適于高礦化度地層水地層的穩(wěn)油控水絨囊流體

朱立國(guó)黃波陳維余孫亮廖迪姜夢(mèng)奇馮麗娟.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司；.北京華油科隆開(kāi)發(fā)公司.中國(guó)石油大學(xué)（華東）；.華北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院

適于高礦化度地層水地層的穩(wěn)油控水絨囊流體

朱立國(guó)1黃波1陳維余1孫亮1廖迪2姜夢(mèng)奇3馮麗娟4
1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司；2.北京華油科隆開(kāi)發(fā)公司3.中國(guó)石油大學(xué)（華東）；4.華北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院

為驗(yàn)證絨囊流體在含高礦化度地層水地層中穩(wěn)油控水效用，在溫度120 ℃、圍壓15 MPa、回壓1.5 MPa條件下，采用恒流速法測(cè)定絨囊流體封堵前后，含不同礦化度鹽水和煤油的人造砂巖柱塞穩(wěn)定流動(dòng)滲透率和注入壓力變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，0.1 mL/min恒定流速下，絨囊流體封堵前后，含F(xiàn)e2++Ca2++Mg2+礦化度分別為1×104mg/L、10×104mg/L、20×104mg/ L鹽水巖心驅(qū)替壓力由0.46～0.63 MPa升至1.39～2.23 MPa，封堵能力提高205.83%～262.64%；滲透率140.82～193.30 mD降至66.96～109.85 mD，損失率43.15%～52.53%。以煤油模擬地層原油，相同條件下測(cè)定封堵前后效果，驅(qū)替壓力0.48～0.52 MPa升至0.51～0.55 MPa，增幅5.83%～8.08%；滲透率232.05～272.52 mD降至211.09～249.25 mD，損失率2.26%～4.51%。在地層水礦化度8×104mg/L、4×104mg/L的Y井和Z井實(shí)施絨囊流體穩(wěn)油控水，通過(guò)提高泵次、深抽等工藝，油井產(chǎn)水量分別降低46.38%、15.99%，產(chǎn)油量提高6 200%、180%。研究和應(yīng)用表明，絨囊流體抗高礦化度堵水體系能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)油控水。

堵水；絨囊流體；高礦化度地層水；穩(wěn)油控水；室內(nèi)實(shí)驗(yàn)；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

封堵高礦化度地層水對(duì)封堵流體抗鹽能力要求較高。常用的聚合物類堵劑通過(guò)改變聚合物單體類型［1］（黨麗旻等，2002），增加耐鹽基團(tuán)［2］（王正良等，2003）抗鹽能力達(dá)到20×104mg/L以上。樹(shù)脂類堵劑利用交聯(lián)作用［3］（蒲萬(wàn)芬等，2004）引入功能基團(tuán)［4］（朱懷江等，2007）抗鹽能力超過(guò)15×104mg/L。其他無(wú)機(jī)類堵劑如水泥、硅酸鹽類等提高抗鹽能力通過(guò)加強(qiáng)高礦化度下封堵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)。以上堵劑雖然提高了堵劑作業(yè)礦化度承受范圍，但固態(tài)或接近固態(tài)封堵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度過(guò)大，堵水作業(yè)同時(shí)大幅度降低油井產(chǎn)量。高礦化度地層水條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)油控水作業(yè)，是困擾現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員難點(diǎn)之一。能否實(shí)施滲流通道無(wú)損傷堵水，成為熱門(mén)話題。海上油田X井地層水礦化度超過(guò)4×104mg/L，應(yīng)用絨囊流體修井后，油井產(chǎn)水量下降［5］（王珊，2015），張媛（2014）用產(chǎn)油趨勢(shì)法研究絨囊流體具有“穩(wěn)油控水”作用［6］，認(rèn)為可以用于堵水。

絨囊流體是由鄭力會(huì)［7］（2010）為封堵漏失地層開(kāi)發(fā)的仿生流體，通過(guò)堆積、拉抻、堵塞封堵地層滲流通道［8］（鄭力會(huì)等，2016），實(shí)現(xiàn)集合大小封堵材料“模糊封堵”集合尺寸的漏失通道［9］。目前絨囊流體應(yīng)用于常規(guī)油氣井鉆井作業(yè)可有效控制低壓漏失層鉆井流體漏失［10］，用于煤層氣鉆井可實(shí)現(xiàn)井壁穩(wěn)定［11］，已較為廣泛地應(yīng)用于油井控制儲(chǔ)層傷害［12］（李良川等，2011）、致密氣井修井［13］（王金鳳等，2015）以及老井提產(chǎn)的酸化轉(zhuǎn)向［14］（溫哲豪，2015）、儲(chǔ)層改造的重復(fù)壓裂轉(zhuǎn)向［15］（鄭力會(huì)等，2015）。筆者對(duì)絨囊流體封堵高礦化度地層水的適用性進(jìn)行了室內(nèi)研究。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)Laboratory test

含高礦化度地層水地層環(huán)境中實(shí)現(xiàn)“穩(wěn)油控水”效果，包括有效降低地層水產(chǎn)量和穩(wěn)定地層油相產(chǎn)量。目前尚無(wú)室內(nèi)流體穩(wěn)油控水評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，部分研究人員常用穩(wěn)定流速下水相和油相在巖心中滲透率［16］（齊志遠(yuǎn)等，2014）及壓力［17］（杜忠磊，2014）2個(gè)參數(shù)表征2種介質(zhì)流動(dòng)能力。相同流速下，流體滲透率越低，注入壓力越大，表明地層中流體流動(dòng)能力越低。

1.1實(shí)驗(yàn)原理

Test principles

以含F(xiàn)e2+、Ca2+、Mg2+高礦化度鹽水的人造砂巖柱塞模擬含高礦化度地層水地層，先后穩(wěn)定注入地層水和煤油，模擬地層初始油水賦存狀態(tài)。分別對(duì)比測(cè)定絨囊流體注入前后，巖心柱塞中地層水和煤油穩(wěn)定流動(dòng)滲透率及注入壓力變化，評(píng)價(jià)含高礦化度地層水地層中絨囊流體控水效果。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

Methods

（1）配制體系囊核劑（十八碳非離子表面活性劑），囊膜劑（單十八酸丙三醇酯），囊層劑（分子量200萬(wàn)～500萬(wàn)聚丙烯酰胺復(fù)配物），絨毛劑（分子量1 000萬(wàn)聚丙烯酰胺），絨囊流體密度0.85～0.95 g/ cm3，塑性黏度25.8～29.3 mPa·s，表觀黏度37.3～43.6 mPa·s，動(dòng)塑比0.91～1.01 mPa·s/Pa。

（2）利用Fe2+、Ca2+、Mg2+配制礦化度1×104mg/ L、10×104mg/L、20×104mg/L地層水，以直徑25 mm氣測(cè)滲透率5 000 mD人造砂巖柱塞模擬地層，實(shí)驗(yàn)溫度120 ℃、圍壓15 MPa、回壓1.5 MPa。

（3）高礦化度環(huán)境下絨囊流體堵水效果評(píng)價(jià)。先后以地層水和煤油介質(zhì)在0.1 mL/min流速下正向通入柱塞2 h。測(cè)定相同流速下柱塞中地層水滲透率kw以及注入壓力ph。以絨囊流體在0.1 mL/min流速下反向通入柱塞2 h后，再測(cè)定地層水0.1 mL/min流速下滲透率k1以及注入壓力p1。單一礦化度平行實(shí)驗(yàn)2組。

（4）高礦化度環(huán)境下絨囊流體穩(wěn)油效果評(píng)價(jià)。先后以度地層水和煤油介質(zhì)在0.1mL/min流速下正向通入柱塞2 h。測(cè)定相同流速下柱塞中煤油滲透率ko以及注入壓力po。以絨囊流體在0.1 mL/min流速下反向通入柱塞2 h后，再測(cè)定煤油相同流速下滲透率k2以及注入壓力p2。單一礦化度平行實(shí)驗(yàn)2組。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理Test data processing

以地層水礦化度1×104mg/L、10×104mg/L、20×104mg/L條件下，相同礦化度下2枚柱塞滲透率及壓力均值表征單一礦化度環(huán)境下絨囊堵水作業(yè)效果，如圖1和圖2?？梢钥闯?，地層水礦化度1×104～20×104mg/L環(huán)境下，柱塞原始地層水滲透率140.82～193.30 mD，注入壓力0.46～0.63 MPa。絨囊封堵后降至66.96～109.85 mD，注入壓力1.39～2.23 MPa。

圖1　絨囊封堵前后地層水滲透率Fig.1 Formation water permeability before and after plugging by fuzzy-ball fluid

圖2　絨囊封堵前后地層水注入壓力Fig.2 Formation water injection pressures before and after plugging by fuzzy-ball fluid

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與討論Test data analysis and review

3.1絨囊流體堵水效果評(píng)價(jià)

Performance of the fuzzy-ball fluid in water plugging

定義絨囊流體注入前后地層水滲透率損失率η1及注入壓力變化率θ1，按照式（1）和式（2）計(jì)算。式中，η1為滲透率損失率，%；k1為柱塞中地層水滲透率，mD；kw為絨囊流體注入前原始地層水滲透率，mD；θ1為壓力變化率，%；p1為絨囊流體注入后地層水穩(wěn)定注入壓力，MPa；pw為絨囊流體注入前地層水穩(wěn)定注入壓力，MPa。

以相同礦化度下2枚柱塞滲透率及壓力均值表征單一礦化度煤油實(shí)驗(yàn)效果，如圖3和圖4。可以看出，地層水礦化度1×104～ 20×104mg/L環(huán)境下，初始煤油滲透率252.29～257.40 mD，注入壓力0.50～0.52 MPa。絨囊封堵后煤油滲透率230.17～234.28 mD，注入壓力0.53～0.55 MPa。

圖3　絨囊封堵前后煤油滲透率變化Fig.3 Changes in kerosene permeability before and after plugging by fuzzy-ball fluid

圖4　絨囊封堵前后煤油注入壓力變化Fig.4 Changes in kerosene injection pressures before and after plugging by fuzzy-ball fluid

對(duì)比礦化度1×104mg/L、10×104mg/L、20× 104mg/L下絨囊流體封堵地層水滲透率損失率及注入壓力變化率，如圖5。

圖5　絨囊封堵后地層水滲透率及注入壓力變化率Fig.5 Changes in formation water permeability and injection pressure before and after plugging by fuzzy-ball fluid

從圖5可看出，地層水礦化度1×104mg/L、10×104mg/L、20×104mg/L，絨囊流體注入后地層水滲透率損失率為52.53%，50.49%，43.15%，地層水注入壓力變化率為262.64%，216.30%，205.83%。實(shí)驗(yàn)表明礦化度20×104mg/L地層環(huán)境下，絨囊流體有效降低地層水流動(dòng)能力。

3.2絨囊流體穩(wěn)油效果評(píng)價(jià)

Performance of the fuzzy-ball fluid in stabilizing oil production

定義絨囊流體注入前后煤油滲透率損失率η2及注入壓力變化率θ2，按照式（3）和式（4）計(jì)算。式中，η2為煤油滲透率損失率，%；k2為絨囊流體注入后煤油滲透率，mD；ko為絨囊流體注入前煤油滲透率，mD；θ2為壓力變化率，%；p2為絨囊流體注入后煤油穩(wěn)定注入壓力，MPa；po為絨囊流體注入前柱塞中煤油穩(wěn)定注入壓力，MPa。

對(duì)比3種礦化度1×104mg/L、10×104mg/L、20× 104mg/L下絨囊流體注入前后煤油滲透率損失率及注入壓力變化率，如圖6。

圖6　絨囊流體注入后煤油滲透率及注入壓力變化Fig.6 Changes in kerosene permeability and injection pressure before and after plugging by fuzzy-ball fluid

從圖6可以看出，地層水礦化度1×104mg/L、10×104mg/L、20×104mg/L條件下，絨囊流體封堵后煤油滲透率分別下降9.32%、8.77%、8.68%，注入壓力分別上升6.06%、8.08%、5.83%，煤油流動(dòng)能力穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)表明絨囊流體在高達(dá)20×104mg/L礦化度地層中穩(wěn)油能力良好。

4 應(yīng)用實(shí)例Field applications

陸地油田Y井，地層水礦化度8×104mg/L地層注入105 m3絨囊流體18 d后提高泵次50%，至第42 d，油井產(chǎn)水量由26.71 m3/d降至14.42 m3/d，降幅46.01%；產(chǎn)油量由0.10 m3/d增至6.20 m3/d，增幅61倍，目前產(chǎn)油量穩(wěn)定在4.10 m3/d累計(jì)超過(guò)100 d。

陸地油田Z井，地層水礦化度大于4×104mg/L地層注入120 m3絨囊流體60 d后實(shí)施深抽，至71 d產(chǎn)水量由15.71 m3/d降至13.20 m3/d，降幅15.99%；產(chǎn)油量由1.71 m3/d增至4.80 m3/d，增幅180%，目前持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)超過(guò)40 d。

絨囊流體應(yīng)用2口井堵水作業(yè)中，通過(guò)增大泵效、引入深抽工藝，有效降低油井產(chǎn)水量的同時(shí)，提高產(chǎn)油量，絨囊流體穩(wěn)油控水效果接近室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明絨囊流體適用于含高礦化度地層水地層的穩(wěn)油控水。

5 結(jié)論與建議Conclusions and suggestions

（1）實(shí)驗(yàn)表明，絨囊流體注入地層后能夠有效降低產(chǎn)水量，穩(wěn)定地層產(chǎn)油量，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)油控水效果，為現(xiàn)場(chǎng)高礦化度地層堵水作業(yè)提供可靠手段。

（2）絨囊流體進(jìn)入高含水地層后，能夠顯著增加地層水流動(dòng)阻力，對(duì)油相流動(dòng)阻力改變效果不明顯。建議現(xiàn)場(chǎng)絨囊流體堵水作業(yè)中，注入絨囊流體后利用深抽、增大泵效等手段整體提高地層流體流動(dòng)能量，提高地層產(chǎn)油量。

（3）絨囊流體在含高礦化度地層水地層中穩(wěn)油控水機(jī)理還需要進(jìn)一步研究，但室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用均表明，絨囊流體應(yīng)用于高礦化度地層水油井穩(wěn)油控水作業(yè)可行。

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（修改稿收到日期 2016-01-15）

〔編輯 朱 偉〕

Fuzzy-ball fluid for stabilizing oil production and water control in formations with high-salinity water

ZHU Liguo1， HUANG Bo1， CHEN Weiyu1， SUN Liang1， LIAO Di2
1. CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co.， Tianjin 300452， China； 2. Beijing Huayou KelongDevelopment Corp.， Beijing 100028， China；3. China University of Petroleum， Qingdao， Shandong 266580， China；4. Research Institute of Exploration and Development， Huabei Oilfield CO.， Renqiu， Hebei 062552， China

To clarify the performance of fuzzy-ball fluid in stabilizing oil production and water control in formations with highsalinity water， the constant flow velocity was used under temperature of 120 ℃， confining pressure of 15 MPa and backpressure of 1.5 MPa to determine changes in permeability and injection pressures of steady flow in man-made sandstone columns with kerosene and salt water of various salinities before and after plugging by fuzzy-ball fluids. Test results show that， under constant flow rate of 0.1 mL/ min， displacement pressures of formation water containing Fe2+， Ca2+and Mg2+with salinity of 1×104mg/L， 10×104mg/L， 20×104mg/L，respectively， increased from 0.46-0.63 MPa to 1.39-2.23 MPa， plugging capabilities increased by 205.83%-262.64%， and permeability decreased from 140.82-193.30 mD to 66.96-109.85 mD with a losing rate of 43.15%-52.53% after plugging by the fuzzy-ball fluid. In addition， kerosene was used to simulate formation oil to determine plugging performances under identical conditions. The results show that displacement pressures increased by 5.83%-8.08%， from 0.48-0.52 MPa to 0.51-0.55 MPa， and permeability decreased from 232.05-272.52 mD to 211.09-249.25 mD with losing rate of 2.26%-4.51%. Fuzzy-ball fluids were applied in Well Y and Well Z with formationwater salinity of 8×104mg/L and 4×104mg/L for stabilizing oil production and water control. By promoting pumping frequency and deeper pumping， water production in these wells decreased by 46.38% and 15.99%， whereas oil production increased by 6 200% and 180% respectively. These research results and application performances suggest that the fuzzy-ball fluids with resistance to high-salinity formation water can be deployed for stabilizing oil production and water control.

water plugging； fuzzy-ball fluid； high-salinity formation water； stabilizing oil production and water control； laboratory test； field application

ZHU Liguo， HUANG Bo， CHEN Weiyu， SUN Liang， LIAO Di， JIANG Mengqi， FENG Lijuan. Fuzzy-ball fluid for stabilizing oil production and water control in formations with high-salinity water［J］.Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（2）： 216-220.

TE358

A

1000 -7393（ 2016 ） 02 -0216-05

10.13639/j.odpt.2016.02.017

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“三氣合采鉆完井技術(shù)與儲(chǔ)層保護(hù)”（編號(hào)：2016ZX05066002-001）。

朱立國(guó)（1981-），2007年畢業(yè)于西北大學(xué)應(yīng)用微生物專業(yè)，現(xiàn)從事調(diào)剖堵水及三次采油研究工作。通訊地址：（300452）天津市濱海新區(qū)港城大道農(nóng)工新村中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司121室。電話022-66907731。E-mail：zhulg@ cnooc.com.cn

引用格式：朱立國(guó)，黃波，陳維余，孫亮，廖迪，姜夢(mèng)奇，馮麗娟.適于高礦化度地層水地層的穩(wěn)油控水絨囊流體［J］.石油鉆采工藝，2016，38（2）：216-220.