhì)特征和礦場生產(chǎn)測試資料發(fā)現(xiàn)，目前制約稠油油藏開發(fā)效果的主要因素仍然是如何進一步擴大波及體積和提高洗油效率，其中擴大波及體積需要從宏觀和微觀兩個方面著手。在擴大宏觀波及體積技術(shù)方面，目前比較成熟的凝膠類調(diào)剖劑主要包括淀粉-丙烯腈凝膠、復(fù)合離子聚合物凝膠、酚醛樹脂聚合物凝膠和Cr3+聚合物凝膠等［5-9］，其特點是藥劑濃度高、凝膠強度大和成膠速度快。由于渤海稠油油藏具有儲層厚度大、非均質(zhì)性強和注采井距大等特點，尤其是中低滲透層內(nèi)部同樣存在比較嚴重的非均質(zhì)性，亟待從微觀方面進一步擴大波及體積。微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑具有“粒徑分布窄、堵大不堵小”的封堵能力和“運移、捕集、再運移、再捕集……”的滲流特性。目前它在擴大微觀波及體積方面的作用效果逐漸被實踐所證實，已經(jīng)成為提高水驅(qū)開發(fā)效果的重要技術(shù)措施［10-11］。為了改善渤海水驅(qū)稠油油田平面及微觀非均質(zhì)性，本文開展了微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑油藏適應(yīng)性及液流轉(zhuǎn)向效果評價，這對目標油藏相關(guān)技術(shù)決策具有重要參考價值。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑包括聚合物微球（HYHK）和凍膠分散體（1數(shù)4#），有效含量100%，中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院提供。HYHK為由反相乳液聚合反應(yīng)得到的W/O型乳液，其中以丙烯酰胺和交聯(lián)單體的水溶液為水相，以白油為油相。凍膠分散體為聚合物凍膠與水按照一定比例混合，置于高速剪切機中剪切，通過調(diào)整轉(zhuǎn)子型號和剪切速度，形成不同粒徑范圍的分散體。按照粒徑大小編號為1數(shù)4#，1#：粒徑中值（D50）=1數(shù)5 μm，2#：D50=5數(shù)10 μm，3#：D50=80數(shù)90 μm，4#：D50=100數(shù)120 μm。實驗用水為渤海LD5-2 油田模擬注入水，礦化度8259.5 mg/L，離子組成（單位mg/L）為：K++Na+2169.8、Ca2+816.6、Mg2+94.2、Cl-4848.8、SO42-156.1、HCO3-173.9。實驗巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心［12-13］，包括柱狀巖心和三管并聯(lián)巖心。（1）柱狀巖心，外觀尺寸為：φ2.5×10 cm，氣測滲透率（Kg）=300×10-3、500×10-3、1000×10-3、1600×10-3、6400×10-3μm2；（2）三管并聯(lián)巖心由3種滲透率人造均質(zhì)巖心并聯(lián)而成，單塊巖心外觀尺寸為：高×寬×長=4.5 cm×4.5 cm×30 cm，Kg分別為1600×10-3、6400×10-3、11200×10-3μm2。

BDS400倒置生物顯微鏡，奧特光學(xué)儀器公司；轉(zhuǎn)向劑顆粒滲流特性和分流率測試儀器設(shè)備主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等，除平流泵和手搖泵外，其他部分置于溫度為55℃的恒溫箱內(nèi)。

1.2 實驗方法

（1）滲流特性

柱狀巖心抽空飽和模擬注入水，注模擬注入水，記錄水驅(qū)壓力Δp1（與大氣壓之間的壓差）；柱狀巖心注微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑4數(shù)5 PV，記錄化學(xué)驅(qū)壓力Δp2；微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑在柱狀巖心內(nèi)緩膨7 d 后注模擬注入水4數(shù)5 PV，記錄后續(xù)水驅(qū)壓力Δp3；計算阻力系數(shù)Fr和殘余阻力系數(shù)Frr，其中Fr=Δp2/Δp1，F(xiàn)rr=Δp3/Δp1。實驗過程中的注入速度為0.3 mL/min，壓力記錄間隔為30 min。

（2）分流率的測定

將3塊滲透率不同的均質(zhì)巖心抽空飽和模擬注入水，采取“合注分采”方式注模擬注入水，記錄水驅(qū)壓力Δp1和采出端高中低滲透層采出液量（Q1高、Q1中和Q1低），按λ1高=Q1高/（Q1高+Q1中+Q1低）計算初始分流率λ1；采取“合注分采”方式向3 塊滲透率不同的均質(zhì)巖心注入1 PV微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑，記錄化學(xué)驅(qū)注入壓力Δp2和采出端高中低滲透層采出液量（Q2高、Q2中和Q2低），按λ2高=Q2高/（Q2高+Q2中+Q2低）計算化學(xué)驅(qū)階段各層分流率λ2；微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑在巖心內(nèi)緩膨7 d后注后續(xù)水至注入壓力穩(wěn)定，記錄后續(xù)水驅(qū)壓力Δp3和采出端高中低滲透層采出液量（Q3高、Q3中和Q3低），按λ3高=Q3高/（Q3高+Q3中+Q3低）計算化學(xué)驅(qū)階段各層分流率λ3。根據(jù)不同注入階段壓力值，計算微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑封堵率η，η=（Δp3-Δp1）/Δp3。實驗過程中的注入速度為0.9 mL/min，壓力記錄間隔為30 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑的水化膨脹性

2.1.1 聚合物微球

用模擬注入水配制聚合物微球（cp=3000、4000、5000 mg/L）溶液，采用倒置生物顯微鏡測試初始粒徑，之后置于55℃保溫箱中，每隔一定時間后取出少量樣品，用顯微鏡觀測顆粒外觀形態(tài)和粒徑分布。3000 mg/L聚合物微球溶液配制初期的顯微鏡照片見圖1，3種濃度微球溶液的粒徑測試結(jié)果見表1。聚合物微球初始粒徑中值為8.7數(shù)9.2 μm。隨水化時間增加，聚合物微球顆粒粒徑增大，膨脹倍數(shù)增加。初期膨脹倍數(shù)增幅較大，之后膨脹速度減緩，168 h左右水化膨脹速度明顯降低，最大膨脹倍數(shù)2.5數(shù)3.0。聚合物微球水化膨脹過程中存在聚并現(xiàn)象，水化一定時間后的形態(tài)為體型結(jié)構(gòu)，聚集性較好，透光性較差。另外，低濃度時聚合物微球膨脹倍數(shù)與高濃度時的值差別不大，說明聚合物微球濃度對膨脹倍數(shù)的影響較小。聚合物微球水化時間達到45 d 時，顆粒粒徑仍然保持較高值，說明聚合物微球的穩(wěn)定性較好。

圖1 聚合物微球溶液配制初期的顯微鏡照片

表1 不同濃度聚合物微球溶液在55℃下放置不同時間的微球粒徑和膨脹倍數(shù)

圖2 聚合物微球膨脹前后的粒徑分布曲線

采用倒置生物顯微鏡測試聚合物微球膨脹前后的粒徑分布曲線，結(jié)果見圖2。聚合物微球膨脹前的初始粒徑中值為8數(shù)9 μm，在55℃下膨脹240 h的粒徑中值為33數(shù)34 μm。與聚合物溶液中聚合物分子聚集體粒徑分布相比［14］，微球顆粒粒徑分布較窄。

2.1.2 凍膠分散體

采用模擬注入水配制100 g/L 1數(shù)4#凍膠分散體溶液。1#和2#凍膠分散體初始粒徑較小，形態(tài)均一，3#和4#凍膠分散體初始粒徑較大，呈不規(guī)則片狀。在55℃下，隨水化時間增加，凍膠分散體水化膨脹現(xiàn)象不明顯（見圖3），但透光性較好。與其他凍膠分散體相比，3#凍膠分散體尺寸適中，分散性較好。

圖3 3#凍膠分散體溶液在55℃下放置10 d的顯微鏡照片

2.2 微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑滲流特性

2.2.1 聚合物微球

在巖心滲透率不同的條件下，3000 mg/L 聚合物微球溶液（55℃下的黏度2.6 mPa·s）的Fr和Frr見表2，注入過程的動態(tài)特征曲線見圖4。隨巖心滲透率增加，巖心孔喉尺寸增大，聚合物微球注入性趨好，注入壓力下降，F(xiàn)r和Frr降低。與常規(guī)聚合物類調(diào)驅(qū)劑不同，聚合物微球在巖心內(nèi)緩膨7 d后，后續(xù)水驅(qū)階段注入壓力均呈上升趨勢，并且?guī)r心滲透率越低，壓力增幅越大。由此可見，聚合物微球具有良好的水化膨脹性。

表2 3000 mg/L聚合物微球溶液的Fr和Frr

圖4 注入聚合物微球過程中壓力與注入量的關(guān)系

2.2.2 凍膠分散體

在巖心滲透率不同的條件下，3000 mg/L 的1#（55℃下的黏度2.2 mPa·s）和3#（55℃下的黏度2.5 mPa·s）凍膠分散體的Fr和Frr見表3，注入過程的動態(tài)特征曲線見圖5。隨巖心滲透率增加，巖心孔喉尺寸增大，凍膠分散體注入性變好，注入壓力下降，F(xiàn)r和Frr降低。與常規(guī)聚合物類調(diào)驅(qū)劑不同，凍膠分散體緩膨7 d 后，后續(xù)水驅(qū)階段注入壓力基本穩(wěn)定或略有下降，說明凍膠分散體有一定的水化膨脹性。與1#凍膠分散體相比，3#凍膠分散體尺寸較大，等濃度條件下在多孔介質(zhì)中的滯留能力較強，滲流阻力較大，F(xiàn)r和Frr較高。

表3 1#和3#凍膠分散體的Fr和Frr

圖5 注入凍膠分散體過程中壓力與注入量的關(guān)系

在凍膠分散體濃度不同的條件下，1#和3#凍膠分散體的Fr和Frr見表4，注入過程的動態(tài)特征曲線見圖6。無論是1#還是3#凍膠分散體，隨質(zhì)量濃度增加，凍膠分散體在多孔介質(zhì)運移過程中的滯留能力增強，滲流阻力增大，F(xiàn)r和Frr增大。由圖6 可見，盡管凍膠分散體濃度從3 g/L增至20 g/L，濃度提高了近6倍，但壓力增幅不到1倍，并且后續(xù)水驅(qū)階段注入壓力仍比較穩(wěn)定。當分散體質(zhì)量分數(shù)增至50 g/L時，注入壓力和后續(xù)水驅(qū)壓力大幅度增加，但藥劑投入成本較高，從技術(shù)經(jīng)濟角度考慮，分散體加量不宜過高。與聚合物微球相比，凍膠分散體結(jié)構(gòu)比較松散，不僅吸水緩膨能力較差，滯留和液流轉(zhuǎn)向能力也較差。

表4 濃度對凍膠分散體Fr和Frr的影響

圖6 凍膠分散體加量對注入壓力與注入量關(guān)系的影響

2.3 微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑液流轉(zhuǎn)向效果

3000 mg/L 聚合物微球溶液（55℃下的黏度2.6 mPa·s）和3000 mg/L 的1#（55℃下的黏度2.2 mPa·s）凍膠分散體在非均質(zhì)巖心中的分流率和封堵率見表5，動態(tài)特征曲線見圖7。水驅(qū)結(jié)束時高滲透層分流率超過90%，低滲透層不吸液。注入聚合物微球和凍膠分散體后，各小層分流率發(fā)生了變化即吸液剖面得到調(diào)整，其中高滲透層分流率降至66.7%和70.4%，中滲透層增至22.5%和22.1%，低滲透層增至10.8%和7.5%。后續(xù)水驅(qū)結(jié)束時，兩類調(diào)驅(qū)劑的滯留能力和轉(zhuǎn)向效果差異更加明顯。與凍膠分散體相比，由于聚合物微球具有較強的水化膨脹性，后續(xù)水驅(qū)階段能維持較好的封堵作用，中滲透層仍維持較高的分流率。因此，選用聚合物微球作為渤海水驅(qū)稠油油田改善平面及微觀非均質(zhì)性調(diào)驅(qū)劑。進一步分析發(fā)現(xiàn)，盡管注入微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑取得了較好的液流轉(zhuǎn)向效果，但高滲透層封堵率低于25%，中低滲透層分流率尤其是低滲透層增幅僅為10.8%，表明顆粒類轉(zhuǎn)向劑滯留能力與高滲透層（如本實驗Kg約為11μm2）所需要值還存在差距。由此可見，對于平均滲透率高和非均質(zhì)性強的油藏，必須將宏觀和微觀液流轉(zhuǎn)向措施即強凝膠與微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑相結(jié)合，才能更好地擴大波及體積和提高采收率。

表5 微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑在非均質(zhì)巖心中的分流率和封堵率

圖7 微觀非均質(zhì)調(diào)驅(qū)劑在非均質(zhì)巖心中的分流率與注入量的關(guān)系

3 結(jié)論

聚合物微球材質(zhì)透光性較差，外觀形態(tài)呈球型。凍膠分散體材質(zhì)透光性較好，外觀呈不規(guī)則狀。聚合物微球初始粒徑中值為8.7數(shù)9.2 μm，微球顆粒與水接觸后會發(fā)生水化作用，顆粒吸水膨脹，最大膨脹倍數(shù)2.5數(shù)3.0。

聚合物微球和凍膠分散體均具有較強的注入能力和較弱的液流轉(zhuǎn)向能力，僅適用于中低滲透層內(nèi)部微觀液流轉(zhuǎn)向。與聚合物微球相比，凍膠分散體不僅吸水緩膨能力較差，滯留和液流轉(zhuǎn)向能力也較差。選用聚合物微球作為渤海水驅(qū)稠油油田改善平面及微觀非均質(zhì)性調(diào)驅(qū)劑。

對于平均滲透率高和非均質(zhì)性強的油藏，必須將宏觀和微觀液流轉(zhuǎn)向措施即強凝膠與顆粒類相結(jié)合，才能更好地擴大波及體積和提高采收率。