改性乳液調(diào)剖體系在渤海J油田的研究與應(yīng)用

趙 鵬，孟祥海，韓玉貴，宋 鑫，苑玉靜

（中海石油有限公司天津分公司/海洋石油高效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津塘沽 300452）

渤海J油田位于渤海遼東灣北部海域，主要開發(fā)東二下段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ油組，油層溫度60 ℃左右[1-2]。該油田地層層內(nèi)非均質(zhì)性較強(qiáng)，W平臺(tái)42口井中 41口井滲透率變異系數(shù)為 0.72～1.96，小層變異系數(shù)均大于0.7；油田滲透率變異系數(shù)高達(dá)0.79。該油田自2007年開展大規(guī)模聚合物驅(qū)試驗(yàn)，截止2013年，W平臺(tái)8口注聚井年注入量約130×104m3，年聚驅(qū)增油量約12×104m3，增油效果顯著[3-5]。

但隨著聚驅(qū)規(guī)模擴(kuò)大，很大一部分注聚井發(fā)生聚竄，油井產(chǎn)出液含聚濃度增幅 4%～53%，目前作業(yè)過程中存在如下問題：①多輪次調(diào)剖后常規(guī)調(diào)剖體系封堵效率低，嚴(yán)重影響聚驅(qū)及平臺(tái)流程處理效果，調(diào)剖藥劑性能有待提高；②單井調(diào)剖效果有限，需整體調(diào)剖，作業(yè)井次多，工作量大；③平臺(tái)作業(yè)空間有限，交叉作業(yè)的實(shí)施難度大。受海上平臺(tái)空間及資源制約，常規(guī)調(diào)剖技術(shù)已難以滿足海上油田調(diào)剖需求[6-8]。調(diào)剖技術(shù)是改善注聚井聚竄問題以及降水增油效果的重要方式，但調(diào)剖過程中急需解決的難題是平臺(tái)空間受限制。本文結(jié)合現(xiàn)有平臺(tái)注聚設(shè)備，通過室內(nèi)物理模擬方法，研究優(yōu)選出了改性后的在線調(diào)剖體系并改良了配套工藝，有效地解決了渤海J油田聚竄的問題。

1 在線調(diào)剖體系室內(nèi)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

試劑：渤海 J油田現(xiàn)場(chǎng)用改性乳液聚合物（聚丙烯酰胺類，分子量1 200×104，固含量33%）、交聯(lián)劑、助交聯(lián)劑、氯化鈉、氯化鉀、無水氯化鈣、氯化鎂、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉等。

儀器：HH-2恒溫?cái)?shù)顯水浴鍋，數(shù)顯電子天平，博勒飛DV-II黏度儀添加物模實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

1.2 調(diào)剖體系配方優(yōu)選

將濃度1 500 mg/L改性乳液聚合物與一定比例的交聯(lián)劑和助交聯(lián)劑配制成均勻溶液，分裝于磨口廣口瓶中，置于60 ℃的恒溫干燥箱中，每隔一段時(shí)間取出觀察成膠情況，記錄成膠時(shí)間，測(cè)定在剪切速率6 r/min下凝膠黏度（圖1）。

圖1 成膠時(shí)間隨助交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化

由圖1可知，隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，成膠時(shí)間縮短，且當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.10%時(shí)，成膠時(shí)間低于72 h；隨著助交聯(lián)劑含量增加，成膠時(shí)間大幅縮短，且助交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.12%時(shí)，成膠時(shí)間縮短幅度較小。結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)綜合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求及經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)選出在線調(diào)驅(qū)體系配方為：1 500 mg/L乳液聚合物+0.10%交聯(lián)劑+0.12%助交聯(lián)劑體系，成膠時(shí)間為51 h，滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。

1.3 在線調(diào)剖體系性能研究

調(diào)剖體系性能是調(diào)剖作業(yè)成功實(shí)施的關(guān)鍵，溫度、剪切速率、地層水礦化度、二價(jià)陽離子等對(duì)凝膠體系的穩(wěn)定性有較大影響[9-12]。聚合物凝膠強(qiáng)度是評(píng)價(jià)調(diào)剖能力的重要指標(biāo)，性能良好的調(diào)剖劑必須在目標(biāo)油藏環(huán)境下保持良好的成膠能力，因此，有必要深入研究溫度、地層水礦化度、二價(jià)陽離子等因素對(duì)聚合物調(diào)剖體系成膠性能的影響。

1.3.1 溫度對(duì)成膠性能的影響。

根據(jù)優(yōu)選的交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，在剪切速率為 6 r/min條件下，分別測(cè)定不同溫度下凝膠強(qiáng)度隨時(shí)間變化關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。在固定時(shí)間條件下，溫度越高則凝膠強(qiáng)度越大；當(dāng)時(shí)間高于60 h后，凝膠強(qiáng)度隨時(shí)間延長，增長速率變大。

圖2 溫度對(duì)凝膠強(qiáng)度的變化

1.3.2 礦化度對(duì)成膠性能的影響。

耐鹽性是評(píng)價(jià)凝膠體系性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在礦化度為5 000 ～50 000 mg/L條件下，考察凝膠強(qiáng)度的變化情況可看出，隨著礦化度升高，凝膠強(qiáng)度降低，礦化度在5 000 mg/L至15 000 mg/L時(shí)，凝膠強(qiáng)度降低幅度較大；在15 000 mg/L后凝膠強(qiáng)度基本不變。在高礦化度條件下，凝膠黏度仍維持在52 000 mPa·s以上，表明該凝膠體系耐鹽性好（圖3）。

圖3 礦化度對(duì)凝膠強(qiáng)度的變化

1.3.3 二價(jià)陽離子對(duì)成膠性能的影響。

金屬離子使聚合物形成絮凝物，二價(jià)陽離子特別是鈣鎂離子對(duì)凝膠強(qiáng)度有較大影響。實(shí)驗(yàn)考察二價(jià)陽離子濃度對(duì)聚合物凝膠性質(zhì)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。可以看出，隨著鈣、鎂離子濃度增加，凝膠強(qiáng)度逐漸降低，但當(dāng)鈣、鎂離子濃度高于1 500 mg/L時(shí)，凝膠強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，說明該凝膠體系強(qiáng)度受二價(jià)陽離子的影響較小。

圖4 二價(jià)陽離子對(duì)凝膠強(qiáng)度影響

1.3.4 調(diào)剖體系的封堵性能

針對(duì)優(yōu)選的調(diào)剖體系，設(shè)計(jì)不同組合方案，利用填砂管模型進(jìn)行地層堵水性能測(cè)定，實(shí)驗(yàn)用填砂管基本參數(shù)見表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2和圖5。用模擬地層水測(cè)定填砂管模型水相滲透率后，注入2 PV聚合物調(diào)剖劑，關(guān)閉巖心兩端閥門，在溫度60 ℃下候凝72 h，記錄壓力、流量數(shù)據(jù)。根據(jù)達(dá)西公式計(jì)算封堵前后的水相滲透率，求得調(diào)剖體系的封堵率。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，調(diào)剖劑注入后滲透率大幅度降低，封堵率高達(dá) 97.2%～98.1%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明優(yōu)選的調(diào)剖體系地層封堵性能較好。

表1 填砂管基本數(shù)據(jù)

表2 調(diào)剖體系封堵性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.3.5 調(diào)剖體系的注入性能

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出（表3），優(yōu)選出的在線調(diào)剖聚合物體系注入能力較好，調(diào)剖體系的殘余阻力系數(shù)分別為1.52和1.49，表明該調(diào)剖劑具有封堵能力強(qiáng)、耐沖刷效果好，能滿足現(xiàn)場(chǎng)調(diào)剖技術(shù)要求。

2 在線調(diào)剖工藝

圖5 巖心模擬試驗(yàn)

表3 阻力系數(shù)與殘余阻力系數(shù)數(shù)據(jù)

針對(duì)目前海上油田常規(guī)調(diào)剖存在作業(yè)時(shí)間長、設(shè)備多、平臺(tái)占用空間大、無法與其他作業(yè)交叉進(jìn)行等問題，對(duì)渤海J油田西區(qū)原注聚流程進(jìn)行改造，在不改變?cè)芯酆衔锸旎鞒?、混配與注入系統(tǒng)的前提下，增加2個(gè)1 m3配料罐和1個(gè)高壓柱塞計(jì)量泵作為交聯(lián)劑注入流程，與原有注聚流程連接，實(shí)行單泵對(duì)單井施工工藝，具體流程如圖6所示。

圖6 礦場(chǎng)在線調(diào)剖流程

與常規(guī)調(diào)剖設(shè)備相比，應(yīng)用在線調(diào)剖工藝技術(shù)后，外加設(shè)備占地面積由57 m2降至6 m2，注入速度由12 m3/d升至28 m3/d，注入流程外加設(shè)備少，注入速度提升，調(diào)剖流程簡單。此外，在線調(diào)剖工藝技術(shù)解決了常規(guī)調(diào)剖不可與其他作業(yè)交叉進(jìn)行的問題，有效地提高了作業(yè)效率。

3 礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

J油田自2013年8月實(shí)施在線調(diào)剖實(shí)驗(yàn)以來，已累計(jì)實(shí)施6個(gè)井組。目前全油田遞減率由作業(yè)前的10%～15%降至5%，穩(wěn)油控水效果顯著。生產(chǎn)井見聚濃度均大幅降低，6個(gè)井組產(chǎn)出液平均聚合物濃度由450 mg/L降為360 mg/L，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的生產(chǎn)井調(diào)剖前后聚合物濃度變化如圖7所示。

圖7 調(diào)剖前后生產(chǎn)井聚合物濃度對(duì)比

通過礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的監(jiān)測(cè)與分析， 6口水井實(shí)施在線調(diào)剖實(shí)驗(yàn)以來，周圍油井含水率增長緩慢，部分油井甚至呈下降趨勢(shì)，目前仍持續(xù)有效。以J4井為例，聚合物濃度由542 mg/L降至280 mg/L，含水率由50%降至42%，兩年來持續(xù)有效。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，該技術(shù)可有效封堵高滲層，抑制聚驅(qū)竄流，提高聚驅(qū)中后期的驅(qū)油效果。

4 結(jié)論

（1）通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)優(yōu)選出了改性調(diào)剖體系配方，其中交聯(lián)劑和助交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.10%和 0.12%，成膠時(shí)間為 51 h，封堵率高達(dá) 97.2%以上，滿足J油田在線調(diào)剖作業(yè)要求。

（2）溫度及礦化度對(duì)調(diào)剖體系凝膠強(qiáng)度有較大影響，鈣、鎂二價(jià)陽離子的影響較小。

（3）相對(duì)傳統(tǒng)調(diào)剖工藝，在線調(diào)剖工藝充分利用平臺(tái)現(xiàn)有注聚設(shè)備，外加設(shè)備少，注入速度有所提升。在線調(diào)剖工藝解決了常規(guī)調(diào)剖不可與其他作業(yè)交叉進(jìn)行的問題，作業(yè)效率高。

（4）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明，J油田實(shí)施在線調(diào)剖后，生產(chǎn)井產(chǎn)出液中聚合物濃度與油田遞減率均大幅度降低，不僅有效地解決了聚竄的問題，同時(shí)含水上升趨勢(shì)得到有效抑制，穩(wěn)油控水效果顯著。

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