聚合物微球調(diào)驅(qū)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)

續(xù) 博 ，李泰余，孟 越，劉 超，吳文超，李 平，羅 強(qiáng)

（1.陜西明德石油科技有限公司，陜西西安 710016；2.西安中孚凱宏石油科技有限責(zé)任公司，陜西西安 710016；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采油廠，陜西西安 710016）

隨著安塞油田注水開(kāi)發(fā)，由于受油藏地層的非均質(zhì)性影響，同時(shí)受層間、平面、層內(nèi)矛盾和天然裂縫、微裂縫、壓裂造成的裂縫、局部高滲帶的影響，再者受油藏類型、砂體展布方向、注采井網(wǎng)等因素影響，嚴(yán)重制約了油田的注水效果。

具體表現(xiàn)之一為注水井的注入水沿單向突進(jìn)，導(dǎo)致水驅(qū)波及體積減小，突進(jìn)方向油井見(jiàn)水后含水迅速上升、產(chǎn)油量大幅度下降，而側(cè)向井地層壓力保持水平較低，長(zhǎng)期低產(chǎn)低效，嚴(yán)重影響油田整體開(kāi)發(fā)水平。

為了解決上述問(wèn)題，調(diào)剖調(diào)驅(qū)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并且通過(guò)多年的應(yīng)用實(shí)踐，能夠有效的優(yōu)化注水效果，提高油田的整體開(kāi)發(fā)水平。而聚合物微球調(diào)驅(qū)技術(shù)則是在以往的調(diào)剖調(diào)驅(qū)技術(shù)上近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型深部調(diào)驅(qū)技術(shù)。

1 儲(chǔ)層特征及水淹類型

1.1 地質(zhì)及儲(chǔ)層特征

安塞油區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中部，構(gòu)造由西向東逐漸抬升，砂體呈北東-南西向展布，斜坡上發(fā)育東西向、北東-南西向的小型鼻狀構(gòu)造。開(kāi)發(fā)含油層位主要有長(zhǎng)2、長(zhǎng)3、長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6，其中長(zhǎng)6 和長(zhǎng)2 為主力開(kāi)采層，為典型的巖性-構(gòu)造油藏，向東為巖性控制，向西為構(gòu)造控制，巖心孔隙度在2.0 %～17.16 %，平均值約11.27 %；滲透率在0.1×10-3μm2～38.82×10-3μm2，平均值約1.01×10-3μm2，整體屬于特低孔、特低滲儲(chǔ)層。其中長(zhǎng)6 儲(chǔ)層普遍存在天然垂直微裂縫，微裂縫分布不均勻，在原始?jí)毫ο乱话愠书]合狀態(tài)，注水后，注入水易沿裂縫水竄，水線推進(jìn)速度較快，主向油井含水上升速度快，甚至快速水淹，水驅(qū)狀況變差。

1.2 水淹類型

針對(duì)安塞低滲裂縫油藏，依據(jù)受效方向、見(jiàn)水見(jiàn)效周期、含水與采出程度關(guān)系，可以進(jìn)行水淹類型的劃分：（1）孔隙型水淹；（2）裂縫-孔隙型水淹；（3）裂縫型水淹（見(jiàn)圖1）。

2 聚合物微球調(diào)驅(qū)工藝

2.1 所采用化學(xué)藥劑

該技術(shù)所采用的主要化學(xué)藥劑是一種見(jiàn)水膨脹的高分子聚合物，其優(yōu)點(diǎn)包括受外界影響小，可以直接用污水配制，耐高溫高鹽，以及注入無(wú)黏度、無(wú)污染、成本較低等。粒徑具有可選性，目前現(xiàn)場(chǎng)主要應(yīng)用的微球聚合物粒徑有100 nm、300 nm、500 nm 及800 nm等。外觀為乳白色或淡黃色均相液體，pH 值在6～8，可析出固形物含量大于等于22.0 %，密度在0.950 g/m3～1.050 g/m3。

2.2 注入設(shè)備

注入設(shè)備是一種可移動(dòng)撬裝加藥裝置，外形尺寸2 200 mm×2 200 mm×2 320 mm，內(nèi)部主要構(gòu)件，計(jì)量泵（核心部分），攪拌器，齒輪泵，防爆配電柜，電表箱，高壓軟管，照明設(shè)施，儲(chǔ)液罐，安全閥，過(guò)濾器，液位計(jì)，加熱器，阻尼器。設(shè)備嚴(yán)格按照中國(guó)石油天然氣股份有限公司標(biāo)準(zhǔn)《Q/SY CQ 3647-2016 聚合物微球驅(qū)加注裝置技術(shù)規(guī)范》技術(shù)條件要求加工定制，具有防塵、防雨、防風(fēng)，并具有良好的通風(fēng)透氣能力。

圖1 水淹類型劃分標(biāo)準(zhǔn)

圖2 微球調(diào)驅(qū)封堵轉(zhuǎn)向過(guò)程示意圖

2.3 調(diào)驅(qū)機(jī)理

聚合物微球具有“變形蟲”特性，溶脹后，若聚合物微球直徑小于喉道直徑的1/3，聚合物微球通過(guò)模式表現(xiàn)為“順利通過(guò)”，若大于喉道直徑的1/3，則以“變形蟲”的方式通過(guò)，壓力較大時(shí)發(fā)生一定的破碎。

聚合物微球注入到油層孔隙后，在近井地帶，由于壓差較大，聚合物微球在驅(qū)動(dòng)壓力作用下，產(chǎn)生變形，通過(guò)油層孔隙聚合物微球移動(dòng)到油層深部；在油層深部，由于壓差較小，聚合物微球在孔隙內(nèi)滯留，堵塞孔隙通道，起到了調(diào)驅(qū)作用。聚合物微球的調(diào)剖機(jī)理為：（1）變形驅(qū)動(dòng)機(jī)理；（2）壓力波動(dòng)機(jī)理；（3）剪切破碎機(jī)理。實(shí)際上，在顆粒通過(guò)孔喉時(shí)，常常是幾種機(jī)理的綜合表現(xiàn)，很難發(fā)現(xiàn)單獨(dú)一種機(jī)理起作用（見(jiàn)圖2）。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 注入方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果及室內(nèi)分析評(píng)價(jià)，對(duì)注入粒徑、濃度及合理注入量進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)室內(nèi)巖心驅(qū)替試驗(yàn)，滲透率0.5 mD，粒徑100 nm（濃度0.3 %）綜合封堵效果最好；滲透率3.0 mD，粒徑800 nm（濃度0.3 %）綜合封堵效果最好；滲透率10.0 mD，粒徑300 nm（濃度0.3 %）綜合封堵效果最好。

3.1.1 注入粒徑選擇 前期電鏡觀察結(jié)果顯示，微球粒徑小于喉道半徑可實(shí)現(xiàn)深部驅(qū)替（見(jiàn)圖3）。

以增大比面降低滲透率理論，結(jié)合填砂管封堵試驗(yàn)，對(duì)比不同粒徑聚合物微球在不用滲透率填砂管中的封堵率，研究最佳粒徑匹配公式：

式中：D-微球擴(kuò)散系數(shù)，數(shù)值；F-微球融合系數(shù)，數(shù)值；η-注微球后巖心封堵率，%；k-高滲透層注微球前滲透率，10-3μm2；φ-高滲透層注微球前孔隙度，小數(shù)；Ci-微球注入濃度，mg/L；Ca-微球有效含量，小數(shù)；τ-迂曲度，數(shù)值；ρ-微球原液密度，g/cm3；Rm-微球初始粒徑，nm；Em-膨脹倍率，數(shù)值。

最佳粒徑匹配數(shù)值為理論計(jì)算封堵率在85 %～95 %所對(duì)應(yīng)的微球初始粒徑。

3.1.2 注入濃度選擇 根據(jù)室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果，隨著聚合物微球濃度的增加，阻力因子和殘余阻力因子逐漸變大，但在聚合物微球濃度高于2 000 mg/L 后，殘余阻力因子增加幅度明顯變小。聚合物微球濃度大于2 000 mg/L時(shí)，聚合物微球在巖心中形成了有效的封堵，綜合考慮聚合物微球性能與經(jīng)濟(jì)因素，選定聚合物微球最佳使用濃度為2 000 mg/L，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果進(jìn)行再優(yōu)化。

3.1.3 注入量的確定 根據(jù)室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果，通過(guò)不同PV 數(shù)聚合物微球注入填砂管實(shí)驗(yàn)，對(duì)比不同PV 數(shù)聚合物微球注入后殘余阻力系數(shù)變化，隨著注入聚合物微球PV 數(shù)增加，其阻力因子增加，但殘余阻力因子增大幅度逐漸變小，考慮經(jīng)濟(jì)因素，確定合理的聚合物微球注入PV 數(shù)為0.3 PV，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果進(jìn)行再優(yōu)化。

應(yīng)用于礦產(chǎn)試驗(yàn)計(jì)算可根據(jù)以封堵高滲層為目的，結(jié)合采出程度等數(shù)據(jù)計(jì)算，單井聚合物微球注入量計(jì)算公式如下：Q=0.3AhΦR。

式中：A-單水井控制含油面積；h-油層厚度；Φ-孔隙度；R-采出程度。

圖4 聚合物微球調(diào)驅(qū)工藝流程示意圖

3.2 施工工藝

將聚合物微球?qū)Ｓ弥?、配套設(shè)備與配水（閥組）間注水管線連接，按設(shè)計(jì)要求投加聚合物微球原液，微球原液隨注入水經(jīng)注水井原井管柱注入目標(biāo)地層。聚合物微球調(diào)驅(qū)基本工藝流程（見(jiàn)圖4）。

3.3 注入段塞組成

注入化學(xué)藥劑一般分為前置段塞、主體段塞、保護(hù)段塞三個(gè)段塞。

前置段塞注入長(zhǎng)效顆粒加弱凝膠，主要作用為對(duì)強(qiáng)水洗段通道進(jìn)行強(qiáng)封堵；主體段塞則是注入聚合物微球，通過(guò)不同粒徑組合，逐級(jí)深部調(diào)驅(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型優(yōu)勢(shì)通道封堵；保護(hù)段塞注入長(zhǎng)效顆粒加弱凝膠，主要作用為封口作用，延長(zhǎng)有效期。

4 結(jié)論與分析

聚合物微球調(diào)驅(qū)技術(shù)在安塞油田應(yīng)用情況良好，2016 年開(kāi)展先導(dǎo)試驗(yàn)，2017 年擴(kuò)大實(shí)施后降遞減、控含水效果明顯，2018 年共實(shí)施404 口井，階段遞減由5.0 %下降到2.2 %，累增油4.43×104t，累降水9.81×104m3。同時(shí)注水壓力平均上升僅0.2 MPa，表明微球未在近井地帶堆積。注水井平均PI 值上升0.3，67 %的壓降曲線形態(tài)變緩，含水與采出程度關(guān)系曲線向右偏移，水驅(qū)效果改善，開(kāi)發(fā)形勢(shì)好轉(zhuǎn)。

4.1 現(xiàn)場(chǎng)微球粒徑與喉道匹配情況

現(xiàn)場(chǎng)施工表明，微球粒徑與喉道半徑相當(dāng)時(shí)井組增油最多。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)微球粒徑與增油關(guān)系圖

圖6 不同水淹類型增油效果圖

王窯、杏河儲(chǔ)層喉道半徑200 nm～400 nm，試驗(yàn)了100 nm、300 nm、800 nm 粒徑微球，均顯示300 nm 增油降水效果最好（見(jiàn)圖5）。

4.2 聚合物微球調(diào)驅(qū)技術(shù)對(duì)不同水淹類型的效果分析

通過(guò)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，孔隙型滲流井組實(shí)現(xiàn)凈增油，對(duì)應(yīng)油井246 口，見(jiàn)效比39.8 %；孔隙-裂縫型滲流井組實(shí)現(xiàn)零遞減，對(duì)應(yīng)油井919 口，見(jiàn)效比37.9 %；裂縫型滲流井組遞減下降明顯，對(duì)應(yīng)油井547 口，見(jiàn)效比34.4 %（見(jiàn)圖6）。

通過(guò)對(duì)比，表明微球調(diào)驅(qū)在孔隙型滲流油藏適應(yīng)性最佳，在其他滲流油藏也有顯著的效果。