納米分散體驅(qū)油技術(shù)在渤海Q油田的研究與應(yīng)用

田 苗，王 濤，徐國瑞，賈永康.

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300451)

渤海Q油田為河流相沉積的稠油油藏，主力油組上部地層原油黏度為79～215 mPa·s，油組下部地層原油黏度為11～945 mPa·s。經(jīng)過長期注水開發(fā)，油田目前已進(jìn)入中高含水開發(fā)階段，產(chǎn)油量持續(xù)下降，亟須有效的控水增油措施。Q油田注入水水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)，油田注水不足，常規(guī)調(diào)剖、調(diào)驅(qū)體系會進(jìn)一步影響注水量，易造成注入壓力高、注入困難等問題，影響措施施工及效果。海上平臺空間有限、作業(yè)繁多，常規(guī)的調(diào)剖、調(diào)驅(qū)體系還存在工藝復(fù)雜、設(shè)備占地面積大、作業(yè)時間長影響平臺正常生產(chǎn)等問題[1-8]。

針對以上問題開展了納米分散體驅(qū)油技術(shù)研究，該技術(shù)產(chǎn)品擁有超低界面張力和極強(qiáng)的原油分散攜帶能力，能夠大幅提高驅(qū)油效率，并在一定程度上改善層間矛盾[9-17]。與常規(guī)調(diào)剖、調(diào)驅(qū)技術(shù)相比，具有施工簡便、藥劑注入性好、設(shè)備占地面積小、采收率提高明顯、綠色無污染等顯著優(yōu)點(diǎn)。

1 納米分散體增產(chǎn)機(jī)理及特點(diǎn)

納米級分散體是特殊的化學(xué)藥劑，可使油和水形成離散狀分散體。分散體總是存在于油水之間，具有油水兩相性質(zhì)，由于分散體中的每個油滴和水滴呈現(xiàn)分子量級，其最小直徑可以達(dá)到1 nm，因此可以在油藏條件下穩(wěn)定存在。其增產(chǎn)機(jī)理為：①形成超低界面張力，可以極大降低毛細(xì)管力差異，從而降低了系統(tǒng)對油的束縛；②極強(qiáng)的原油分散攜帶能力，使得注入流體在沖刷孔隙的過程中，原油易于剝落成小油滴而被驅(qū)替出來，能夠大幅提高水驅(qū)洗油效率；③改變巖石潤濕性，使其由油濕轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂?，降低原油在地層孔隙中的流動阻力，改善孔喉，提高滲流效率；④調(diào)節(jié)驅(qū)替面，從而打開了新的驅(qū)替通道。

納米級分散體驅(qū)油技術(shù)是一種新型的前沿技術(shù)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：①注入性好，穿透能力強(qiáng)，在地層介質(zhì)中擴(kuò)散速度較快；②適用性廣，抗高溫、高鹽、稠油；③針對性強(qiáng)，可以根據(jù)不同油藏特點(diǎn)設(shè)計有針對性的獨(dú)立配方；④驅(qū)替效率高，實(shí)驗(yàn)室及礦產(chǎn)試驗(yàn)證明其驅(qū)替效率遠(yuǎn)高于水驅(qū)；⑤施工工藝簡單，采用在線注入，無須大型設(shè)備；⑥綠色無污染，不易與其他油田的化學(xué)藥劑發(fā)生反應(yīng)，生物降解率高于95%，藥劑排出前自動分解，對流程無影響。其外觀為乳白色液體，與油水互溶，pH值為5.5～6.0，黏度為1.5～2.0 mPa·s。

2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評價

針對納米分散體的以上機(jī)理特點(diǎn)，可見其增油機(jī)理的根本主要在于其超低的界面張力和改善潤濕能力。本文提取了Q油田的油水樣，結(jié)合油藏溫度、壓力，設(shè)計實(shí)驗(yàn)以進(jìn)行多方驗(yàn)證。

2.1 界面張力測試

利用Q油田現(xiàn)場油水樣配制0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%六組濃度的納米級分散體溶液，參照標(biāo)準(zhǔn)《界面張力測定方法：旋轉(zhuǎn)滴法》(SY/T 5545—1992)，使用高清界面張力儀Attension在60 ℃條件下進(jìn)行油水界面張力測試，結(jié)果見表1?？梢钥闯?，隨著納米分散體濃度的增加，油水界面張力不斷降低。濃度為0.5%的納米分散體可以在油水界面形成超低界面張力，達(dá)到10-3級別。

表1 不同濃度下油水界面張力實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Experimental results of interfacial tension at different concentrations

2.2 原油降黏率實(shí)驗(yàn)

參照標(biāo)準(zhǔn)《稠油降黏劑技術(shù)要求》(QSH-0055—2007)中“5.6降黏率”方法，使用Q油田地層水配制溶液3份，然后加入納米級分散體配制成0.0%、0.3%、0.5%三組濃度的納米級分散體溶液，使用Bookfield黏度計分別測試在60 ℃條件下3組濃度納米級分散體溶液對油田原油的降黏率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2?？梢钥闯觯{米分散體對原油有一定的降黏效果，濃度為0.5%條件下原油的降黏率達(dá)到48.7%。

表2 原油降黏率測定實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test results of viscosity reduction rate of crude oil

2.3 潤濕性及驅(qū)替能力測試

室內(nèi)測定了無分散體的溶液和含0.5%分散體的溶液對地層原油/水之間的界面張力及砂巖體系潤濕性的影響。使用Q油田現(xiàn)場油水樣，砂粒為40～70目的地層砂，燒杯容積為25 mL。

取0.5%分散體的溶液和無分散體的溶液各10 mL分別加入燒杯中，并分別緩慢加入10 mL地層油。由于重力分異，地層油在上，水溶液在下。取兩份3 g的實(shí)驗(yàn)砂粒，緩慢均勻撒入燒杯中。由于石英砂表面被地層油包裹，砂粒會攜帶大量的油形成油包砂沉入溶液底部。同時將兩個燒杯放在恒溫加熱墊上加熱至地層溫度60 ℃，觀察記錄油包砂的動態(tài)變化。

測試結(jié)果表明，當(dāng)燒杯加熱到60 ℃后，油包砂在地層水中保持穩(wěn)定，地層油始終與砂粒固結(jié)在一起沉降在水底，水相無法打破油相進(jìn)入砂體內(nèi)。證明油相是潤濕相且油水間界面張力極大，同時水相無法潤濕砂粒(圖1a)。含有0.5%分散體的水溶液在整個體系達(dá)到地層溫度后能夠代替油相成為潤濕相，油包砂體系被打破。由于0.5%的分散體可以提供超低界面張力，在細(xì)微的重力差異下水溶液進(jìn)入砂體內(nèi)驅(qū)替出地層油(圖1b)。

圖1 潤濕性和驅(qū)替能力測試實(shí)驗(yàn)Fig.1 Wettability and displacement capability test

2.4 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

設(shè)計對比實(shí)驗(yàn)，利用巖心驅(qū)替來驗(yàn)證納米分散體的驅(qū)替效果。取5塊巖心，其具體參數(shù)見表3。1#巖心進(jìn)行純生產(chǎn)水驅(qū)。2#巖心性質(zhì)與1#巖心極為相似，注入納米級分散體藥劑進(jìn)行驅(qū)油。整個3#巖心組所用的巖心為同源巖心，性質(zhì)結(jié)構(gòu)極為相似，3-1#巖心進(jìn)行純生產(chǎn)水驅(qū)，3-2#巖心采用一般化學(xué)驅(qū)，3-3#巖心采用納米級分散體驅(qū)油技術(shù)。

表3 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)Table 3 Core parameters of core displacement experiment

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4和圖2、圖3所示，可以看出，進(jìn)行純生產(chǎn)水驅(qū)的1#巖心，其原油驅(qū)替率為70%；而進(jìn)行納米級分散體驅(qū)油的2#巖心，其原油驅(qū)替率為95%，與水驅(qū)相比提高了25個百分點(diǎn)。3#巖心組的參照實(shí)驗(yàn)也表明納米級分散體驅(qū)油的原油驅(qū)替率最優(yōu)，高達(dá)97%，遠(yuǎn)高于水驅(qū)和一般化學(xué)驅(qū)。

表4 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Experimental results of core displacement

圖2 1#和2#巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比Fig.2 Displacement experiment results of core 1# and 2#

圖3 3-1#、3-2#和3-3#巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比Fig.3 Displacement experiment results of core 3-1#, 3-2# and 3-3#

通過實(shí)驗(yàn)研究，證明0.5%的納米分散體具有使Q油田油水界面張力降至10-3級別的能力，同時納米分散體具有超強(qiáng)的潤濕性。并從側(cè)面證實(shí)納米分散體具有油水兩相性質(zhì)。油水界面張力降至10-3級別后，極大降低了毛細(xì)管力差異，增加了驅(qū)替毛管數(shù)，能夠打開常規(guī)水驅(qū)無法進(jìn)入的小孔道，提高微觀水驅(qū)波及體積及洗油效率。納米分散體溶液的巖心驅(qū)替動態(tài)洗油效率相比水驅(qū)提高25%～46%。

3 礦場應(yīng)用

3.1 選井原則

(1)選擇區(qū)塊時，應(yīng)避免包含已形成的大孔道；

(2)井間連通性良好，盡量遠(yuǎn)離斷層；

(3)油水井對應(yīng)關(guān)系清晰，注水方向明確；

(4)區(qū)塊需要有一定的增產(chǎn)潛力，含有較多的剩余可采儲量。

3.2 施工工藝

Q油田某井組整體高含水，井組包含1口注水井、3口油井，注水井的注水速度為769 m3/d，井組日產(chǎn)液為1 174 m3/d，日產(chǎn)油為175 m3/d，綜合含水為85%，主力層存在不同程度的水淹，還有一定剩余油。建議對該井組進(jìn)行納米分散體驅(qū)油作業(yè)，提高驅(qū)油效率。

針對井組實(shí)際情況，綜合油藏工程與數(shù)值模擬研究手段，考慮經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)選藥劑注入濃度及注入周期，確定出合理的納米分散體工藝參數(shù)。該井組于2017年8月9日開始在線泵注納米分散體藥劑[18-21]，現(xiàn)場施工流程如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場施工流程Fig.4 Field construction process

初期從藥劑濃度為0.2%～0.4%試注，采取6 h+6 h(6 h藥劑，6 h注水)段塞組合，視壓力變化情況逐級提高濃度至0.6%。8月21日，壓力穩(wěn)定后，注入濃度保持在0.6%，采用12 h+12 h段塞組合。10月18日，與注水井距離較近的2口油井已見到降水效果，接下來考慮將有效濃度的藥劑送到更遠(yuǎn)的地方，以提高驅(qū)替深度、增加波及面；將段塞濃度提高至1%，并密切監(jiān)測對應(yīng)油井的產(chǎn)出情況。11月1日受平臺海管維修影響停注，注入周期約為3個月，累計注入藥劑95 t。整個注入過程嚴(yán)格按照工藝設(shè)計進(jìn)行，注入壓力波動較為平穩(wěn)，在施工過程中緊密跟蹤、分析，根據(jù)生產(chǎn)動態(tài)及時調(diào)整注入方案。

3.3 應(yīng)用效果評價

3.3.1 注水井壓降與充滿度

施工后注水井井口壓降曲線有一定程度減緩，如圖5所示。在完成納米分散體調(diào)驅(qū)后，充滿度由調(diào)驅(qū)前的69%增加到75%，充滿度的變化側(cè)面說明了納米分散體藥劑存在一定的調(diào)節(jié)驅(qū)替面的作用。

3.3.2 油井效果

從注入開始1個月左右對應(yīng)油井開始見效，日產(chǎn)液量平穩(wěn)，含水出現(xiàn)明顯下降趨勢，日產(chǎn)油量增加。井組中的3口油井均出現(xiàn)不同程度的見效，含水率降低了3%～10%，6個月有效期內(nèi)累計增油6 158 m3(表5)，降水增油效果明顯。

圖5 措施前后注水井壓降曲線Fig.5 Pressure drop curves before and after measures

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)納米分散體驅(qū)油技術(shù)克服了常規(guī)調(diào)剖、調(diào)驅(qū)體系在渤海Q油田應(yīng)用過程中出現(xiàn)的注入壓力高、注入困難及中低滲透層傷害等問題。

(2)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明納米分散體可以形成超低油水界面張力，對原油有一定的降黏效果，同時具有超強(qiáng)的潤濕性和較高的驅(qū)油效率。0.5%的納米分

表5 Q油田實(shí)驗(yàn)井組納米分散體驅(qū)油效果Table 5 Oil displacement effect of nano-dispersion in experimental well of P oilfield

散體可使Q油田油水界面張力降低到10-3級別，對原油降黏率達(dá)到48.7%，巖心驅(qū)替動態(tài)洗油效率相比水驅(qū)可以提高25%～46%。

(3)根據(jù)納米分散體驅(qū)油選井原則，優(yōu)選了實(shí)驗(yàn)井組，調(diào)驅(qū)后井組內(nèi)3口油井均出現(xiàn)不同程度的見效，單井含水率降低了3%～10%，井組6個月有效期內(nèi)累計增油6 158 m3。該技術(shù)在海上油田的首次應(yīng)用取得了明顯的增油降水效果，具有良好的應(yīng)用前景。