中低滲透油藏周期性弱凝膠深部調(diào)驅(qū)技術(shù)研究

李承龍，張 宇

（1. 大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江大慶163712；2. 大慶師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶163712）

長(zhǎng)垣外圍油田儲(chǔ)層具有多樣性的特征，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期開(kāi)采，儲(chǔ)層層內(nèi)、層間矛盾加劇，特殊的地質(zhì)特征嚴(yán)重影響了外圍油田穩(wěn)產(chǎn)。從2010 年開(kāi)始，通過(guò)實(shí)施井網(wǎng)加密、注采系統(tǒng)調(diào)整等措施，部分區(qū)塊開(kāi)展調(diào)驅(qū)、調(diào)剖試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)效果明顯改善，但近年來(lái)措施調(diào)整潛力逐漸減小，區(qū)塊含水率升高、低效井增加、遞減較快，油層層內(nèi)、層間矛盾進(jìn)一步惡化，亟需轉(zhuǎn)變調(diào)整方向，拓展開(kāi)發(fā)方式，增加調(diào)整潛力，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)穩(wěn)油控水的目標(biāo)。

弱凝膠驅(qū)油技術(shù)是一種有效的穩(wěn)油控水技術(shù)，可適用不同類(lèi)型油藏[1?4]，具有選擇性進(jìn)入大孔道，封堵大孔道，增大高滲透區(qū)域的滲流阻力，迫使后續(xù)液流改向，克服賈敏效應(yīng)，排除油包氣鎖住的油，利用黏彈性整體運(yùn)動(dòng)形成負(fù)壓吸油，可將大量油滴匯集成連續(xù)的油流，具有黏彈性，可驅(qū)替油藏深部剩余油等作用[5]，且弱凝膠穩(wěn)定性較好[6?7]，成本較低，能滿(mǎn)足油藏大劑量深部調(diào)驅(qū)的需要[8?9]。

目前傳統(tǒng)的注入方式單一，限于連續(xù)性注入。如果對(duì)中低滲透油藏采取連續(xù)性注入方式，將導(dǎo)致注入端壓力大幅度上升，地層遭到嚴(yán)重破壞[10]，影響調(diào)驅(qū)劑注入量及開(kāi)發(fā)效果[11?15]。因此，結(jié)合長(zhǎng)垣外圍油田中低滲透油藏特點(diǎn)，開(kāi)展周期性深部調(diào)驅(qū)技術(shù)研究。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析傳統(tǒng)調(diào)驅(qū)方式與周期性深部調(diào)驅(qū)方式的驅(qū)油效果，揭示周期性深部調(diào)驅(qū)機(jī)理。以長(zhǎng)垣外油田葡萄花油層A 區(qū)塊為研究對(duì)象，開(kāi)展周期性弱凝膠深部調(diào)驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，探索相關(guān)技術(shù)調(diào)驅(qū)效果，為改善長(zhǎng)垣外圍油田開(kāi)發(fā)提供技術(shù)保障。

1 周期性深部調(diào)驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

周期性深部調(diào)驅(qū)技術(shù)是在弱凝膠調(diào)驅(qū)機(jī)理上，采用多輪次段塞注入方式實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的技術(shù)。為了揭示周期注入弱凝膠驅(qū)油機(jī)理及效果，利用長(zhǎng)巖心開(kāi)展弱凝膠與水交替注入驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所需原油取自大慶外圍油田A 區(qū)塊，45 ℃條件下原油黏度為5.9 mPa?s，實(shí)驗(yàn)用水（配制A 區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)模擬地層水）礦化度為9 230.2 mg/L，聚合物相對(duì)分子質(zhì)量為1 200 萬(wàn)，質(zhì)量濃度為800 mg/L，聚交比為30∶1 的凝膠體系，實(shí)驗(yàn)溫度為45 ℃，弱凝膠體系成膠后黏度約為7 000 Pa?s。實(shí)驗(yàn)巖心為石英砂環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)而成的3 層非均質(zhì)人造巖心，高、中、低滲透層的氣測(cè)滲透率分別約為250×10-3、150×10-3、50×10-3μm2，平 均 滲 透 率 約 為150×10-3μm2。巖心外觀尺寸為：寬×高×長(zhǎng)=4.5 cm×4.5 cm×30 cm。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）飽和水：將巖心抽真空，向巖心注入配置好的地層水，當(dāng)注入壓力恒定時(shí)，巖心飽和模擬地層水，根據(jù)飽和地層水量計(jì)算巖心孔隙體積。

（2）飽和油：向巖心中注入模擬油，當(dāng)注入壓力恒定時(shí)，根據(jù)驅(qū)替出的水量計(jì)算巖心含油飽和度。

（3）水驅(qū)：向模型中注入地層水，驅(qū)替模擬油，驅(qū)替速度設(shè)定為1.5 mL/min，直至產(chǎn)出液含水率達(dá)到100%，記錄注入壓力及產(chǎn)油、產(chǎn)水情況。

（4）調(diào)驅(qū)：向模型中注入弱凝膠，驅(qū)替速度設(shè)定為1.5 mL/min，記錄注入壓力及產(chǎn)油、產(chǎn)水情況。

（5）后續(xù)水驅(qū)：繼續(xù)注入模擬地層水，直至產(chǎn)出液含水率達(dá)到100%，記錄注入壓力及產(chǎn)油、產(chǎn)水情況。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

共進(jìn)行了3 組巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表1），分析了不同注入輪次、不同注入方式下對(duì)調(diào)驅(qū)效果的影響。1 號(hào)巖心連續(xù)注0.30 PV 弱凝膠，再后續(xù)水驅(qū)至含水率為100%；2 號(hào)巖心注入2 個(gè)輪次的弱凝膠和水段塞，再后續(xù)水驅(qū)至含水率為100%；3 號(hào)巖心注入3個(gè)輪次的弱凝膠和水段塞，再后續(xù)水驅(qū)至含水率為100%。

表1 驅(qū)油方案設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 1 Oil displacement scheme design and results

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1 為巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)曲線。由表1、圖1 可以看出，針對(duì)中低滲透非均質(zhì)巖心，弱凝膠深部調(diào)驅(qū)效果顯著，可在水驅(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高采收率；周期性深部調(diào)驅(qū)效果明顯好于傳統(tǒng)調(diào)驅(qū)方式效果，1 號(hào)巖心調(diào)驅(qū)階段提高采收率為23.1%，2 號(hào)和3號(hào)巖心調(diào)驅(qū)階段提高采收率分別為26.9%、28.7%；在整體效果方面，與1 號(hào)巖心相比，2 號(hào)巖心采收率增幅為3.6%，3 號(hào)巖心采收率增幅為5.3%；隨著注入輪次的增加，采收率增加，與2 號(hào)巖心相比，3 號(hào)巖心采收率增幅為1.7%；隨著注入輪次的增加，含水率降幅逐漸變小。

1.5 機(jī)理分析

針對(duì)中低滲透非均質(zhì)油層，采用周期性深部調(diào)驅(qū)方式，可明顯改善弱凝膠驅(qū)油效果。注入第一輪次弱凝膠，縱向上弱凝膠會(huì)優(yōu)先流入高滲透層，增大高滲透層的滲流阻力，迫使后續(xù)注入水流入中低滲透層；平面上，弱凝膠沿著高滲透區(qū)域流動(dòng)，增加高滲透區(qū)域的滲流阻力，使后續(xù)注入水發(fā)生液流轉(zhuǎn)向，擴(kuò)大波及面積，同時(shí)弱凝膠具有黏彈性，可流入油層深部，驅(qū)替深部原油。隨著凝膠黏度的增大，也增大了地層壓力。注入第二個(gè)輪次弱凝膠，在平面上和縱向上保持高滲透區(qū)域的滲流阻力和地層壓力，由于水的黏度較低，在高注入壓力下，后續(xù)注入水更容易進(jìn)入中低滲透油層，提高中低滲透層的吸液量，實(shí)現(xiàn)對(duì)中低滲透油層的有效動(dòng)用。傳統(tǒng)的深部調(diào)驅(qū)方式重點(diǎn)動(dòng)用中滲透層，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)低滲透層的有效動(dòng)用，具有一定的局限性，而周期性深部調(diào)驅(qū)方式可在有效動(dòng)用中滲透層的基礎(chǔ)上，提高低滲透層的采收率，彌補(bǔ)傳統(tǒng)調(diào)驅(qū)方式的不足。

圖1 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)曲線Fig.1 Dynamic curve of core displacement experiment

2 實(shí)例分析

大慶外圍油田葡萄花油層A 區(qū)塊含油面積為1.4 km2，地 質(zhì) 儲(chǔ) 量為92.33×104t，空 氣 滲 透 率 為168×10-3μm2，注 采 井 數(shù) 為8 注12 采，注 采井 距 為250 m，有效厚度為7.8 m。截止到2017 年4 月，綜合含水率為88.4%，水驅(qū)采出程度為21.3%，累積產(chǎn)油為19.7×104t，累積注水為61.85×104t，平均單井日產(chǎn)油量為1.1 t/d，采油速度為0.47%/a。試驗(yàn)區(qū)開(kāi)發(fā)后期產(chǎn)油量遞減很快，含水率迅速上升，層間、層內(nèi)矛盾突出，水驅(qū)效率降低。為解決層間、層內(nèi)矛盾，提高采收率，于2017 年5 月開(kāi)展弱凝膠周期性深部調(diào)驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，方案設(shè)計(jì)注入調(diào)驅(qū)劑0.084 PV，聚合物相對(duì)分子質(zhì)量為1 700 萬(wàn)，質(zhì)量濃度800~1 000 mg/L，聚交比為39∶1，共兩個(gè)輪次。

2.1 第一輪次調(diào)驅(qū)

考慮注入過(guò)程中剪切、熱解、地層吸附等作用，結(jié)合試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)特征，設(shè)計(jì)第一輪次注入調(diào)驅(qū)劑0.048 PV。試驗(yàn)區(qū)從2017 年5 月-2017 年10 月，開(kāi)展第一輪次弱凝膠調(diào)驅(qū)試驗(yàn)，試驗(yàn)效果顯著（見(jiàn)圖2）。

圖2 試驗(yàn)區(qū)日產(chǎn)油量和含水率關(guān)系Fig.2 The relation of daily oil production and watercontent curve in test area

2.1.1 注入壓力上升 注入調(diào)驅(qū)劑階段，注入壓力初期大幅度上升，后期逐步趨于平穩(wěn)，平均單井壓力為12.4 MPa，較調(diào)驅(qū)前上升了5.2 MPa。注水階段，提高了注水量，地層壓力平穩(wěn)下降。

2.1.2 儲(chǔ)層動(dòng)用狀況明顯改善 注入調(diào)驅(qū)劑過(guò)程中，高滲透層吸液量得到很好控制，中低滲透層的吸液比例提高。完成凝膠注入10 d 后，測(cè)試4 口井的吸水剖面。結(jié)果表明，高滲透層的吸水比例由調(diào)驅(qū)前的52.7% 下降到39.6%，中滲透層吸水比例由37.5% 提高到44.9%，低滲透層吸水比例由9.8%提高到15.5%。

2.1.3 增油降水效果顯著 截止到2018 年3 月，試驗(yàn)區(qū)平均單井日產(chǎn)油量由調(diào)驅(qū)前的1.1 t/d 上升到1.8 t/d，含水率由88.4% 下降到83.7%，下降了4.7%，階段累積增油9 510 t，階段提高采收率1.03%。 其中，共有8 口井明顯見(jiàn)效，見(jiàn)效率為66.7%，與見(jiàn)效前相比，見(jiàn)效井平均日產(chǎn)油量由1.0 t/d 上升到2.2 t/d，含水率由90.4% 下降到82.9%，下降了7.5%。

2.1.4 遞減率得到良好控制 弱凝膠深部調(diào)驅(qū)有效控制了油藏含水上升率，保障了試驗(yàn)區(qū)有效開(kāi)發(fā)。與2016 年相比，水驅(qū)指數(shù)由0.34 提高到0.52，自然遞減率由4.27% 降到1.22%，采油速度由0.47% 提高到1.28%。

2.2 第二輪次調(diào)驅(qū)

試驗(yàn)區(qū)從2018 年4 月-2018 年7 月開(kāi)展第二輪次弱凝膠調(diào)驅(qū)試驗(yàn)，注入調(diào)驅(qū)劑0.036 PV。

2.2.1 注入壓力上升 第二輪次注入調(diào)驅(qū)劑階段，注入壓力初期上升較快，后期逐步趨于平穩(wěn)，截止到2019 年1 月，平均單井壓力上升了0.6 MPa。注水階段，提高注水量，地層壓力平穩(wěn)下降。

2.2.2 低滲透層動(dòng)用狀況改善 低滲透層的吸液比例進(jìn)一步提高。完成凝膠注入10 d 后，測(cè)試4口井的吸水剖面。 結(jié)果表明，與第一輪次調(diào)驅(qū)相比，低滲透層吸水比例由15.5% 上升到17.2%，提高了1.7%。

2.2.3 增油降水效果較明顯 截止到2019 年1月，試驗(yàn)區(qū)平均單井日產(chǎn)油量由調(diào)驅(qū)前（2018 年3月）的1.7 t/d 上升到1.8 t/d，含水率由88.3% 下降到85.8%，下降了2.7%，階段累積增油5 817 t，階段采收率提高0.63%。其中，共有5 口井明顯見(jiàn)效，見(jiàn)效率為41.7%。

3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

試驗(yàn)區(qū)自2017 年5 月調(diào)驅(qū)以來(lái)投入費(fèi)用共計(jì)1 630 萬(wàn)元，操作成本共計(jì)1 886 萬(wàn)元，總投入為3 516 萬(wàn)元，目前區(qū)塊累計(jì)增油15 327 t，按照不同原油價(jià)格進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)（見(jiàn)表2）。從表2 中可以看出，當(dāng)原油價(jià)格在50 美元以上時(shí)，現(xiàn)階段投入產(chǎn)出比均大于1，說(shuō)明在一定的國(guó)際原油價(jià)格條件下，試驗(yàn)區(qū)實(shí)施調(diào)驅(qū)是可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的。

表2 試驗(yàn)區(qū)調(diào)驅(qū)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)Table 2 Economic benefit evaluation of the pilot area

4 結(jié) 論

（1）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，針對(duì)中低滲透油藏，周期性深部調(diào)驅(qū)效果好于傳統(tǒng)調(diào)驅(qū)方式效果。

（2）傳統(tǒng)調(diào)驅(qū)方式主要提高中滲層的動(dòng)用程度，而周期性深部調(diào)驅(qū)可在動(dòng)用中滲透層的基礎(chǔ)上，提高低滲透層的采收率。

（3）礦場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了周期性深部調(diào)驅(qū)的適用性，可有效提高中低滲透油藏采收率。

（4）對(duì)于中低滲透油藏，可優(yōu)化調(diào)驅(qū)體系質(zhì)量濃度、注入量、注入輪次，增加輪次凝膠體系質(zhì)量濃度，適當(dāng)提高每輪次后續(xù)注入水的速度，以保持較高的地層壓力水平，從而減少調(diào)驅(qū)效果逐次遞減的程度。