華慶油田納米聚合物微球調(diào)驅(qū)性能評價及應(yīng)用

何吉波，王 策，嚴(yán)阿永，喬江宏，李 躍，薛 偉

（中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶城 745100）

納米聚合物微球采用微乳液/反相微乳液聚合而成[1]，是一種具有規(guī)則形狀的球形顆粒，可在一定壓差下發(fā)生彈性變形，在地層中實現(xiàn)逐級深部調(diào)驅(qū)，擴大水驅(qū)波及體積，改善水驅(qū)開發(fā)效果，提高采收率[2-3]。它具有以下特點：（1）形狀為有形球體，粒徑可根據(jù)需求達到納米級，與儲層孔隙喉道直徑匹配，可吸水膨脹，具有較好的機械封堵作用[4-5]；（2）可在較高溫度下預(yù)先合成，耐溫、耐礦化度強，穩(wěn)定性好[6-7]；（3）封堵強度高，阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)大，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)剖驅(qū)油雙重作用[8-9]；（4）粒徑小、初始黏度低，以水為攜帶介質(zhì)，可直接通過注水管網(wǎng)集中注入。近幾年，該技術(shù)在長慶低滲油藏進行了規(guī)模試驗，取得了較好效果[7，10-12]。為進一步研究納米聚合物微球在超低滲油藏的應(yīng)用潛力，本文通過室內(nèi)測試評價了納米聚合物微球的性能，利用巖心驅(qū)替實驗?zāi)M了納米聚合物微球在平面、層內(nèi)、層間不同非均質(zhì)性儲層中的調(diào)驅(qū)效果，并在華慶油田B239 區(qū)塊低滲油藏開展了現(xiàn)場試驗，取得了較好的控水增油、改善水驅(qū)的效果，為同類油藏高效開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

1 納米聚合物微球粒徑測試

1.1 實驗儀器及材料

WQ50、WQ100 和WQ300 三種納米聚合物微球（西安長慶化工集團生產(chǎn)），激光粒度分析儀（Bettersize2000，用于測試納米聚合物微球粒徑分布），掃描電鏡（SEM，JEOL JSM-7600F，主要用于測試納米聚合物微球的微觀形貌），恒溫烘箱。

1.2 測試方法

第一步：用油田注入水（礦化度94 139 mg/L，水型Na2SO4）配制500 mL 質(zhì)量濃度為0.5%的WQ50（粒徑50 nm）、WQ100（粒徑100 nm）和WQ300（粒徑300 nm）微球溶液；

第二步：將每種納米聚合物微球樣品溶液分別裝入4 個樣品瓶中，密封放入60 ℃的烘箱中；

第三步：第一天測量1#樣品瓶中的納米聚合物微球粒徑分布和觀察納米聚合物微球微觀形貌，然后繼續(xù)加熱；

第四步：第三天測量1#樣品瓶和2#樣品瓶納米聚合物微球粒徑分布和觀察納米聚合物微球微觀形貌，然后繼續(xù)加熱；

第五步：第五天測量1#樣品瓶和3#樣品瓶納米聚合物微球粒徑分布和觀察納米聚合物微球微觀形貌，然后繼續(xù)加熱；

第六步：第七天測量1#樣品瓶和4#樣品瓶納米聚合物微球粒徑分布并觀察其微觀形貌。

1.3 測試結(jié)果

激光粒度分析儀測試結(jié)果（表1）顯示三種納米聚合物微球樣品在第五天達到最大膨脹能力，膨脹倍數(shù)在5～7.5 倍，表明由西安長慶化工集團生產(chǎn)的納米聚合物微球有良好的膨脹能力。

表1 不同納米聚合物微球樣品粒徑測試結(jié)果

使用掃描電鏡觀測的WQ50 納米聚合物微球樣品結(jié)果見圖1，由圖可知WQ50 納米聚合物微球有輕微團聚現(xiàn)象，但團聚不是很嚴(yán)重，單個納米聚合物微球顆粒形狀比較規(guī)則，其粒徑隨著膨脹時間延長逐步增大。高溫老化7 d 后，粒徑變?yōu)樽畲?，但納米聚合物微球的形狀仍然比較規(guī)則。

圖1 WQ50 納米聚合物微球顆粒微觀形貌

2 巖心封堵實驗

2.1 均質(zhì)巖心封堵實驗

人造巖心規(guī)格為50 cm×2.5 cm，滲透率47.6 mD，原油飽和度63.6%，水驅(qū)至含水率為95%時開始注入0.5 PV 的納米聚合物微球溶液（用油田注入水配制），注入質(zhì)量濃度0.2%，注入速度0.1 mL/min。實驗測試最終采收率結(jié)果見表2。由表2 可知，50 nm 的納米聚合物微球最終采收率最高，主要原因是小粒徑的納米聚合物微球在油藏條件下團聚能力更強，封堵作用更好。

表2 均質(zhì)巖心水驅(qū)采收率測試結(jié)果

2.2 平面非均質(zhì)巖心封堵實驗

利用填砂管制作三段不同滲透率段的巖心，設(shè)置5 個不同的壓力監(jiān)測點，具體形式見圖2。

圖2 平面非均質(zhì)巖心和測壓點

首先飽和原油，再以0.1 mL/min 的注入速度注入水，待含水率達到95%時，注入質(zhì)量濃度0.2%的納米聚合物微球溶液（WQ50），注完納米聚合物微球溶液后再注水，記錄整個注入過程中的壓力變化，計算4 段不同注入壓差，結(jié)果見圖3。由圖3 可知，水驅(qū)階段：ΔP1＜ΔP2＜ΔP3＜ΔP4，注入納米聚合物微球后前三段ΔP1、ΔP2、ΔP3順序出現(xiàn)壓差峰值，而最后一段ΔP4壓差變小。主要原因是納米聚合物微球首先在第一段封堵大孔道，在封堵的過程中，第一段滲透率降低，導(dǎo)致壓差變大，隨著注入壓力的不斷增大，在第一段封堵的部分納米聚合物微球繼續(xù)向前運移，并在中間段形成封堵。當(dāng)壓力增大到一定程度后，其繼續(xù)運移。但是在最后一段的封堵作用不如中間段，原因是納米聚合物微球在運移過程中濃度逐漸降低，封堵能力有所減弱。

圖3 平面非均質(zhì)巖心的壓差

2.3 層內(nèi)非均質(zhì)巖心封堵實驗

利用填砂管制作三維層內(nèi)非均質(zhì)巖心模型，巖心規(guī)格為長60 cm，寬4.5 cm，高4.5 cm，具有低、高、中三個小層，其中低滲透層厚0.9 cm，滲透率50 mD，高滲透層厚2.1 cm，滲透率150 mD，中滲透層厚1.5 cm，滲透率100 mD。制作兩個三維層內(nèi)非均質(zhì)巖心模型，先飽和原油，再0.1 mL/min 的注入速度注入水，待含水率達到95%時，分別注入質(zhì)量濃度0.2%的WQ50 納米聚合物微球溶液和質(zhì)量濃度0.2%的WQ300+WQ50（1∶2）納米聚合物微球溶液，注入總量為0.5 PV，注完后再注水，方案設(shè)計見表3，記錄實驗過程中采收率和含水率的變化情況，結(jié)果見圖4、圖5。

表3 層內(nèi)非均質(zhì)巖心驅(qū)替方案設(shè)計

由圖4、圖5 可知，單注WQ50 納米聚合物微球后含水率下降漏斗小，但見效時間長，采收率提高幅度大，最終采收率由55.5%提高至77.2%，采收率提升21.7%，WQ300+WQ50 組合體系含水率下降漏斗大，見效早，但提高采收率幅度低，采收率由54.9%提高至72.1%，采收率僅提升17.2%。主要原因是大粒徑納米聚合物微球容易堵塞低滲儲層中的小孔道，造成儲層污染。

圖4 層內(nèi)非均質(zhì)巖心驅(qū)替實驗結(jié)果（WQ50）

圖5 層內(nèi)非均質(zhì)巖心驅(qū)替實驗結(jié)果（WQ300+WQ50）

2.4 層間非均質(zhì)巖心封堵實驗

將兩根填砂管并聯(lián)制作層間非均質(zhì)巖心模型，巖心規(guī)格為60 cm×2.5 cm，總共設(shè)計大、中、小三個不同滲透率級差實驗，方案設(shè)計見表4。

表4 層間非均質(zhì)巖心驅(qū)替方案設(shè)計

巖心模型建立后，以0.1 mL/min 的注入速度注入水，待含水率達到95%時，注入質(zhì)量濃度0.2%的WQ50 納米聚合物微球溶液，注入總量為0.5 PV，注完納米聚合物微球溶液后再注水，實驗結(jié)果見表5。由表5 可知，注入納米聚合物微球后高滲管和低滲管采收率均有提高，說明注入納米聚合物微球后水驅(qū)波及體積增大，低滲巖心的采收率提高幅度明顯高于高滲巖心，采收率提高的貢獻主要來自低滲巖心。隨著滲透率級差增大，總水驅(qū)采收率逐步減小，高滲巖心水驅(qū)采收率均大于低滲巖心，與現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況符合。

表5 層間非均質(zhì)巖心驅(qū)替實驗結(jié)果

同時，隨著滲透率級差的增大，納米聚合物微球調(diào)驅(qū)后總采收率逐漸降低，納米聚合物微球的調(diào)驅(qū)能力減弱。主要原因是納米聚合物微球主要封堵高滲透帶，提高水驅(qū)波及體積，進而動用低滲透儲量，滲透率級差越大，納米聚合物微球調(diào)驅(qū)效果越差，因此對于層間差異較大的油藏，應(yīng)先控制層間矛盾，再實施納米聚合物微球調(diào)驅(qū)，才能取得較好的效果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 區(qū)塊概況

2017 年11 月在華慶油田B239 區(qū)塊長6 油藏開展納米聚合物微球調(diào)驅(qū)現(xiàn)場試驗。試驗區(qū)屬于三角洲前緣滑塌成因的湖底細(xì)碎屑濁積扇沉積體系，主要沉積微相是濁積水道，巖性主要為粉細(xì)～細(xì)粒長石砂巖，孔喉以小孔－細(xì)喉為主，油層中深2 112 m，砂體有效厚度33.5 m，油層平均厚度16.5 m，巖心平均孔隙度12.4%，平均滲透率0.41 mD，儲層局部微裂縫發(fā)育。注水開發(fā)過程中注入水沿裂縫方向單向突進，造成油井含水率迅速上升，甚至水淹，水驅(qū)開發(fā)矛盾突出，油藏整體以孔隙-裂縫性和裂縫性見水為主，呈現(xiàn)典型的超低滲透油藏開發(fā)特征。

3.2 應(yīng)用效果分析

2017 年11 月開始注入納米聚合物微球，在注水站干線集中加藥，利用注水管網(wǎng)注入137 口井，注入質(zhì)量濃度為0.1%，納米聚合物微球粒徑為50 nm，分散液黏度為1.0～1.6 mPa·s，由西安長慶化工集團生產(chǎn)，同時為改善層間非均質(zhì)性，2018-2020 年在納米聚合物微球調(diào)驅(qū)實施區(qū)域開展交聯(lián)聚合物凍膠+體膨顆粒、PEG-1 柔性凝膠調(diào)剖14 井次。

試驗區(qū)共有油井93 口，其中水平井40 口，定向井53 口，納米聚合物微球累計注入7.69×104m3后，油井端開始見效。剔除試驗區(qū)內(nèi)措施井29 口，剩余64 口油井在實施29 個月后，共有52 口油井見效，見效率81.3%，階段累計增油2.32×104t，累計降水3.66×104m3，年自然遞減率下降了10.2%，含水率上升率降低了4.2%。

統(tǒng)計試驗區(qū)的測壓結(jié)果，對比裂縫主向和側(cè)向區(qū)域的地層壓力，壓力變化隨時間的變化見圖6。由圖6可知，2017 年實施納米聚合物微球調(diào)驅(qū)后，主向井與側(cè)向井的壓差逐步降低，說明B239 區(qū)塊實施納米聚合物微球調(diào)驅(qū)后，裂縫得到有效封堵，非均質(zhì)性得到有效改善，水驅(qū)逐漸趨于均衡。

圖6 B239 區(qū)塊納米聚合物微球調(diào)驅(qū)區(qū)域地層壓力變化圖

4 結(jié)論

（1）納米聚合物微球具有良好的吸水膨脹、彈性變形性能，能夠滿足深部調(diào)驅(qū)“注的進、走的遠(yuǎn)、堵的住”的需求，可以封堵地層深部裂縫，改善儲層非均質(zhì)性，提升水驅(qū)開發(fā)效果。

（2）調(diào)驅(qū)過程中大粒徑的納米聚合物微球容易污染低滲儲層，小粒徑納米聚合物微球雖然見效慢，但團聚能力強，封堵效果更好，在提高采收率幅度方面更具有優(yōu)勢。

（3）納米聚合物微球在地層中會發(fā)生封堵-突破-運移-封堵，并持續(xù)不斷向前運移進入地層深部，實現(xiàn)深部調(diào)驅(qū)。隨著層間滲透率級差的增大，納米聚合物微球調(diào)驅(qū)能力減弱，對于層間滲透率級差較大的油藏，應(yīng)先控制層間矛盾，再實施納米聚合物微球調(diào)驅(qū)。

（4）納米聚合物微球調(diào)驅(qū)在華慶油田超低滲透油藏具有較好的適應(yīng)性，調(diào)驅(qū)后能夠有效改善非均質(zhì)性，均衡水驅(qū)，提高油藏開發(fā)效果。