深部調(diào)剖劑的調(diào)剖機(jī)理與礦場應(yīng)用效果研究

何子昂

（大慶油田 采油三廠 第二油礦，黑龍江 大慶 163113）

近年來，我國為在石油資源的開采上保持可持續(xù)性的發(fā)展戰(zhàn)略，以注水開發(fā)油藏為主，對油氣資源進(jìn)行開采。隨著注入水在油藏地層的長期注入，使得采出原油的采收率降低，采出液的含水率升高，多數(shù)油田的含水率高達(dá)80%以上[1,2]。導(dǎo)致原油采收率降低的原因是，長期注水使注入劑在驅(qū)替原油過程中，在油藏的高滲透層中形成了水流優(yōu)勢通道，致使剩余油聚集在油藏低滲透層中。水流優(yōu)勢通道的形成直接導(dǎo)致了油層的層內(nèi)非均質(zhì)性加劇，層間非均質(zhì)性突出。為解決這一系列影響原油開發(fā)的問題，調(diào)剖劑成了調(diào)節(jié)油層非均質(zhì)性、封堵水流優(yōu)勢通道的有效措施，是國內(nèi)外學(xué)者研究提高采收率方向的熱門[3,4]。因此，本文通過國內(nèi)外調(diào)剖技術(shù)的發(fā)展史，結(jié)合近年來研究熱門的調(diào)剖劑，對不同類調(diào)剖劑調(diào)剖效果進(jìn)行論述和研究。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外調(diào)剖技術(shù)研究現(xiàn)狀

國外的化學(xué)調(diào)剖堵水技術(shù)從上世紀(jì)50年代開始，主要用固態(tài)烴溶液、原油和油基水泥進(jìn)行油水井的堵水調(diào)剖處理。60年代，國外學(xué)者研發(fā)了聚丙烯酰胺交聯(lián)聚合物技術(shù)，這為后來的調(diào)剖堵水技術(shù)開拓了新的方向。70年代，Needham[5]等人對聚丙烯酰胺的官能團(tuán)在高含水層中的吸附性和捕集性進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。80年代，國外研制除了固相顆粒型調(diào)剖劑和水玻璃型調(diào)剖劑并在調(diào)剖技術(shù)的研究中得到了推廣。90年代后，TIORCO公司研制了膠態(tài)分散凝膠體系，并從29個油藏的調(diào)剖中成功試驗(yàn)22個，但由于膠態(tài)分散凝膠的技術(shù)限制，該公司停止了對膠態(tài)分散凝膠技術(shù)的研究。后來隨著深部調(diào)剖劑的研發(fā)，聚合物凝膠類的調(diào)剖劑成為國外學(xué)者研究的熱門，并被廣泛的用于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中研究[6,7]。

近年來，國外學(xué)者在深部化學(xué)調(diào)剖劑的性能改良方面取得了突破性的進(jìn)展。2016年，Ayman Almohsin[8]等人選用Supper-K調(diào)剖劑和含裂縫的碳酸鹽巖巖心為材料，研究巖心對新型強(qiáng)親水的三元共聚體的吸附效率。結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)研究的調(diào)剖劑很好的與碳酸鹽巖結(jié)合，并且凝膠在194°F下有足夠的穩(wěn)定性，ESEM和EDS分析技術(shù)對滯留在巖心裂縫中的凝膠進(jìn)行表征，后續(xù)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)由于凝膠的注入使得巖心的產(chǎn)水量減少。2018年Zulhelmi Amir[9]等人使用響應(yīng)面方法（RSM）對儲層在高溫條件一致的條件下對交聯(lián)聚合物的最優(yōu)配方進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)以聚丙烯酰胺（PAM）和聚乙烯亞胺（PEI）為研究對象，通過中央復(fù)合設(shè)計（CCD）確定了有機(jī)交聯(lián)聚合物方程。2020年，Charles[10]等人通過配制有機(jī)交聯(lián)的接枝共聚物凝膠對注入井的剖面改善進(jìn)行研究。結(jié)果顯示，選用聚丙烯酰胺與黃原膠在K2S2O8作為引發(fā)劑的條件下形成接枝共聚物，與六亞甲基四胺（HMTA）和對苯二酚（HQ）交聯(lián)形成的凝膠適合于調(diào)節(jié)高含水油田的剖面改善。

1.2 國內(nèi)調(diào)剖技術(shù)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)的調(diào)剖堵水技術(shù)是從50年代到60年代期間，以油井堵水為主作用于國內(nèi)各大油田，這一時期的主要調(diào)剖堵水劑有水泥漿、樹脂、油基水泥和活性稠油等。70年代，水溶性聚合物在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，此時的調(diào)剖處理半徑有幾米到幾十米，屬于近井地帶調(diào)剖。80年代，國內(nèi)的調(diào)剖技術(shù)得到了全面的發(fā)展。90年代，國內(nèi)各大油田進(jìn)入了高含水時期，為解決油井產(chǎn)水高的問題，調(diào)剖堵水劑從常規(guī)的調(diào)剖技術(shù)轉(zhuǎn)向了深部調(diào)剖（調(diào)驅(qū)）技術(shù)。2000年至今，國內(nèi)學(xué)者一直致力于改良各種類型調(diào)剖劑的性能并在調(diào)剖劑對油藏深部高含水層的調(diào)節(jié)效果上一直進(jìn)行突破性的研究，并將研究成果廣泛的應(yīng)用到國內(nèi)的各大油田中[11-14]。

近年來，為了滿足現(xiàn)場的生產(chǎn)需求，國內(nèi)學(xué)者通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和軟件模擬優(yōu)化深部調(diào)剖劑的封堵性能力。2015年，于龍[15]等人選用支化預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒（B-PPG）進(jìn)行巖心封堵實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，B-PPG可以有效封堵單管填砂巖和雙管填砂巖的水竄問題，封堵率高達(dá)97%。2018年，劉爽[16]等人對強(qiáng)堿微生物進(jìn)行室內(nèi)驅(qū)油效果評價，在三元復(fù)合體系中加入0.3%～0.45%的脂肽，可以在水驅(qū)的基礎(chǔ)上提高采收率22個百分點(diǎn)。2019年，徐爽[17]通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究氮?dú)馀菽z調(diào)剖劑，研制了凝膠體系和泡沫體系最優(yōu)的合理體積比1∶60，并在冷家油田冷42塊進(jìn)行8次現(xiàn)場試驗(yàn)，最終累計增油2320.2t。2020年，楊洋[18]等人通過CMG對曙光采油廠含油污泥調(diào)剖劑進(jìn)行蒸汽吞吐后的調(diào)剖效果分析。研究表明，含油污泥調(diào)剖劑在曙D1油藏的調(diào)剖效果良好，封堵率達(dá)75.8%～95.2%，可以在中、低滲透層中解決水竄的影響。

2 調(diào)剖劑的分類及適配性研究

2.1 凝膠類調(diào)剖劑

凝膠類調(diào)剖劑主要是由聚合物與交聯(lián)劑在一定的條件下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，形成膠態(tài)聚合物并應(yīng)用于高滲透層進(jìn)行堵塞作用。根據(jù)凝膠的成膠機(jī)理不同，凝膠在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和礦場應(yīng)用的領(lǐng)域中分為弱凝膠型凝膠調(diào)剖劑、膠態(tài)分散型凝膠調(diào)剖劑、體膨顆粒型凝膠調(diào)剖劑、聚合物微球型凝膠調(diào)剖劑。弱凝膠的成膠過程是靠交聯(lián)分子間為主、分子內(nèi)為輔的作用形成的三維網(wǎng)狀凝膠。膠態(tài)分散型凝膠（CDG）調(diào)剖劑是通過聚合物和交聯(lián)劑以分子內(nèi)的作用形成的非三維網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。膠態(tài)分散凝膠可以在高溫、高礦化度的條件下保持成膠性能，但由于其低粘的特性使得膠態(tài)分散凝膠的研究存在一定的局限性。預(yù)交聯(lián)型凝膠調(diào)剖劑在凝膠的交聯(lián)反應(yīng)過程中，由于凝膠的吸水特性，填入膨化劑使凝膠吸水膨脹，形成顆粒狀的膠體，經(jīng)過吸水后的膠體可以使自身的體積擴(kuò)大，注入地層后可以對高滲透層的水流優(yōu)勢通道起到長期的堵塞作用。聚合物微球型調(diào)剖劑是利用納米技術(shù)，在凝膠顆粒與孔喉尺寸關(guān)系的基礎(chǔ)上形成彈性微球體，在注入水的驅(qū)動壓力作用下，沿著喉道運(yùn)移到油藏深部實(shí)現(xiàn)調(diào)剖作用。

凝膠類調(diào)剖劑近些年來在油田調(diào)剖開發(fā)的領(lǐng)域一直被廣泛的研究與應(yīng)用，2004年，王鑫[19]通過體膨顆粒凝膠注入杏北油田X7-2-F35井組進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)剖效果評價，結(jié)果顯示調(diào)剖后井組日產(chǎn)油增至60t，含水率降至91.9%。2007年，劉敏[20]等人對聚合物微球調(diào)剖劑注入東辛采油廠永8油藏的三口水井進(jìn)行調(diào)剖效果研究，結(jié)果表明調(diào)剖后區(qū)塊累計增油7127.4t，綜合含水降至76.9%。2013年，馬紅星[21]等人對弱凝膠與預(yù)交聯(lián)顆粒調(diào)剖劑的組合體系注入長慶油田羅1長8區(qū)塊進(jìn)行調(diào)剖效果評價，結(jié)果顯示調(diào)剖后累計增油2733t，降水1894m3。2020年，錢玲[22]根據(jù)奈曼油田的低滲孔隙特征，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選了酚醛和有機(jī)鉻的組合凝膠體系，礦場試驗(yàn)顯示注入組合段塞凝膠后累增油635t，含水率從89.9%降至46.4%。

2.2 微生物類調(diào)剖劑

微生物驅(qū)油的概念起源于1965年，于90年代微生物被用于現(xiàn)場的調(diào)堵試驗(yàn)。微生物調(diào)剖高滲層的原理是將微生物與有利于微生物生存的營養(yǎng)液注入到目的層中，或者將微生物注入到適合微生物生存的目的層中，待注入后使微生物在油藏中進(jìn)行發(fā)酵，前者的注入方法為地面微生物發(fā)酵法，后者為地下微生物發(fā)酵法。注入到油藏中的微生物會吸附于地層大孔道中并進(jìn)行發(fā)酵繁殖，其產(chǎn)物會在地層孔道中增多和聚集，形成菌落群，增加高滲透層的阻力系數(shù)，并在后續(xù)水的沖刷過程中運(yùn)移和重新堵塞大孔道，實(shí)現(xiàn)深部調(diào)驅(qū)的作用。在大量孔道聚集聚合物的油藏中注入微生物，會使微生物作用于聚合物后產(chǎn)生降解作用，并在微生物經(jīng)過繁殖后對強(qiáng)非均質(zhì)性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的油藏進(jìn)行調(diào)剖堵水。

篩選優(yōu)良的聚合物菌落并對現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)剖試驗(yàn)是提高采收率領(lǐng)域研究的熱門。2005年，楊朝光[23]等人通過微生物復(fù)合段塞對明一西區(qū)塊區(qū)塊進(jìn)行試驗(yàn)，最終單井日產(chǎn)油增至7.5t，含水降至73.6%。2006年，王文軍[24]等人在微生物對北二西西塊的調(diào)剖試驗(yàn)研究中，3口井見效，日產(chǎn)增油10t，累計增油934t。2016年，譚婧[25]在朝陽溝油田朝50區(qū)塊中利用微生物結(jié)合聚合物和蒸汽吞吐技術(shù)，最終在試驗(yàn)區(qū)塊提高采收率4.95個百分點(diǎn)。

2.3 含油污泥類調(diào)剖劑

從地層中產(chǎn)出的含油污泥與其油藏環(huán)境有良好的配伍性，并且可以使污泥變廢為寶，解決油田生產(chǎn)的環(huán)保問題。將含油污泥進(jìn)行化學(xué)處理后會形成稠化的活性調(diào)剖劑，注入到原來的地層后不僅有較強(qiáng)的耐高溫性、耐鹽性、抗剪切性，還可以在高滲透層中進(jìn)行封堵。向含油污泥中加入一定量的懸浮劑和分散劑，使得含油污泥中的固相顆粒（膠質(zhì)、瀝青質(zhì)）懸浮在溶液中，后續(xù)注入劑的沖刷會將乳化懸浮體裂解成細(xì)小顆粒。所得細(xì)小顆粒由于地層的吸附作用會聚集到巖石的大孔道中形成新的集合體，封堵油層的高滲透層。由于配制的含油污泥調(diào)剖劑的固相顆粒分布零散，與添加劑形成的調(diào)剖劑作用機(jī)理單一，常采用含油污泥調(diào)剖劑與聚合物交聯(lián)體系和聚合物溶液混合配制，形成凝膠型含油污泥調(diào)剖劑和聚合物溶液型調(diào)剖劑，從調(diào)剖和驅(qū)油的機(jī)理上使常規(guī)含油污泥調(diào)剖劑具有粘彈性和流動性，使含油污泥在巖石孔隙中可以作用于各大面積的高滲透通道，處理不同條件的油藏。

含油污泥類調(diào)剖劑在現(xiàn)場油田的應(yīng)用中效果顯著，1998年，巨登峰[26]等人研制了HB-II型含油污泥調(diào)剖劑，并應(yīng)用于華北油田調(diào)剖現(xiàn)場試驗(yàn)，取得了單井增油432t、降水659m3的提采效果。2003年，李丹梅[27]等人在河南雙河油田437塊II4-6層進(jìn)行含油污泥的調(diào)剖試驗(yàn)，最終取得了796.5t的增油效果，累計處理污泥5309m3。2008年，陳國福[28]等人在大慶薩北油田含油污泥調(diào)剖劑的應(yīng)用中，對北4-8-丙水56井區(qū)進(jìn)行調(diào)剖，最終累計增油1135.2t，4口連通井含水率下降1.4%。2017年，李辰[29]將含油污泥調(diào)剖劑優(yōu)化，應(yīng)用于子北采油廠，結(jié)果顯示在8418-6井增油3.474t，含水率下降了10.1%。

2.4 泡沫類調(diào)剖劑

泡沫驅(qū)油技術(shù)起源于上世紀(jì)60年代，后隨著調(diào)剖藥劑的改良和革新，泡沫作為一種新型調(diào)剖技術(shù)應(yīng)用于油田開發(fā)。泡沫由于自身的賈敏效應(yīng)，會使自身注入地層后選擇性的流動到大孔道中。生成泡沫的條件主要為氣液兩相流體充分接觸，并向液相中加入起泡劑。研究泡沫調(diào)剖的關(guān)鍵在于形成泡沫的穩(wěn)定性，所以起泡劑的耐高溫性和耐鹽性是這一技術(shù)主要研究的對象。泡沫調(diào)剖劑的大致分類可分為N2泡沫調(diào)剖劑、CO2泡沫調(diào)剖劑和空氣泡沫調(diào)剖劑，近些年來，前兩種泡沫多數(shù)用于高溫氣竄嚴(yán)重的油氣藏，研制的耐高溫性泡沫調(diào)剖劑解決熱采過程中不同韻律地層條件的氣竄問題；后者被多數(shù)學(xué)者將其與聚合物交聯(lián)技術(shù)結(jié)合，形成凝膠類泡沫調(diào)剖劑增加形成泡沫的穩(wěn)定性，在高pH值和高礦化度的條件下保持泡沫對水的封堵性，進(jìn)而控制油層出水嚴(yán)重的現(xiàn)象。

泡沫調(diào)剖劑在現(xiàn)場應(yīng)用的防水竄、氣竄的封堵作用中均有顯著的效果，2005年，王東[30]等人在研究復(fù)合泡沫調(diào)剖劑注入孤島油田的試驗(yàn)中成功調(diào)剖4口井，累計增油1688.4t，平均單井增油422.1t。2010年，信艷永[31]對凝膠型泡沫調(diào)剖劑注入遼河小洼油田進(jìn)行試驗(yàn)研究，調(diào)剖后原油產(chǎn)量增大，該油田最終累計增油300多萬t。2011年，蹇波、胡罡[32]對樂安油田草13區(qū)塊進(jìn)行氮?dú)馀菽{(diào)剖，調(diào)剖后平均單井增油933t。

3 結(jié)論

結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者對深部調(diào)剖的研究現(xiàn)狀，可將深部調(diào)剖劑分為凝膠類調(diào)剖劑、含油污泥類調(diào)剖劑、微生物類調(diào)剖劑和泡沫類調(diào)剖劑4類。本文根據(jù)不同調(diào)剖劑對高含水層封堵的作用機(jī)理的調(diào)研，得出以下結(jié)論：

（1）凝膠類調(diào)剖劑的應(yīng)用廣泛，種類多樣，對不同滲透層的水流優(yōu)勢通道均有相應(yīng)凝膠體系，主要的類型有弱凝膠型凝膠調(diào)剖劑、膠態(tài)分散型凝膠調(diào)剖劑、體膨顆粒型凝膠調(diào)剖劑和聚合物微球型凝膠調(diào)剖劑。

（2）微生物類調(diào)剖劑可用于適合微生物繁殖、生長的高含水地層中調(diào)剖，其自身對聚合物的降解性能可以很好的用于聚驅(qū)后提高采收率的措施應(yīng)用。

（3）含油污泥類調(diào)剖劑可以很好的將地層中的污泥變廢為寶，解決了化學(xué)藥劑注入地層的環(huán)保問題，并且從污泥地層的產(chǎn)出物配制成的調(diào)剖劑與目標(biāo)地層有良好的適配性。

（4）泡沫類調(diào)剖劑主要分為N2、CO2和空氣3種。N2和CO2的泡沫形成可以很好的解決高溫稠油地層中的氣竄問題；利用空氣和凝膠類調(diào)剖劑形成的復(fù)合型泡沫調(diào)剖劑穩(wěn)定性良好，并且可以有效封堵高滲透層的水竄通道。