塔木察格耐溫深部調(diào)剖體系研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

吳晨宇 時(shí)光 喬巖 劉兆海 雷達(dá)

（1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院；2.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

塔木察格油藏目前已全面進(jìn)入注水開(kāi)發(fā)階段，隨著注水開(kāi)發(fā)時(shí)間的增加，區(qū)塊高含水井比例不斷上升，通過(guò)常規(guī)綜合調(diào)整措施控制含水上升速度難度不斷加大，導(dǎo)致主力層含水上升。為了改善該區(qū)塊水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果，增加開(kāi)發(fā)效益，需要對(duì)竄流嚴(yán)重水井實(shí)施深度調(diào)剖。然而塔木察格油藏油層溫度高、井距大、滲透率極差也大、裂縫發(fā)育具有“兩大、一高、一發(fā)育”特點(diǎn)，且現(xiàn)場(chǎng)配制水水質(zhì)變化大、冬季時(shí)間長(zhǎng)、施工環(huán)境惡劣。目前常用的凝膠調(diào)剖劑體系在高溫條件下強(qiáng)度弱、破膠快，且成膠時(shí)間短（僅1～7 天），注入過(guò)程中由于受到井眼剪切作用黏度損失較大[1-3]，無(wú)法滿足該特殊地層條件對(duì)深部調(diào)剖的需求。通過(guò)調(diào)研耐高溫調(diào)剖劑[4-9]及其相關(guān)技術(shù)，并結(jié)合塔木察格油藏區(qū)塊特點(diǎn)，開(kāi)展了塔木察格油藏深度調(diào)剖研究，形成適合塔木察格油藏的耐溫深部調(diào)剖體系，利用該體系進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)剖施工工藝簡(jiǎn)單，結(jié)合實(shí)際注入情況及時(shí)進(jìn)行深部調(diào)剖方案調(diào)整，為類似復(fù)雜油藏深調(diào)項(xiàng)目提供了技術(shù)支持與保障，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了增能提液，改善開(kāi)發(fā)的效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥劑和儀器

實(shí)驗(yàn)藥劑：陰離子型聚丙烯酰胺A，相對(duì)分子質(zhì)量1 200×104～1 600×104；陰離子型聚丙烯酰胺B，相對(duì)分子質(zhì)量1 900×104；陰離子型聚丙烯酰胺C，相對(duì)分子質(zhì)量2 500×104；酚醛樹脂交聯(lián)劑；多環(huán)胺類延緩劑；β-環(huán)糊精；十二烷基硫酸鈉（SDS）。

實(shí)驗(yàn)用水為塔木察格油藏現(xiàn)場(chǎng)回注水，實(shí)驗(yàn)溫度為地層溫度。實(shí)驗(yàn)用巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心，尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm，水測(cè)滲透率為1.2～4.5 μm2。

主要儀器：AR200ex 型高黏流變儀、電子天平、恒溫箱抽空飽和裝置、ISCO-260D 高精度計(jì)量驅(qū)替泵。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 成膠時(shí)間測(cè)定

利用Sydansk 等人提出的凝膠強(qiáng)度目測(cè)代碼法對(duì)成膠時(shí)間進(jìn)行判斷。將凝膠強(qiáng)度從弱到強(qiáng)依次分為A、B、C、D、E、F、G、H、I 共9 個(gè)等級(jí)，其中F 級(jí)為高形變不流動(dòng)凝膠，即凝膠在翻轉(zhuǎn)玻璃瓶時(shí)不能流到瓶口。凝膠初始成膠時(shí)間即凝膠強(qiáng)度達(dá)到F級(jí)時(shí)的時(shí)間。

1.2.2 封堵性能測(cè)定

1）將巖心抽真空，飽和塔木察格油藏現(xiàn)場(chǎng)回注水，計(jì)算巖心孔隙體積和孔隙度。

2）在90 ℃的電熱鼓風(fēng)恒溫內(nèi)放置飽和好水的巖心，利用現(xiàn)場(chǎng)回注水配制濃度為1 500 mg/L 的聚合物驅(qū)替0.57 PV。

3）利用現(xiàn)場(chǎng)回注水在90 ℃條件下進(jìn)行聚合物驅(qū)后后續(xù)水驅(qū)驅(qū)替1 PV。

4）在90 ℃條件下注入2 PV耐溫深部調(diào)剖體系進(jìn)行驅(qū)替后，侯凝10天。

5）耐溫深部調(diào)剖體系達(dá)到最終成膠黏度后，在90 ℃條件下利用現(xiàn)場(chǎng)回注水進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)驅(qū)替10 PV。

6）計(jì)算封堵率及殘余阻力系數(shù)。

上述實(shí)驗(yàn)使用ISCO-260D 高精度計(jì)量驅(qū)替泵進(jìn)行驅(qū)替，驅(qū)替流量為4 mL/min，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程由壓力傳感器自動(dòng)采集壓力。

2 結(jié)果與討論

2.1 體系各組分含量?jī)?yōu)選

2.1.1 聚合物優(yōu)選及其對(duì)成膠效果的影響

高溫環(huán)境下，聚合物溶液會(huì)緩慢降解，導(dǎo)致黏度下降明顯，進(jìn)而影響利用其進(jìn)行配制的深度調(diào)剖劑性能。不同分子量聚合物抵抗高溫環(huán)境影響的能力不同，實(shí)驗(yàn)通過(guò)選取不同相對(duì)分子質(zhì)量的陰離子型聚丙烯酰胺A（分子量1 200×104～1 600×104）、陰離子型聚丙烯酰胺B（分子量1 900×104）及陰離子型聚丙烯酰胺C（分子量2 500×104），配制成濃度為1 500 mg/L 的聚合物溶液，采用評(píng)價(jià)聚合物熱穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)方法[10]，將配制好的聚合物溶液放置在90 ℃的烘箱中，測(cè)試其30 天內(nèi)的黏度變化情況，聚合物黏度隨時(shí)間變化關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 聚合物黏度隨時(shí)間變化關(guān)系

3 種不同分子量的聚合物溶液黏度隨配制時(shí)間的增加而下降。陰離子型聚丙烯酰胺A 配制聚合物溶液的耐高溫性能明顯弱于另兩種，配制完成10天后，聚合物長(zhǎng)鏈發(fā)生斷裂，溶液表現(xiàn)出明顯脫水現(xiàn)象，無(wú)法持續(xù)觀察黏度變化。利用陰離子型聚丙烯酰胺C配制的聚合物溶液雖然30天內(nèi)存在一定的黏度損失，但是最終黏度依然較高，黏度下降幅度小，該分子量的HPAM 能夠抵擋高溫條件下氧氣和溫度協(xié)同作用而導(dǎo)致的化學(xué)鍵斷裂，聚合物黏損率低，表明陰離子型聚丙烯酰胺C 具有較好的耐高溫性能。

選定5 種不同濃度的陰離子型聚丙烯酰胺C 進(jìn)行耐溫深部調(diào)剖劑的配制，其中酚醛樹脂交聯(lián)劑濃度為3 000 mg/L。將配制好的體系置于90 ℃恒溫箱中，不同濃度聚合物濃度變化對(duì)體系成膠性能的影響見(jiàn)表1。

表1 不同濃度聚合物對(duì)體系成膠性能影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然初始成膠時(shí)間隨聚合物濃度的增加而減少，但成膠都在1 天左右，聚合物濃度對(duì)成膠時(shí)間的影響較小。體系的初始黏度及初始成膠黏度隨聚合物濃度的增加而增加，聚合物濃度小于或等于1 500m g/L 時(shí)，成膠強(qiáng)度較弱，封堵性能將受到影響；聚合物濃度超過(guò)3 000 mg/L 后，體系黏度增加明顯，但增幅開(kāi)始減緩，因此聚合物濃度選擇3 000 mg/L 時(shí)，成膠強(qiáng)度能夠達(dá)到封堵要求。

2.1.2 交聯(lián)劑含量?jī)?yōu)選及其對(duì)成膠性能的影響

選定聚合物濃度為3 000 mg/L，為了觀察成膠性能隨交聯(lián)劑濃度的變化趨勢(shì)，選定4 組交聯(lián)劑濃度進(jìn)行調(diào)剖劑體系的配制，不同濃度交聯(lián)劑對(duì)體系成膠性能影響見(jiàn)表2。

表2 不同濃度交聯(lián)劑對(duì)體系成膠性能影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然初始成膠時(shí)間隨交聯(lián)劑濃度的增加而減少，但成膠都在1 天左右，交聯(lián)劑濃度對(duì)成膠時(shí)間的影響較小。在聚合物濃度相同的情況下，隨著交聯(lián)劑濃度的增加，體系成膠黏度顯著增加。交聯(lián)劑濃度大于或等于3 000 mg/L 時(shí)，體系成膠黏度超過(guò)9 000 mPa·s，之后隨著交聯(lián)劑濃度增加，黏度增幅減小，因此交聯(lián)劑濃度選擇3 000 mg/L時(shí)，成膠強(qiáng)度能夠保證封堵效果。

2.1.3 延緩體系優(yōu)選及其對(duì)成膠性能影響

在塔木察格高溫油藏進(jìn)行深部調(diào)剖，需要調(diào)剖劑具有較好的耐溫性能和較高的成膠強(qiáng)度，同時(shí)調(diào)剖劑也需要具備進(jìn)入地層深處后才開(kāi)始進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)的能力。因此，要延長(zhǎng)體系的成膠時(shí)間，保證體系能夠進(jìn)入地層深部。表1、表2 的結(jié)果說(shuō)明，成膠時(shí)間僅在1 天左右，為了延長(zhǎng)成膠時(shí)間，選定選定聚合物濃度為3 000 mg/L、交聯(lián)劑濃度3 000 mg/L，選取2 種不同延緩體系，觀察延緩體系對(duì)成膠時(shí)間延長(zhǎng)效果的改善，不同延緩體系成膠性能影響見(jiàn)表3。

表3 不同延緩體系成膠性能影響 單位：mg/L

延緩體系A(chǔ) 利用多環(huán)胺類化合物控制交聯(lián)劑釋放速度，進(jìn)而減慢聚合物與交聯(lián)劑的反應(yīng)進(jìn)程，最終延長(zhǎng)調(diào)剖劑體系成膠時(shí)間。延緩體系A(chǔ) 對(duì)成膠性能影響見(jiàn)圖2，成膠時(shí)間及成膠黏度隨多環(huán)胺類延緩劑濃度的增加而增加，但當(dāng)延緩劑濃度超過(guò)200 mg/L 時(shí)，成膠時(shí)間及成膠黏度增幅逐漸趨于平緩，因此多環(huán)胺類延緩劑的最佳濃度為200 mg/L，成膠時(shí)間11天，成膠黏度大于9 200 mPa·s。

圖2 延緩體系A(chǔ)對(duì)成膠性能影響

延緩體系B利用β-環(huán)糊精首先將交聯(lián)劑進(jìn)行包裹，減少交聯(lián)劑與聚丙烯酰胺的接觸，之后通過(guò)加入十二烷基硫酸鈉，在其對(duì)β-環(huán)糊精的競(jìng)爭(zhēng)包裹作用下，交聯(lián)劑被緩慢釋放出，逐漸與聚丙烯酰胺進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，以達(dá)到延長(zhǎng)成膠時(shí)間的效果（圖3）。延緩體系B 對(duì)成膠性能影響見(jiàn)圖4，成膠時(shí)間及成膠黏度隨β-環(huán)糊精濃度的增加而增加，但其濃度超過(guò)500 mg/L 時(shí)，成膠時(shí)間及成膠黏度增幅逐漸趨于平緩，因此β-環(huán)糊精的最佳濃度為500mg/L，成膠時(shí)間12天，成膠黏度大于9000mPa·s。

圖3 延緩體系B對(duì)成膠性能影響

圖4 延緩體系B對(duì)成膠性能影響

2.2 耐溫深部調(diào)剖劑體系在高溫環(huán)境中的性能評(píng)價(jià)

2.2.1 耐溫深部調(diào)剖劑體系在高溫條件下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性

油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行深部調(diào)剖施工后，衡量調(diào)剖措施效果的一個(gè)重要方面就是有效期長(zhǎng)短。由于塔木察格油藏地層溫度高，耐溫深部調(diào)剖劑體系注入地層后受溫度影響，體系成膠后黏度會(huì)有所減弱。為了觀察體系在高溫中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，配制了兩種耐溫深部調(diào)剖劑體系，體系一為3 000 mg/L 陰離子型聚丙烯酰胺C、3 000 mg/L酚醛樹脂交聯(lián)劑和200 mg/L多環(huán)胺類延緩劑相結(jié)合；體系二為3 000 mg/L 陰離子型聚丙烯酰胺C、3 000 mg/L 酚醛樹脂交聯(lián)劑和500 mg/L β-環(huán)糊精+200 mg/L 十二烷基硫酸鈉相結(jié)合。將兩種體系置于90 ℃恒溫烘箱中，定期監(jiān)測(cè)體系黏度在高溫環(huán)境中90 天的變化情況，體系黏度時(shí)間變化關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖5 體系黏度隨時(shí)間變化關(guān)系

表4 剪切性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然在高溫環(huán)境下耐溫深部調(diào)剖劑體系黏度隨時(shí)間增加而降低，但整體下降幅度較小，90天后，黏度保留率依然可達(dá)到96%，體系具有較好的長(zhǎng)期耐溫穩(wěn)定性。

2.2.2 耐溫深部調(diào)剖體系抗剪切性評(píng)價(jià)

配制耐溫深部調(diào)剖劑體系，待其成膠后，利用AR200ex 型高黏流變儀， 以剪切時(shí)間20 s，1 500 r/min進(jìn)行剪切性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)見(jiàn)表4，觀察體系經(jīng)剪切后黏度變化情況。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)對(duì)體系成膠后不同時(shí)間的樣品進(jìn)行剪切，剪切后黏度恢復(fù)率均大于60%，說(shuō)明耐溫深部調(diào)剖劑體系隨時(shí)間增加，抗剪切性能較好，剪切后黏度保留率較高。

2.2.3 耐溫深部調(diào)剖體系耐沖刷性能評(píng)價(jià)

體系耐沖刷性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)采用4.5 cm×4.5 cm×30 cm 的巖心，對(duì)優(yōu)選出的耐溫深部調(diào)剖體系進(jìn)行巖心驅(qū)替效果評(píng)價(jià)。將巖心抽空飽和水，測(cè)定巖心的孔隙體積和水相滲透率。注入聚合物進(jìn)行驅(qū)替后再進(jìn)行水驅(qū)。之后注入配制好的耐溫深部調(diào)剖體系，在90 ℃恒溫箱中候凝10 天，然后利用現(xiàn)場(chǎng)回注水繼續(xù)驅(qū)替，測(cè)試突破壓力及殘余阻力系數(shù)。巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，耐溫深部調(diào)剖體系在高溫環(huán)境下對(duì)巖心的封堵能力較好，巖心突破壓力3.6 MPa，10 PV 驅(qū)替壓力達(dá)10.0 MPa，殘余阻力系數(shù)67，說(shuō)明凝膠調(diào)剖劑的封堵性強(qiáng)、耐沖刷性好。

表5 巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)

利用耐溫深部調(diào)剖劑體系在塔木察格某區(qū)塊的5 個(gè)井組進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，調(diào)剖井組具備以下特點(diǎn)：注入壓力低、油層動(dòng)用程度低、相鄰采出井含水級(jí)別高、油層水淹程度嚴(yán)重。

3.1 深部調(diào)剖方案調(diào)整

5 個(gè)井組屬于低孔低滲類型油藏，壓裂人工裂縫發(fā)育，由于調(diào)剖劑體系的初始黏度超過(guò)60 mPa·s，且逐步對(duì)地層形成封堵，因此調(diào)剖過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況：調(diào)剖劑體系注入壓力上升較快，造成調(diào)剖劑注入量達(dá)不到方案設(shè)計(jì)要求；調(diào)剖劑注入裂縫時(shí)注入能力強(qiáng)，裂縫封堵后地層基質(zhì)注入能力差，造成調(diào)剖劑注入量達(dá)不到方案設(shè)計(jì)要求；調(diào)剖過(guò)程中壓力升幅慢，調(diào)剖劑沿裂縫竄流。針對(duì)調(diào)剖過(guò)程中出現(xiàn)的特殊情況，采取以下針對(duì)措施保證調(diào)剖效果：現(xiàn)場(chǎng)注入壓力達(dá)到了方案設(shè)計(jì)要求且經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整仍無(wú)法繼續(xù)完成注入則提前注替擠液，按照方案設(shè)計(jì)進(jìn)行候凝，結(jié)束調(diào)剖施工，施工結(jié)束后按照地質(zhì)方案恢復(fù)后續(xù)注水；注入過(guò)程中根據(jù)壓力升幅情況，及時(shí)調(diào)整調(diào)剖劑的注入濃度、日注入量、總注入量等參數(shù)，達(dá)到壓力平穩(wěn)升幅的目的，確保調(diào)剖措施效果。

3.2 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

利用耐溫深部調(diào)剖劑體系進(jìn)行調(diào)剖措施后注入井注入壓力升高情況見(jiàn)表6，注入井升壓情況較好，5 口措施井進(jìn)行調(diào)剖施工后，注入壓力都有不同程度的增加，平均壓力升高了4.7 MPa。調(diào)前調(diào)后剖沖面改善對(duì)比見(jiàn)表7，注入剖面得到明顯改善，調(diào)前未吸液層吸水比例升高幅度較大，統(tǒng)計(jì)5 口井的調(diào)前調(diào)后測(cè)試剖面，調(diào)后未吸液層吸水比例相比調(diào)前平均增加了54.96%。油井受效比例高，含水下降幅度大，5 口井連通的30 口采出井，受效井?dāng)?shù)達(dá)到16 口，受效比例55.3%以上，且受效井平均含水下降了9.74 個(gè)百分點(diǎn)，5 口井累計(jì)增油10 047 t，增油效益為1 885.16 萬(wàn)元，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到1 160.16萬(wàn)元。

表6 措施后注入井注入壓力升高情況

表7 調(diào)前調(diào)后剖面改善對(duì)比

4 結(jié)論

1）確定了兩種適合塔木察格高溫油藏耐溫深部調(diào)剖劑體系。體系一為3 000 mg/L 陰離子型聚丙烯酰胺C、3 000 mg/L 酚醛樹脂交聯(lián)劑和200 mg/L多環(huán)胺類延緩劑； 體 系 二 為3 000 mg/L 陰 離子 型 聚 丙 烯 酰 胺C 、 3 000 mg/L 酚醛樹脂交聯(lián)劑和500 mg/L β-環(huán)糊精+200 mg/L 十二烷基硫酸鈉相結(jié)合。

2） 耐溫深部調(diào)剖劑體系的成膠時(shí)間可達(dá)11 天，成膠后黏度超過(guò)9 000 mPa·s，成膠效果好。體系在高溫地層環(huán)境下，耐溫長(zhǎng)期穩(wěn)定性、抗剪切性及耐沖刷性較好，在高溫條件下流動(dòng)、剪切后仍能保持較高的黏度。

3）體系在高溫環(huán)境下對(duì)巖心的封堵能力較好，巖心突破壓力3.6 MPa，10 PV 驅(qū)替壓力達(dá)10.0 MPa，殘余阻力系數(shù)67。

4）利用耐溫深部調(diào)剖劑體系對(duì)塔木察格現(xiàn)場(chǎng)5 口注入井進(jìn)行深部調(diào)剖，注入井平均壓力升高4.7 MPa，未吸液層吸水比例相比調(diào)前平均增加54.96%，油井受效比例達(dá)55.3%以上，5 口井累計(jì)增油10 047 t，增油效益為1 885.16萬(wàn)元，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到1 160.16萬(wàn)元。