凝膠微球調(diào)驅(qū)技術(shù)在王集油田礦場(chǎng)實(shí)踐認(rèn)識(shí)

李飛鵬（中石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南 南陽(yáng) 473132）

錢玉花，王杰玲，田家領(lǐng)（中石化河南油田分公司第一采油廠，河南 南陽(yáng) 474780）

杜雪花（中石化河南油田分公司第二采油廠地質(zhì)研究所，河南 南陽(yáng) 473132）

韓吉璞（中石化河南油田分公司第一采油廠，河南 南陽(yáng) 474780）

聚合物凝膠微球是利用反相微乳液聚合技術(shù)合成出的一種彈性微球，是在聚合物凝膠技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型材料。聚合物微球具有初始尺寸?。ㄒ话銥榧{、微米級(jí)），水化膨脹速度可控，并且具有一定的彈性形變能力。聚合物凝膠微球深部調(diào)驅(qū)技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)油藏深部、全過(guò)程調(diào)剖、驅(qū)油的新技術(shù)。該技術(shù)是利用聚合物凝膠微球的物理特性來(lái)逐級(jí)封堵地層孔喉，實(shí)現(xiàn)油藏深部逐級(jí)調(diào)剖驅(qū)油目的的［1～7］。研究表明：聚合物凝膠微球具有初始尺寸小，微球數(shù)量大，水化膨脹速度可控，能夠進(jìn)入地層深部，實(shí)現(xiàn)地層深部逐級(jí)調(diào)剖、驅(qū)油的目的，是非均質(zhì)油藏改善水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的有效技術(shù)。王集油田東區(qū)在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，因油藏非均質(zhì)特征影響導(dǎo)致油藏平面上與縱向上動(dòng)用不均勻，開(kāi)發(fā)過(guò)程中層間矛盾突出，注水受效不均，開(kāi)發(fā)效率低下。為了研究聚合物凝膠微球調(diào)驅(qū)技術(shù)對(duì)王集油田的適應(yīng)性，以及調(diào)驅(qū)提高采收率規(guī)律，評(píng)價(jià)聚合物凝膠微球深部調(diào)驅(qū)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、措施效果，在王集油田東區(qū)開(kāi)展了聚合物凝膠微球深部調(diào)驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)。該技術(shù)在王集油田東區(qū)的礦場(chǎng)試驗(yàn)研究將為同類型油藏高含水開(kāi)發(fā)后期進(jìn)一步挖潛剩余油提供依據(jù)和借鑒。

1 王集油田東區(qū)概況

1.1 構(gòu)造特征

王集油田構(gòu)造復(fù)雜，斷層發(fā)育，整體為一被斷層復(fù)雜化了的由北向東南東傾沒(méi)的寬緩鼻狀構(gòu)造，整體上地層自南向北抬起，傾向南東，呈北高南低的趨勢(shì)。王集油田東區(qū)位于斷塊的東南部，主要受北東、北東東走向的4條正斷層控制。

1.2 儲(chǔ)集層展布

王集油田東區(qū)含油井段長(zhǎng)達(dá)380m，油層主要集中在古近系核桃園組核三段Ⅰ～Ⅲ油組，縱向埋深約1200～1500m，含油層位最高為（Ⅰ油組6小層），最低為（Ⅵ油組1小層），跨越6個(gè)油組、22個(gè)含油小層、34個(gè)油砂體。油層厚度以薄層為主，平均有效厚度最大為3.7m，最小為0.7m；平均有效厚度小于2.0m的有20個(gè)，占58.8%。

1.3 儲(chǔ)集層特征

王集油田物源主要來(lái)自北東方向的侯莊近源三角洲砂體，西北部的王集近源三角洲物源僅在西部有分布，為次要物源。儲(chǔ)集層以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，膠結(jié)類型以孔隙式為主，少數(shù)為基底－孔隙式，膠結(jié)物以泥質(zhì)為主，體積分?jǐn)?shù)在10%左右，其次為鈣質(zhì)，一般小于5%。儲(chǔ)集層物性中等，屬中孔－高滲透儲(chǔ)集層。東區(qū)油層平均孔隙度為18.3%，平均空氣滲透率為799mD，儲(chǔ)集層非均質(zhì)性嚴(yán)重。平面滲透率級(jí)差最大達(dá)到170倍，最大突進(jìn)系數(shù)6.29。層間滲透率級(jí)差達(dá)5倍，突進(jìn)系數(shù)達(dá)2.49。儲(chǔ)集層微觀研究顯示，滲透率貢獻(xiàn)值主要由大孔道提供，儲(chǔ)集層非均質(zhì)性嚴(yán)重。

1.4 沉積特征

王集油田主要沉積體系為辮狀河三角洲前緣和前三角洲亞相，主要的沉積微相類型有水下分流河道、河口壩、前緣席狀砂、間灣等微相類型。

1.5 流體性質(zhì)

王集油田東區(qū)地面原油密度為0.879～0.933g／cm3，黏度為7.6～131.4mPa·s，含蠟體積分?jǐn)?shù)在14.5%～46.0%，膠質(zhì)瀝青質(zhì)體積分?jǐn)?shù)在8.33%～30.33%，凝固點(diǎn)為31.0～44.0℃。地層水pH值平均為8.3，總礦化度為1172～7650mg／L，氯離子質(zhì)量濃度為62.0～2583.0mg／L，地層水為NaHCO3型。

1.6 溫度與壓力系統(tǒng)

王集油田東區(qū)屬正常溫度、壓力系統(tǒng)。油層埋深一般在1200～1500m，油藏溫度在61.0～73.9℃，原始地層壓力在11.13～14.61MPa。

1.7 開(kāi)發(fā)概況

王集油田東區(qū)1987年開(kāi)始利用天然能量進(jìn)行常規(guī)開(kāi)采試驗(yàn)，1989年進(jìn)行了注采井網(wǎng)調(diào)整，以300m不均勻三角形井網(wǎng)開(kāi)發(fā)，1990年9月開(kāi)始注水開(kāi)采，其后（1995、1997年）又進(jìn)行過(guò)局部井網(wǎng)完善調(diào)整。截至2012年10月王集油田東區(qū)可采儲(chǔ)量采出程度為59.58%，地質(zhì)儲(chǔ)量采出程度為15.11%，綜合含水率為90.22%。該區(qū)塊地質(zhì)儲(chǔ)量采出程度相對(duì)較低，后期挖潛潛力較大。

1.8 王集油田東區(qū)開(kāi)發(fā)中存在的問(wèn)題

王集油田東區(qū)受地質(zhì)構(gòu)造和儲(chǔ)集層特征因素影響，在水驅(qū)開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要存在著油藏平面、縱向矛盾突出，注水方向性強(qiáng)，平面受效不均勻，注入水沿一定方向舌進(jìn)，縱向上多層段開(kāi)采，注入水沿高滲透層段突進(jìn)，含水上升快，水淹嚴(yán)重，構(gòu)造上傾部位油井受效差，注入水波及效果差，亟待進(jìn)一步挖潛剩余油，改善開(kāi)發(fā)效果。

2 聚合物凝膠微球調(diào)驅(qū)技術(shù)特點(diǎn)及原理

2.1 聚合物凝膠微球調(diào)驅(qū)技術(shù)的特點(diǎn)

聚合物凝膠微球是在地面合成的一種聚合物凝膠小球，其特性表現(xiàn)為初始具有納、微米級(jí)的尺寸，凝膠小球數(shù)量龐大，水中分散性好。同時(shí)能在一定的地層壓差下發(fā)生彈性變形通過(guò)地層喉道。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明聚合物凝膠微球在巖心中運(yùn)移具有很高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，儲(chǔ)集層非均質(zhì)性越高，提高采收率的幅度也越大［4～7］。由于聚合物在地面環(huán)境合成，避免了常規(guī)凝膠調(diào)驅(qū)劑在地層環(huán)境下成膠差或者不成膠的缺點(diǎn)。聚合物凝膠微球在注入的過(guò)程中是以水中分散的形式存在的，懸浮性好，注入時(shí)溶液黏度低，不需要專門的注入設(shè)備，注入工藝簡(jiǎn)單。

2.2 聚合物凝膠微球調(diào)驅(qū)技術(shù)原理

水驅(qū)油藏采收率主要受注入水的波及體積和洗油效率的影響，然而對(duì)于非均質(zhì)油藏，因其層間和層內(nèi)非均質(zhì)性的影響，尤其是高含水開(kāi)發(fā)后期，地層中優(yōu)勢(shì)水竄通道的形成，導(dǎo)致水驅(qū)波及效率低下，注入水沿高滲透層帶突進(jìn)明顯，油井含水率快速上升，油井低采出程度下過(guò)早水淹。因此改善油藏非均質(zhì)性，促使注入水流動(dòng)方向改變，提高注入水波及體積是提高油藏采收率的有效方法［8，9］。聚合物凝膠微球調(diào)驅(qū)技術(shù)是利用其初始尺寸小，水中分散性好，能夠注入到地層深部，進(jìn)入地層的聚合物凝膠微球吸水膨脹后，通過(guò)架橋作用封堵地層大孔道和高滲透層，促使注入水在地層深部轉(zhuǎn)向相對(duì)低滲層帶，啟動(dòng)低滲透帶的剩余油。當(dāng)?shù)貙訅翰罾^續(xù)上升后，便可利用其自身彈性變形能力，突破地層孔喉繼續(xù)向前推進(jìn)，并驅(qū)替孔喉中的剩余油，當(dāng)其繼續(xù)推進(jìn)至下一個(gè)較窄的孔喉處，再次實(shí)現(xiàn)架橋封堵，從而實(shí)現(xiàn)深部逐級(jí)調(diào)驅(qū)提高原油采收率的目的。

3 礦場(chǎng)試驗(yàn)及效果分析

3.1 試驗(yàn)選井分析

在王集油田東區(qū)選取了一個(gè)具有代表性的井組——王32井組。王32井是王集油田東區(qū)的一口注水井，注水層位為的1層，的1、2層，對(duì)應(yīng)油井分別為王28井、王30井、王63井和王311井。王32井組油層數(shù)據(jù)及油、水井對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1、2。

王32井層間滲透率最低為0.06D，最高為0.296D。由于層間非均質(zhì)性嚴(yán)重，導(dǎo)致吸水剖面差異大，的1層吸水好，其余層吸水能力較弱。

表1 王32井組油、水井對(duì)應(yīng)關(guān)系

表2 王32井組油層數(shù)據(jù)

3.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思路

3.2.1 聚合物微球粒徑選擇

根據(jù)J.Kozeny公式，地層孔喉半徑與地層滲透率、孔隙度有如下關(guān)系：

根據(jù)式（1）計(jì)算試驗(yàn)井組的地層孔喉半徑結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，試驗(yàn)井組地層平均孔喉半徑分布在2～5μm，試驗(yàn)選取聚合物凝膠微球初始尺寸在0.020～2μm之間，粒度中值在0.2μm。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果，選取的聚合物凝膠微球在油藏溫度66℃環(huán)境下，水化膨脹30d后的平均粒徑尺寸在20μm左右。根據(jù) “三分之一架橋”理論，選取的聚合物凝膠微球能夠滿足封堵大孔道的目的。

表3 王32井組小層及東區(qū)孔喉半徑計(jì)算結(jié)果

3.2.2 采用兩段塞注入工藝設(shè)計(jì)

王集油田東區(qū)儲(chǔ)集層滲透率主要以大孔道為主，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)油層大孔道的封堵，同時(shí)滿足聚合物凝膠微球的深部注入，實(shí)現(xiàn)對(duì)油層深部調(diào)驅(qū)的目的，試驗(yàn)中設(shè)計(jì)2個(gè)不同質(zhì)量濃度注入段塞，第1段塞采用小劑量高質(zhì)量濃度的聚合物凝膠微球，設(shè)計(jì)質(zhì)量濃度為3000mg／L，主要目的是封堵水竄優(yōu)勢(shì)通道和高滲層帶。第2段塞采用大劑量低質(zhì)量濃度的聚合物凝膠微球，設(shè)計(jì)段塞質(zhì)量濃度為2000mg／L，主要是進(jìn)入到油層深部，實(shí)現(xiàn)對(duì)油層深部逐級(jí)調(diào)驅(qū)的目的。

3.2.3 采用撬裝設(shè)備在線注入工藝，降低調(diào)驅(qū)成本

聚合物凝膠微球具有受外部環(huán)境影響小，水中分散性好，注入黏度低的特點(diǎn)。注入工藝上采用撬裝設(shè)備連接在注水管線上，隨注入水在線混合注入。工藝操作簡(jiǎn)單，無(wú)需專門建站，操作成本相對(duì)較低。

3.3 井組試驗(yàn)效果分析

王32井2010年2月24日開(kāi)始注入聚合物凝膠微球第1段塞，4月25日注入第2段塞，8月26日完成全部段塞的注入。設(shè)計(jì)注入聚合物凝膠微球30.9t，實(shí)際注入聚合物凝膠微球31.9t。為了評(píng)價(jià)試驗(yàn)效果，對(duì)該井組進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)1.5a的動(dòng)態(tài)產(chǎn)狀變化跟蹤。調(diào)驅(qū)效果主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.3.1 注水壓力升高，地層充滿度增加

圖1 王32井調(diào)驅(qū)前后井口90min壓降曲線

王32井開(kāi)始注入聚合物凝膠微球后，井口注入壓力緩慢上升，從注入前的6.1MPa逐步緩慢上升至13.1MPa，注入壓力增加了7MPa。同時(shí)分別測(cè)取了王32井注入聚合物凝膠微球前后的井口90min壓降曲線，注入聚合物凝膠微球后，井口90min壓降曲線明顯變緩，如圖1所示。

這是由于聚合物凝膠微球進(jìn)入地層后吸水膨脹，并通過(guò)架橋作用對(duì)地層高滲透層帶產(chǎn)生了封堵作用，注入水被迫轉(zhuǎn)入低滲透層帶，宏觀表現(xiàn)為井口注入壓力上升，井口90min壓降曲線明顯變緩，地層充滿度增加。井口注入壓力逐步緩慢上升也說(shuō)明聚合物凝膠微球具有很好的注入性，能夠進(jìn)入地層深部。

3.3.2 吸水剖面改善，中低滲層啟動(dòng)

注入聚合物凝膠微球前、后分別采用同位素測(cè)井方法對(duì)王32井注水層吸水剖面進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2所示。在注入聚合物凝膠微球前主力吸水層為的1層，的1層、的2層為相對(duì)低滲層，吸水較差（圖2（a））。注入聚合物凝膠微球后，強(qiáng)吸水層的1層吸水得到了抑制，相對(duì)低滲層的1層、的2層得到了啟動(dòng)（圖2（b）、（c）、（d））。

3.3.3 油藏平面上實(shí)現(xiàn)液流轉(zhuǎn)向

根據(jù)王集油田儲(chǔ)集層特征分析，主要物源方向?yàn)楸睎|方向，平面上北東方向物性相對(duì)較好，因此注入水易沿此方向單向受效，調(diào)驅(qū)前王32井注入水主要沿的1層向王28井、王30井方向竄流。王32井組調(diào)驅(qū)前后對(duì)應(yīng)油井產(chǎn)狀對(duì)比情況見(jiàn)表4。

圖2 王32井聚合物凝膠微球調(diào)驅(qū)前（a）、后（b）、（c）、（d）歷次吸水剖面測(cè)試結(jié)果

表4 王32井組調(diào)驅(qū)前后對(duì)應(yīng)油井產(chǎn)狀對(duì)比

從表4中的數(shù)據(jù)可以看出，注入聚合物凝膠微球后水竄優(yōu)勢(shì)通道方向上的2口井（王28井、王30井）產(chǎn)液量有所下降，注水受效較差的2口井（王63井、王311井）產(chǎn)液量有所上升，同時(shí)對(duì)應(yīng)的4口油井含水不同程度的下降。說(shuō)明注入的聚合物凝膠微球在平面上封堵了高滲透層帶，促使了注入水在油藏平面上實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向，起到了擴(kuò)大波及體積的作用。

3.3.4 王32井注入聚合物微球后，對(duì)應(yīng)油井逐步見(jiàn)效

王32井對(duì)應(yīng)了王28井、王30井、王311井、王63井4口油井。從動(dòng)態(tài)產(chǎn)狀變化來(lái)看，王32井2010年2月24日開(kāi)始注入聚合物凝膠微球，對(duì)應(yīng)油井王30井和王311井在3月底開(kāi)始逐步見(jiàn)效，日產(chǎn)油上升，含水率開(kāi)始下降。對(duì)應(yīng)油井王28井和王63井分別在5月份前后開(kāi)始見(jiàn)效，日產(chǎn)油上升，含水率開(kāi)始下降。從動(dòng)態(tài)分析結(jié)果來(lái)看，首先見(jiàn)效的油井也是平面實(shí)現(xiàn)液流轉(zhuǎn)向方向上的2口油井，井組調(diào)驅(qū)前后液流變化情況見(jiàn)圖3。

圖3 王32井對(duì)應(yīng)油井平面受效對(duì)比圖示意圖

對(duì)應(yīng)油井依次見(jiàn)效也表明，水井與油井間的優(yōu)勢(shì)水竄通道被封堵后，注入水被迫進(jìn)入低滲透層，啟動(dòng)了低滲透層的剩余油，使得對(duì)應(yīng)油井產(chǎn)油量上升，產(chǎn)水量得以抑制。截至2012年8月30日，王32井對(duì)應(yīng)4口油井累計(jì)增油863.4t，累計(jì)降水124937m3。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）通過(guò)向地層中注入聚合物凝膠微球，井組注水壓力顯著上升，地層充滿度增加，水竄優(yōu)勢(shì)通道有效封堵，平面上實(shí)現(xiàn)液流轉(zhuǎn)向，注水井吸水剖面得以改善，低滲透層有效啟動(dòng)，起到了擴(kuò)大波及體積，改善油藏開(kāi)發(fā)效果的目的。

2）聚合物凝膠微球配制過(guò)程簡(jiǎn)單，水中分散性好，注入黏度低，可實(shí)現(xiàn)在線注入，調(diào)驅(qū)措施成本低。

3）聚合物凝膠微球深部調(diào)驅(qū)技術(shù)是油田高含水開(kāi)發(fā)后期進(jìn)一步挖潛剩余油的有效方法，下步建議多井組聯(lián)合實(shí)施調(diào)驅(qū)試驗(yàn)，以進(jìn)一步驗(yàn)證聚合物凝膠微球深部調(diào)驅(qū)技術(shù)的適應(yīng)性及經(jīng)濟(jì)效益。

本文為中石化河南油田科技攻關(guān)項(xiàng)目（2009046）的產(chǎn)出論文。

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