王珂

中國(guó)石化西北油田分公司采油一廠 新疆 烏魯木齊 830011

儲(chǔ)層非均質(zhì)性是碎屑巖油藏的基本特性。在水驅(qū)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性和油水流度比差異，注入水會(huì)優(yōu)先進(jìn)入高滲透層，造成其含油飽和度減小、水相滲透率增加，注入水滲流阻力減小，這將進(jìn)一步增加高滲透層吸水量和采出程度，最終造成注入水在高滲透層中低效或無(wú)效循環(huán)，進(jìn)而降低了中低滲透層波及程度，影響油藏水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果[1-2]。

為改善碎屑巖油藏注水開(kāi)發(fā)效果，各油田主要應(yīng)用了無(wú)機(jī)顆粒調(diào)剖、凍膠堵水等技術(shù)。無(wú)機(jī)顆粒堵劑粒徑與孔喉直徑的匹配關(guān)系對(duì)堵水效果影響非常關(guān)鍵，但儲(chǔ)層的微觀非均質(zhì)性很難定量描述，室內(nèi)研究與現(xiàn)場(chǎng)差異較大。凍膠類封堵能力強(qiáng)，但由于成膠時(shí)間短、凍膠強(qiáng)度大等特點(diǎn)，無(wú)論是在工藝上還是在經(jīng)濟(jì)上都不允許大劑量處理，因此僅能封堵近井地帶，注入水很容易繞過(guò)近井封堵帶進(jìn)入高滲透帶的水流通道，封堵效果差[3-4]。聚合物微球不僅可以通過(guò)在孔喉處架橋封堵，還可以通過(guò)擠壓變形、破碎通過(guò)等機(jī)理實(shí)現(xiàn)在地層中的運(yùn)移、封堵、再運(yùn)移，是深部調(diào)驅(qū)的理想材料[5-7]。

1 微球調(diào)驅(qū)油藏選井分析

1.1 油藏篩選

調(diào)研已有實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)區(qū)的效果分析認(rèn)為，對(duì)于實(shí)施聚合物微球調(diào)驅(qū)需要在以下幾方面進(jìn)行篩選：①聚合物微球的粒徑和油藏孔隙裂縫孔喉的匹配；②試驗(yàn)井組的見(jiàn)水類型最好為孔隙裂縫型，不選持續(xù)高含水油井；③滲透率高、厚度大、滲透率變異系數(shù)大的目標(biāo)油層優(yōu)先；⑤注入質(zhì)量濃度和注入體積需要實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)；⑥油藏溫度、地層水礦化度對(duì)聚合物微球性能的影響需要實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。

1.2 儲(chǔ)層匹配

聚合物微球是顆粒型調(diào)驅(qū)劑，但不能簡(jiǎn)單套用無(wú)機(jī)顆粒封堵的架橋理論。聚合物微球由于具有一定的黏彈性，可在孔喉處發(fā)生擠壓變形，在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移通過(guò)方式不同于常規(guī)的無(wú)機(jī)顆粒，可以在油層巖石孔隙中封堵、變形、運(yùn)移。聚合物微球粒徑為孔喉直徑的0.6～1.5倍之間，注入性和封堵性能較好。

塔河油田A-2H區(qū)塊平均孔隙度20.3%，滲透率70.5×10-3μm2，計(jì)算孔喉直徑3.3μm。按照目標(biāo)區(qū)塊油層物性研發(fā)出初始粒徑為2μm，膨脹度為300%的聚合物微球，膨脹后粒徑最大粒徑為6μm，能夠達(dá)到聚合物微球注得進(jìn)和深部運(yùn)移封堵技術(shù)要求，見(jiàn)表1。

表1 不同注入工藝聚合物微球驅(qū)替試驗(yàn)壓力變化結(jié)果

2 聚合物微球注入?yún)?shù)優(yōu)化研究

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與方法

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x擇

按照目標(biāo)井組油層物性分別填制均質(zhì)巖心，開(kāi)展聚合物微球體系注入工藝參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析不同注入濃度下聚合物微球體系的采收率提高幅度，優(yōu)選出適用的聚合物微球注入?yún)?shù)。

（2）材料與試劑

①實(shí)驗(yàn)用方形均質(zhì)巖心，規(guī)格為300mm×45mm×45mm；

②實(shí)驗(yàn)用油為實(shí)驗(yàn)室配制模擬原油，110℃條件下黏度為0.9mPa·s；

③實(shí)驗(yàn)用水為塔河碎屑巖河道砂油藏模擬地層水，總礦化度為21×104mg/L；水型為CaCl2型，實(shí)驗(yàn)溫度為110℃。

④按照目標(biāo)井組物性特征匹配聚合物微球（粒徑2μm，膨脹倍數(shù)2～3倍）。

（3）儀器與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)儀器為高溫高壓驅(qū)替裝置。主要包括：恒溫箱，恒速恒壓泵，高壓中間容器，手動(dòng)計(jì)量泵，產(chǎn)液計(jì)量管，真空泵，壓力傳感器、巖心夾持器、巖心抽空加壓飽和裝置。

（4）實(shí)驗(yàn)步驟

①將巖心稱干重，抽真空6h后，飽和模擬地層水，稱濕重并計(jì)算孔隙度；

②將巖心置于巖心夾持器中，加環(huán)壓6MPa，并利用模擬地層水水測(cè)滲透率；

③飽和模擬原油至巖心出口端不出水為止，確定巖心的原始含油飽和度；

④以0.3mL/min的速度水驅(qū)至巖心出口端含水達(dá)到97%，計(jì)算水驅(qū)采收率；

⑤分別在不同注入濃度、注入速度和注入量條件下注入聚合物微球體系，后續(xù)水驅(qū)至巖心出口端含水98%以上，計(jì)算最終采收率，篩選出最佳工藝參數(shù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

（1）注入濃度優(yōu)選。固定聚合物微球注入量0.3PV，注入速度0.3mL/min，分別用模擬地層水配制不同濃度（2000mg/L、3000mg/L、4000mg/L）聚合物微球體系。通過(guò)對(duì)比各注入濃度下，調(diào)驅(qū)體系的采收率増加值，優(yōu)選出最佳聚合物微球注入濃度見(jiàn)圖1。

圖1 采收率增加值與微球注入濃度的關(guān)系

從圖1實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，提髙采收率幅度隨著體系中聚合物微球濃度增加逐漸變大后趨于平緩。在考慮提高采收率的效果及經(jīng)濟(jì)效益的前提下，綜合考慮聚合物微球體系的調(diào)驅(qū)性能和經(jīng)濟(jì)成本，優(yōu)選出聚合物微球的注入濃度為3000mg/L。

（2）注入量?jī)?yōu)化

固定聚合物微球的注入濃度3000mg/L，注入速度0.3mL/min，改變聚合物微球體系中的注入量，通過(guò)對(duì)比各注入量下調(diào)驅(qū)體系采收率增加值優(yōu)選出最佳體系注入量，見(jiàn)圖2。

圖2 采收率增加值與微球注入量的關(guān)系

從圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同注入濃度的條件下，隨著聚合物微球體系注入量的增加，采收率増加值隨之增大；注入量小于0.3PV時(shí)，曲線斜率大，采收率増加值隨著注入量的增加上升速度比較快，當(dāng)注入量大于0.3PV后，采收率増加值的上升幅度略有降低，但隨著聚合物微球體系注入量增加，采收率的増加值仍有提高，綜合考慮調(diào)驅(qū)的經(jīng)濟(jì)成本和調(diào)驅(qū)效果，選用0.3PV作為聚合物微球體系的最佳注入量。

（3）注入速度優(yōu)選

在聚合物微球調(diào)驅(qū)注入濃度和注入量?jī)?yōu)化實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了0.3mL/min、0.5mL/min、1.0mL/min、2.0mL/min 4種不同的注入速度，以0.3PV注入量為最佳注入量，注入濃度3000mg/L進(jìn)行驅(qū)油試驗(yàn)，研究不同注入速度對(duì)驅(qū)油效率的影響，確定最佳注入速度，見(jiàn)圖3。

圖3 不同注入速度與采收率增加值的關(guān)系

由圖3可以看出，隨著注入速度增大，采收率先呈下降趨勢(shì)然后呈緩慢上升增加趨勢(shì)。在0.3mL/min和0.5ml/min的注入速度時(shí)采收率增值分別是17.42%和15.73%，采收率有所下降，然而當(dāng)注入速度為1.0mL/min和2.0mLmin時(shí)，采收率增值分別為12.55%和12.73%，下降幅度較大。因此低速注入聚合物微球效果好。

3 注入方式研究

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)驅(qū)施工主要有兩種注入方式，在線注入和單井單注。分別使用不同滲透率的巖心開(kāi)展了驅(qū)替試驗(yàn)，分析兩種注入工藝條件下驅(qū)替壓力變化情況，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比可以看出不同注入工藝在不同滲透率巖芯注入壓力及后期水驅(qū)壓力的差異性，見(jiàn)表1。

由表1可知：在不同注入工藝下、無(wú)論采用在線或單注的方式，壓力均略高于水驅(qū)壓力，微球吸水膨脹后，后續(xù)水驅(qū)的注入時(shí)，注入壓力均高于前期水驅(qū)壓力，再次驗(yàn)證聚合物微球的膨脹性及封堵性。

通過(guò)表1中壓力值的變化可以看出在線工藝注入時(shí)微球注入階段壓力增加值大于單注工藝時(shí)的壓力增加值，而后續(xù)水驅(qū)時(shí)在線工藝注入的壓力上升值又小于單注工藝的上升值。分析認(rèn)為在線工藝注入時(shí)在聚合物母液與注入水混合不均導(dǎo)致濃度波動(dòng)，堵塞巖心部分孔道，而在后續(xù)水驅(qū)時(shí)聚合物微球在巖心中分布不均，聚合物微球未充分均勻分布于巖心中，巖心中仍有高滲透率孔隙存在，造成后續(xù)水驅(qū)時(shí)壓力上升值又小于單注工藝的壓力上升值。

4 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

依據(jù)上述研究成果，選取塔河油田A-2H井組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。井組儲(chǔ)層埋深4450m，地層水礦化度21×104mg/L，鈣鎂離子1.0×104mg/L，屬于超深、高溫、高鹽的碎屑巖油藏。井組一注一采，注采對(duì)應(yīng)較好，受地層非均質(zhì)影響，油井水竄嚴(yán)重，導(dǎo)致注水井時(shí)注時(shí)停，注采比只有0.5。

由表2可以看出井組平均孔隙度20.3%，滲透率70.5×10-3μm2，計(jì)算孔喉直徑2.32～5.04μm。選用粒徑2μm，粒徑膨脹倍數(shù)2～3倍聚合物微球體系，調(diào)驅(qū)劑用量為5000m3，注入方式為單井注入。

表2 A-2H井調(diào)驅(qū)用量設(shè)計(jì)表

調(diào)驅(qū)過(guò)程中，A-1H井初期含水上升，調(diào)驅(qū)兩個(gè)月后，隨著聚合物微球注入量增加和微球深部運(yùn)移、膨脹，強(qiáng)水竄通道得到封堵，含水開(kāi)始下降，日產(chǎn)油量逐步上升。通過(guò)調(diào)驅(qū)對(duì)大通道封堵，A-2H井由原來(lái)的間歇注水改為連續(xù)注入，地層能量得到補(bǔ)充，油井動(dòng)液面、產(chǎn)液量上升，日產(chǎn)油量由最低的11t/d提高到20～25t/d，見(jiàn)到了好的效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

1）常規(guī)調(diào)剖劑受固體顆粒粒徑、凝膠成膠時(shí)間影響，主要對(duì)近井地帶封堵，難以實(shí)現(xiàn)深部調(diào)驅(qū)，存在注入水易繞流，有效期短等問(wèn)題。聚合物微球具有變形通過(guò)、膨脹堵塞的特點(diǎn)，與無(wú)機(jī)剛性顆粒相比，聚合物微球顆粒與孔喉的匹配敏感性明顯降低，放寬了油藏適用條件，相同粒徑的聚合物微球與孔喉直徑的匹配值更大，在0.6～1.5之間。

2）模擬碎屑巖油藏油層物性特征，對(duì)聚合物微球注入?yún)?shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究。聚合物微球體系最佳注入?yún)?shù)為：微球粒徑2μm，注入濃度3000mg/L，注入量0.3PV，降低注入速度，提高采收率效果更佳。

3）聚合物微球采用在線工藝注入時(shí)，微球注入階段壓力大于單注工藝，而后續(xù)水驅(qū)時(shí)壓力上升值又小于單注工藝，說(shuō)明聚合物微球采用在線工藝注入會(huì)造成聚合物微球混配不均勻造成的。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，如系統(tǒng)注入壓力穩(wěn)定，推薦應(yīng)用在線注入方式。如果系統(tǒng)壓力波動(dòng)較大，會(huì)導(dǎo)致單井注入量和注入濃度波動(dòng)，建議使用單井注入方式。

4）選取A-2H井組進(jìn)行了聚合物微球調(diào)驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。調(diào)驅(qū)兩個(gè)月后，隨著聚合物微球注入量增加和微球深部運(yùn)移、膨脹，強(qiáng)水竄通道得到封堵，含水開(kāi)始下降，日產(chǎn)油量逐步上升，見(jiàn)到了好的效果。