油田深部調(diào)剖技術(shù)的研究進(jìn)展

趙曉非，楊明全，章 磊，劉立新

(東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 石油與天然氣化工省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318)

對(duì)水驅(qū)油田，由于地層的非均質(zhì)性和油水黏度差異，會(huì)造成注入水沿著注水井和生產(chǎn)井之間高滲透處突進(jìn)或指進(jìn)，引起生產(chǎn)井提前見水，高滲層水淹，中、低滲層封堵失敗，從而降低了水的利用效率、波及效率和水驅(qū)效果[1]。為了解決這難題，必須用調(diào)剖堵水技術(shù)來(lái)改善吸水剖面，增大水驅(qū)波及系數(shù)。但是，油田開發(fā)進(jìn)入中后期，尤其是近井區(qū)域由于多次封堵導(dǎo)致含油飽和度明顯降低。同時(shí)，針對(duì)厚油層的普通淺堵淺調(diào)已不能滿足生產(chǎn)要求。非均質(zhì)性嚴(yán)重的油層，注入液避開封堵區(qū)竄到高滲區(qū)，增產(chǎn)不明顯。大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明深部調(diào)剖的必要性[2-3]。研究應(yīng)用油層的深部調(diào)剖技術(shù)迫在眉睫。近年來(lái)深部調(diào)剖已逐漸成為決定水驅(qū)和聚合物驅(qū)開發(fā)效果、穩(wěn)油控水的一項(xiàng)重要技術(shù)。

深調(diào)的主要作用機(jī)理：將調(diào)剖劑或顆粒注入油層深部封堵高滲層水流通道,改變注入水在油藏中流向，提高波及系數(shù)，從而提高原油采收率[4]。

1 研究進(jìn)展

我國(guó)堵水調(diào)剖工作已有50多年的歷史，在經(jīng)歷了探索研究階段、油井堵水和機(jī)械堵水、注水井調(diào)剖后，到20世紀(jì)90年代后期提出了國(guó)內(nèi)油田深部調(diào)剖技術(shù)的研究進(jìn)展驅(qū)的概念。近年來(lái)深部液流轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展迅速。該技術(shù)是介于調(diào)剖和聚合物驅(qū)之間的改善地層深部液流方向，成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于聚合物驅(qū)，可大規(guī)模用于改善水驅(qū)和聚合物驅(qū)開發(fā)效果。國(guó)外主要應(yīng)用無(wú)機(jī)或有機(jī)交聯(lián)劑交聯(lián)水溶性聚合物制備凝膠型調(diào)剖堵水劑[5]。從1965年起，國(guó)外長(zhǎng)期應(yīng)用聚合物類凝膠堵劑，美國(guó)系統(tǒng)地研究了油基水泥、水玻璃、生物聚合物等調(diào)剖堵水劑，并針對(duì)不同地層物性制定出相應(yīng)的調(diào)剖工藝；德國(guó)研制出比聚丙烯酰胺穩(wěn)定性更好的聚糖類調(diào)剖堵水劑，如聚糖G[6]和HST[7]。國(guó)外還提出了沉淀型、膠態(tài)分散型[8-9]、微生物類凍膠等深部調(diào)剖劑，并對(duì)其機(jī)理及相關(guān)配套技術(shù)進(jìn)行了探索。目前，由于油藏含水問題的日益加劇，對(duì)深部調(diào)剖技術(shù)的要求越來(lái)越高，推動(dòng)著深部調(diào)剖及相關(guān)配套技術(shù)的發(fā)展。它主要針對(duì)不同油藏特性，采用不同配套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、大規(guī)模地改變深部地層的液流轉(zhuǎn)向[10]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在深部調(diào)剖技術(shù)的研究與應(yīng)用取得了眾多進(jìn)展。

1.1 黏土絮凝體系深部調(diào)剖技術(shù)

該技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來(lái)中國(guó)石油大學(xué)(華東)與勝利油田共同研究開發(fā)的一項(xiàng)實(shí)用新型技術(shù)[11]。具體方法是將鈉膨潤(rùn)土配制成懸浮液，利用水化后膨潤(rùn)土顆?？梢耘c聚合物形成一種絮凝體系，封堵地層孔喉，起到調(diào)剖的作用。

該技術(shù)的調(diào)剖機(jī)理是絮凝堵塞、積累膜機(jī)理和機(jī)械堵塞[12-13]。它在勝利油田得到了大規(guī)模的應(yīng)用，取得了較好的堵水效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但是它也存在著局限性，譬如調(diào)剖劑自然選擇性較差、對(duì)設(shè)備要求高、大劑量的注入性較差等。

1.2 多相泡沫深部調(diào)剖技術(shù)

多相泡沫深部調(diào)剖技術(shù)分為兩相泡沫調(diào)剖和三相泡沫調(diào)剖[14-15]。兩相泡沫是水相通過(guò)表面活性劑作為界面膜將氣相包裹其中，穩(wěn)定性較差。三相泡沫調(diào)剖體系是由氣、液、固三相組成，固相多為易形變的凝膠微球。

泡沫深部調(diào)剖的作用機(jī)理是泡沫通過(guò)孔道窄口時(shí)，泡沫遇阻形變，而對(duì)液體流動(dòng)產(chǎn)生阻力，即賈敏效應(yīng)，這種阻力可以疊加，從而使目的層發(fā)生堵塞，水流方向發(fā)生改變，速度和吸水量增大，從而提高注入水的波及體積[16]。

我國(guó)兩相泡沫調(diào)剖技術(shù)主要采用氮?dú)馀菽璠17]。另外在河南油田采油二廠現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用10口防氣竄調(diào)剖井，其中9口井調(diào)剖效果良好，井組日產(chǎn)油量上升，含水率下降，7個(gè)月內(nèi)增產(chǎn)原油1 519.6 t。

1.3 膠態(tài)分散體凍膠深部調(diào)剖技術(shù)

美國(guó)TIORCO公司在20世紀(jì)90年代初期研制出膠態(tài)分散凝膠(CDG)[18]，該凝膠由聚合物與交聯(lián)劑進(jìn)行分子內(nèi)交聯(lián)形成分散凝膠線團(tuán)。交聯(lián)劑一般是多價(jià)金屬離子[19](如乙酸鉻、檸檬酸鋁等)與低濃度(可低至100 mg/L)聚合物交聯(lián)而成。

CDG深部調(diào)驅(qū)技術(shù)在美國(guó)洛基山29個(gè)油藏應(yīng)用，并有22個(gè)項(xiàng)目獲得增產(chǎn)。但從施工段塞HPAM濃度看，CDG仍然是弱凝膠調(diào)剖[20]。

國(guó)內(nèi)對(duì)CDG也曾有過(guò)廣泛重視，西南石油學(xué)院在華北油田馬21斷塊間145井組進(jìn)行膠態(tài)分散凝膠調(diào)驅(qū)礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)[21]，取得顯著效果。中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所和中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院采收率所以及大慶油田等進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，但聚合物濃度較大，CDG成膠范圍窄，膠體性能較差，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此技術(shù)未能有所突破。

1.4 交聯(lián)聚合物弱凝膠深部調(diào)剖技術(shù)

弱凝膠是由低質(zhì)量濃度(通常在800～2 000 mg/L)的聚合物和低濃度的交聯(lián)劑形成的、以分子間交聯(lián)為主、分子內(nèi)交聯(lián)為輔的、粘度在100～300 mPa·s、具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的弱交聯(lián)體系。它被認(rèn)為是稀(弱)的本體凝膠，具有一定的流動(dòng)性[22]。一般選擇聚丙烯酰胺或黃原膠與高價(jià)金屬離子、二醛或樹脂等交聯(lián)制備凝膠體系。我國(guó)使用較多的是乙酸鉻、乳酸鉻、酚醛樹脂預(yù)聚體；美國(guó)以檸檬酸鋁、乙酸鉻和乙二醛作為交聯(lián)劑使用[23-25]。針對(duì)地層物性及生產(chǎn)現(xiàn)狀，現(xiàn)場(chǎng)會(huì)選擇不同的凝膠體系。由于弱凝膠在水驅(qū)的作用下會(huì)緩慢地整體“飄移”，同時(shí)具有調(diào)剖和驅(qū)油的作用。

目前，交聯(lián)聚合物凝膠是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣的調(diào)剖(調(diào)驅(qū))技術(shù)，它具有成本低、適應(yīng)pH值和溫度范圍廣、抗穩(wěn)定性好、施工方便等特點(diǎn)。在勝利、遼河等油田均應(yīng)用成功[26-27]。

1.5 聚合物微球深部調(diào)剖技術(shù)

近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型深部調(diào)剖堵水技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是可用污水配制、受外界影響小、耐高溫高鹽。它的調(diào)剖機(jī)理是依靠納米/微米級(jí)聚合物微球遇水膨脹和吸附來(lái)逐級(jí)封堵地層孔喉實(shí)現(xiàn)其深部調(diào)剖堵水的目的。聚合物微球具有較好的彈性，在一定壓力下，可以形成有效封堵且能發(fā)生變形而運(yùn)移，重要特點(diǎn)是不會(huì)被剪切，能夠形成多次封堵，具有現(xiàn)場(chǎng)施工方便、封堵時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。若通過(guò)各種不同尺寸和不同性質(zhì)聚合物微球的優(yōu)化組合，可對(duì)不同非均質(zhì)地層進(jìn)行有效封堵。在勝利、大港、青海、長(zhǎng)慶和大慶等油田已成功應(yīng)用。

1.6 體膨顆粒深部調(diào)剖技術(shù)

體膨顆粒調(diào)剖是一種新型調(diào)剖技術(shù)，主要是針對(duì)非均質(zhì)性強(qiáng)、高含水大孔道發(fā)育的油田改善水驅(qū)開發(fā)效果而研發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)。它是由有機(jī)單體與粘土顆粒復(fù)合而成，可附著在相對(duì)較大的孔喉、孔道表面，吸水后膨脹變軟，增大滲流阻力[28]。在驅(qū)動(dòng)力較大時(shí)，可整體運(yùn)移，起到驅(qū)油作用。體膨顆粒制備簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)施工方便，適用于高溫、高礦化度的高滲油層深部調(diào)剖。

2001年，在大慶杏北油田曾進(jìn)行了體膨顆粒深部調(diào)剖實(shí)驗(yàn)，施工前后均采用同位素示蹤劑檢測(cè)和電位法測(cè)井對(duì)吸收剖面進(jìn)行測(cè)試，并優(yōu)化施工工藝。2年內(nèi)實(shí)驗(yàn)3口井，調(diào)剖后注水壓力均明顯升高，生產(chǎn)井產(chǎn)液量不變，產(chǎn)油量增加，含水率下降幾個(gè)百分點(diǎn)[29]。目前，體膨顆粒調(diào)剖劑除在大慶油田實(shí)驗(yàn)過(guò)，也在大港、中原等油田試用，效果并不理想，其表現(xiàn)在作用時(shí)間短，注水壓力下降快，因此，在油田不能廣泛應(yīng)用。

1.7 含油污泥深部調(diào)剖技術(shù)

含油污泥是油田生產(chǎn)過(guò)程中伴生出的廢物，其主要成分是膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、石蠟及固體顆粒[30]。當(dāng)含油污泥乳狀液進(jìn)入深部地層后，受地層剪切和水沖釋作用，懸浮乳狀液分解，其中含油污泥中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和石蠟通過(guò)橋連、聚集形成粒徑較大的團(tuán)粒粘附封堵在大孔道中，使孔徑變小，增加水流阻力系數(shù)，改變液流轉(zhuǎn)向，進(jìn)入中、低滲透層[31]。含油污泥乳狀液的賈敏效應(yīng)也對(duì)調(diào)剖起到了一定作用。由于含油污泥組分復(fù)雜，其乳化后液珠體積較大，當(dāng)其被大量注入地層，乳狀液通過(guò)直徑比它小的孔喉處時(shí)，會(huì)產(chǎn)生賈敏效應(yīng)。隨著乳狀液不斷地注入，賈敏效應(yīng)逐漸增強(qiáng)，滲流阻力增大，高滲透層被封堵。

由于該調(diào)剖體系與地層配伍性良好，抗高溫和抗鹽性強(qiáng)、成本低、污染小、便于施工，適用于各大油田的含油污泥處理工業(yè)。它已成功應(yīng)用到江漢、勝利老河口、遼河、長(zhǎng)慶等油田，均取得了良好的效果。

1.8 微生物深部調(diào)剖技術(shù)

經(jīng)過(guò)70多年的發(fā)展，微生物深部調(diào)剖[32]已經(jīng)取得了顯著的效果，起到了穩(wěn)油控水和提高采收率的目的[33]。微生物深部調(diào)剖機(jī)理是將地層本源微生物激活或外界注入微生物，利用微生物的新陳代謝及繁殖過(guò)程中所產(chǎn)生的無(wú)機(jī)鹽沉淀、生物聚合物和菌群、菌落，增加流動(dòng)相的粘度和流動(dòng)壓力，改變巖石表面的潤(rùn)濕性，從而達(dá)到提高采收率的目的[34-36]。

天津工業(yè)微生物研究所和南開大學(xué)篩選出了適應(yīng)油田地層條件并具有良好調(diào)剖作用的多株微生物。同時(shí)，勝利、遼河、大慶等油田分別進(jìn)行了室內(nèi)評(píng)價(jià)及井下實(shí)驗(yàn)均取得預(yù)期效果。

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、施工安全、不污染環(huán)境，同時(shí)降低了材料和施工的成本；缺點(diǎn)是微生物過(guò)度生長(zhǎng)可能引起的井堵塞[37]。

1.9 其它深部調(diào)剖技術(shù)

插層聚合物凝膠，采用原位聚合對(duì)現(xiàn)有的聚丙烯酰胺進(jìn)行改性的一種合成方法[38]，凝膠時(shí)間在6～100 h可調(diào)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，合成的插層聚合物凝膠，為深部液流轉(zhuǎn)向劑，抗剪切性能好，封堵性能好，能達(dá)到調(diào)整剖面，比現(xiàn)有的聚合物體系提高水驅(qū)油能力，比水驅(qū)降低費(fèi)用10%～15%。

聚丙烯酰胺納米彈性微球[39]采用反相懸浮聚合，合成的聚丙烯酰胺納米微球。合成產(chǎn)物為疏水締合聚合物，顆粒直徑120～180 nm，具有膨脹性能且依賴于鹽濃度和溫度。適用于非均相中高滲透層。能選擇性封堵高滲透層，使低滲透層油動(dòng)用程度高，提高采收率11%～14%。

分散顆粒凝膠(DPG)是一種新的剖面調(diào)整劑管剪切交聯(lián)法(tube shearing cross-linking method)，原料為聚合物、交聯(lián)劑。體系粘度較低，粘度受礦化度影響小，體系剪切穩(wěn)定性好。實(shí)驗(yàn)證明注入性好，剖面調(diào)整能力強(qiáng)。

2 發(fā)展趨勢(shì)

隨著油田的開發(fā)，油藏的不均質(zhì)性嚴(yán)重，在開發(fā)后期出現(xiàn)高含水現(xiàn)象，已有的深部調(diào)剖技術(shù)已不能完全滿足油田開發(fā)的需要。針對(duì)一些特殊條件的油田如高溫深井油藏、厚油層、海上油田、特高滲大孔道等，需要針對(duì)性地研發(fā)相關(guān)新技術(shù)以適應(yīng)改善水驅(qū)和或聚合物驅(qū)的需要。

2.1 精細(xì)深部調(diào)剖技術(shù)

精細(xì)化學(xué)調(diào)剖技術(shù)是指在精細(xì)地質(zhì)研究的指導(dǎo)下，制定具有針對(duì)性的化學(xué)調(diào)剖技術(shù)[40]。針對(duì)性具體表現(xiàn)在以下幾方面。

(1) 根據(jù)高滲透層的分布情況，適時(shí)改變調(diào)剖劑成分及濃度。

(2) 根據(jù)高滲透層的厚度，需要針對(duì)薄層進(jìn)行化學(xué)調(diào)剖。

(3) 根據(jù)沉積單元間吸水差異，適時(shí)調(diào)整層內(nèi)矛盾大的高吸水層的吸水剖面。

(4) 根據(jù)高吸水層縱向分布差異，有針對(duì)性地選擇調(diào)剖方法。

(5) 根據(jù)剩余油分散不均勻，有針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)整調(diào)剖方案。

只有在充分認(rèn)識(shí)油藏現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)的開展地層大孔道、高滲透帶的識(shí)別及地下流體場(chǎng)、壓力場(chǎng)的描述，才能更好的發(fā)揮以上多種深度調(diào)剖技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

2.2 組合深部調(diào)剖技術(shù)

事實(shí)證明，單一調(diào)剖技術(shù)已經(jīng)不能達(dá)到生產(chǎn)需要，復(fù)合深部調(diào)剖技術(shù)已成為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的主流技術(shù)。

長(zhǎng)慶油田在2011年采用了組合調(diào)剖技術(shù)，通過(guò)多段塞復(fù)合，實(shí)現(xiàn)深部不同竄流通道的封堵，達(dá)到調(diào)整吸水剖面和提高采收率的目的。大港、大慶等油田也先后采用聚合物與體膨顆粒體剖的技術(shù)組合，有效地增大了高滲透層的滲流阻力，改變液流轉(zhuǎn)向，提高驅(qū)油效率。

通過(guò)技術(shù)組合可以克服單一技術(shù)的不足，發(fā)揮組合技術(shù)的協(xié)同效應(yīng)。如對(duì)存在大孔道或裂縫的水驅(qū)油藏采取預(yù)交聯(lián)凝膠、締合聚合物等段塞結(jié)合，既可實(shí)現(xiàn)對(duì)高滲通道的封堵，也可實(shí)現(xiàn)深部液流轉(zhuǎn)向。在對(duì)高滲大孔道的厚油藏采取聚合物+體膨顆粒調(diào)剖技術(shù)組合可有效改善聚竄問題。主要是因?yàn)轶w膨顆粒在大孔道中形成堵塞，增加流動(dòng)阻力，限制聚合物溶液流動(dòng)，從而液流轉(zhuǎn)向較低滲透層。此外，還有泡沫驅(qū)與弱凝膠的組合[41]等。

3 結(jié)束語(yǔ)

油田的長(zhǎng)期水驅(qū)開發(fā)使油層特征和環(huán)境變得更加復(fù)雜難測(cè)，給深部調(diào)剖堵水技術(shù)帶來(lái)巨大的壓力；一些高溫高鹽、裂縫大孔道、厚油藏等特殊油田的高含水問題日益嚴(yán)重。如常規(guī)的深部調(diào)剖堵水作業(yè)不能有效解決厚砂巖油層的深部繞流問題[42]。因此，需要研制有針對(duì)性的深部調(diào)剖堵水劑，即油田面臨極大的挑戰(zhàn)。

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