海上油田納微米微球深部調(diào)驅(qū)技術(shù)的研究

蔡依娜，彭雪飛，肖 灑，靳亞軍，任培培

（1.中海油田服務股份有限公司，天津 300459；2.天津市海洋石油難動用儲量開采企業(yè)重點實驗室，天津 300459；3.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，天津 300459）

深部調(diào)驅(qū)技術(shù)是指在水驅(qū)時，同時注入有一定流動性的化學試劑，當水壓增加時，化學試劑隨驅(qū)替相一起到達油藏深部，在水流進入的高滲層時產(chǎn)生一定的流動阻力，從而改變水流的轉(zhuǎn)向，擴大波及體積[1－2]。體膨脹類顆粒是近些年新興的一種調(diào)驅(qū)劑[3]。聚合物微球就是其中具有代表性的一類體膨脹類顆粒，具有良好的耐鹽和耐高溫性。聚合物微球可以隨著水流進入油藏深部，在高深層或者大通道內(nèi)增加流動阻力，迫使水流轉(zhuǎn)向，提高波及體積[4－5]。

海上疏松砂巖油田非均質(zhì)性嚴重并且原油的黏度遠遠大于水的黏度，注入水的波及體積有限，導致大量殘余油無法驅(qū)出，采出液含水量上升，油藏卻無法得到有效開采[6-10]。針對這種情況，常規(guī)的連續(xù)相封堵體系已經(jīng)無法滿足海上油田的控水穩(wěn)油需求。引進非連續(xù)相調(diào)驅(qū)體系聚合物微球，能夠在微觀上實現(xiàn)液流轉(zhuǎn)向，擴大微觀波及體積，彌補連續(xù)相封堵體系的不足[11-14]。但是，聚合物微球與油藏儲層的匹配性對調(diào)剖/調(diào)驅(qū)效果影響顯著[15-16]，筆者選取三種常見的聚合物微球，測試三種微球的溶脹性能、注入性能和封堵性能，探究三種微球與不同滲透率孔喉的匹配性。通過調(diào)整微球調(diào)驅(qū)方案，得到注入性優(yōu)良，封堵強度可調(diào)節(jié)的納微米微球復合調(diào)驅(qū)體系，以實現(xiàn)對非均質(zhì)油藏的有效調(diào)驅(qū)，擴大波及體積，提高原油采收率。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑

核殼自膠結(jié)微球（中海油服），微米級聚合物微球（中海油服），納米級聚合微球（中海油服），模擬地層水，離子組成（見表1）。

表1 模擬地層水離子組成

1.2 實驗儀器

BT-9300ST 激光粒度儀（丹東百特儀器有限公司）、YKJ-1500 光學顯微鏡（上海永科光學儀器有限公司）、多功能復合驅(qū)替設(shè)備（海安縣石油科研儀器有限公司）、UN160 恒溫箱（德國美墨爾特）、FA2204 電子天平（力辰科技）等。

1.3 實驗方法

1.3.1 粒徑與溶脹性能測試 將聚合物微球原液滴加至正己烷中溶解并攪拌10 min，使用激光粒度儀對微球原液粒徑進行測試。使用模擬水配制質(zhì)量分數(shù)為2‰的微球溶液，放在55 ℃恒溫環(huán)境下10 d，利用光學顯微鏡觀察三種聚合物微球狀態(tài)。

1.3.2 注入性測試 使用夯實法填制巖心砂，將預溶脹3 d 后的2‰微球溶液注入填砂管，設(shè)置巖心管溫度為55 ℃，填砂管直徑為2.5 cm，長度為1 m，注水速度為0.5 mL/min。測定注入過程中的壓力變化。

1.3.3 封堵性測試 利用模擬水配制不同濃度的聚合物微球溶液，水化10 d 后將其注入不同滲透率的填砂管，測定注入后的阻力系數(shù)以評價聚合物微球的封堵能力和孔喉匹配度。填砂管分別間隔20 cm/25 cm/35 cm/20 cm 處安裝測壓點（見圖1），分別編號為1～5 測壓點，K12，K23，K34，K45分別表示兩相鄰測壓點之間的滲透率。

圖1 填砂管模型測壓點分布

1.3.4 雙管驅(qū)替實驗 使用由高滲管和低滲管組成平行填砂管模擬非均質(zhì)油藏，填制滲透率為200～400 mD的低滲填砂管以及滲透率為7 000～8 000 mD 的高滲填砂管，注入速度為3 mL/min。先使用模擬地層水進行水驅(qū)，驅(qū)至壓力穩(wěn)定后改注微球溶液，注入一定量后轉(zhuǎn)水驅(qū)，記錄其注入微球溶液和后續(xù)水驅(qū)的壓力變化、出液量和含水率。

2 結(jié)果與討論

2.1 粒徑與溶脹性能

核殼型聚合物的初始粒徑在100 nm～1 μm（見圖2），納米微球的初始粒徑在50 nm 左右，微米級微球的初始粒徑在1 μm 左右。在55 ℃烘烤10 d 之后可以發(fā)現(xiàn)，三種微球均出現(xiàn)明顯的團聚現(xiàn)象，且團聚大小不同。核殼型微球的團聚顆粒粒徑最大，納米微球的團聚粒徑最小。這說明聚合物微球的粘連作用與粒徑、微球結(jié)構(gòu)均有關(guān)系。核殼型微球由于其核殼結(jié)構(gòu)帶有相反電荷，在溶脹過程中，核心部分暴露出來，與其他微球的殼結(jié)構(gòu)相互吸引，從而形成大的自膠結(jié)體。此外，圖2 的實驗結(jié)果表明，三種微球均具有良好的耐溫耐鹽性，在高溫高鹽環(huán)境中，仍具有良好的溶脹性能。

圖2 聚合物微球初始粒徑圖及烘烤后光學顯微鏡照片（依次為核殼型自膠結(jié)微球、納米微球、微米微球）

2.2 微球的注入性

將核殼型微球在滲透率為8 D 的填砂管中進行注入性實驗，結(jié)果（見圖3a）。在開始注入0.1 PV 的核殼型微球溶液后，壓力有所上升，但并不明顯。之后繼續(xù)水驅(qū)，注入性良好。在滲透率為1 D 的填砂管中對微米級微球和納米級微球進行注入性實驗，結(jié)果（見圖3b和圖3c），注入過程中壓力一直沒有明顯變化。這是由于微球還未充分溶脹，對黏度也沒有明顯影響，對填砂管基本沒有封堵作用，具有良好的注入性。

圖3 注入性實驗結(jié)果（a.核殼型自膠結(jié)微球，b.微米微球，c.納米微球）

2.3 微球的封堵性能

三種微球的封堵性能（見表2），其中納米球在滲透率為800 mD、2 000 mD 和4 000 mD 的填砂管中，阻力系數(shù)Rf最大分別為33.61、51.91、49.18，可以看出納米級微球和2 000 mD 的孔喉匹配性最好，封堵能力最強。核殼型自膠結(jié)微球在2 000 mD、4 000 mD、9 000 mD 的填砂管中，阻力系數(shù)Rf最大分別為55.61、57.82、25.93，可以看出核殼型微球與4 000 mD 的孔喉匹配度最好。微米級微球?qū)? 000 mD 和4 000 mD 的孔喉匹配度良好。實驗結(jié)果顯示，粒徑、微球結(jié)構(gòu)和濃度均對聚合物微球的封堵能力影響顯著。粒徑越大、濃度越高，微球的吸附架橋作用越明顯。核殼型微球由于其自膠結(jié)作用，更易在砂巖表面吸附粘連，具有更好的封堵性能。

表2 聚合物微球的封堵性能實驗結(jié)果

2.4 聚合物微球的運移性和累加效應

將0.2%核殼型微球預溶脹1 d 后注入0.2 PV，待壓力平穩(wěn)后，注入0.2 PV 的0.2%微米級微球，待壓力基本穩(wěn)定后，再注入0.2 PV 的0.2%納米級微球，再后續(xù)水驅(qū)8 PV，結(jié)果（見表3）。核殼型微球由于其自膠結(jié)作用，在孔喉中粘連并通過架橋封堵作用，造成了很強的封堵。從表3 中可知，在注入微球的過程中，測壓點2～5 的高滲區(qū)域并沒有被有效封堵。在后續(xù)水驅(qū)過程中，K23、K34、K45的封堵率逐漸上升。這充分說明在水驅(qū)過程中，粘連吸附的聚合物微球會進行二次運移，并在后續(xù)的填砂管中再次封堵。第二組實驗改變填砂管的滲透率，其他實驗條件與第一組相同。K12后連接高滲填砂管，結(jié)果（見表4），注入核殼型微球后，K12仍保留有1 D 的滲透率，并未像第一組實驗封堵率達到99%以上。但在注入微米級微球和納米級微球后，K12的封堵率上升到98.20%，這說明聚合物微球可以產(chǎn)生累加效應，從而進一步提高封堵效果。第一段核殼型微球注入后，其自身水化膨脹，相互膠結(jié)達到封堵效果，引起了注入壓力顯著升高。后續(xù)微米級微球和納米級微球段塞發(fā)生成繞流現(xiàn)象，進而對第一段塞未波及到的區(qū)域發(fā)揮效果。在注入的過程中不同尺寸數(shù)量級的微球與相應的孔喉尺寸相匹配，不斷的擴大調(diào)驅(qū)范圍，從而達到擴大波及體積的效果。

表3 不同注入階段填砂管各段封堵率變化

表4 不同注入階段填砂管各段封堵率變化

由于核殼型微球的封堵能力較強，在現(xiàn)場應用中，可能在低滲區(qū)域產(chǎn)生“堵死”的現(xiàn)象。為實現(xiàn)聚合物微球“注得進，堵得住”的特點，結(jié)合微球的累加效應，設(shè)計第三組實驗，測試微米級微球和納米級微球的多段塞封堵效果，結(jié)果（見表5）。在第一次注入微米級微球后，封堵率達到26.78%，在有效封堵的基礎(chǔ)上保留了大部分滲透率。隨著之后微米級微球和納米級微球的注入，封堵率進一步上升，達到了49.57%。這說明納微米微球的復合累加效應，既能保持良好的注入性，又能獲得良好的封堵性能。

表5 不同注入階段填砂管各段封堵率變化

2.5 雙填砂管驅(qū)替實驗

該實驗選擇高濃度短段塞的注入工藝（見圖4），水驅(qū)壓力穩(wěn)定后，注入0.1 PV 的0.5%的未膨脹核殼型微球，壓力基本沒有變化，然后注入0.1 PV、0.5%的溶脹3 d的微米級微球，壓力發(fā)生顯著的上升，產(chǎn)液量增加，增油效果明顯。壓力穩(wěn)定后，繼續(xù)注入0.2 PV、0.2%的溶脹3 d 的納米級微球，壓力繼續(xù)增加，采收率繼續(xù)提高。高滲管的采收率由67.1%提高到81.2%，低滲管的采收率由19.3%提高到72.5%，增油效果主要由低滲管貢獻。說明微球?qū)Ω邼B管產(chǎn)生了有效封堵，產(chǎn)生了液流轉(zhuǎn)向，將低滲管中大量的殘余油驅(qū)出。

圖4 高濃度短段塞實驗結(jié)果（a.雙管驅(qū)油效率曲線圖，b.注水PV 數(shù)與壓力變化曲線圖）

該驅(qū)替實驗選擇低濃度長段塞的注入方式（見圖5），水驅(qū)壓力穩(wěn)定后，注入0.1 PV 的0.5%的未膨脹核殼型微球，壓力基本沒有變化，然后注入0.4 PV、0.2%的溶脹3 d 的微米級微球，壓力開始逐漸上升，產(chǎn)液量增加，增油效果明顯。壓力穩(wěn)定后，繼續(xù)注入0.4 PV、0.2%的溶脹3 d 的納米級微球，壓力波動明顯，采收率有所提高。與高濃度短段塞相比，增油效果沒有那么迅速，但是一直逐漸提高，高滲管的采收率由69.9%提高到90.5%，低滲管的采收率由13.2%提高到65.5%，累積增油效果顯著。

圖5 低濃度長段塞實驗結(jié)果（a.雙管驅(qū)油效率曲線圖，b.注水PV 數(shù)與壓力變化曲線圖）

根據(jù)上述實驗結(jié)果，兩種方案的增油效果都非常顯著，聚合物微球復合驅(qū)油方案效果良好。從成本角度考慮，高濃度短段塞效益更高，但是高濃度短段塞的壓力上升非常迅速，低濃度長段塞的上升速度比較緩慢，前者的封堵可能出現(xiàn)在近井地帶。而后者的受效部位可以在地層深處。因此，在現(xiàn)場施工中，需要密切關(guān)注壓力變化，適當調(diào)整方案，使其調(diào)驅(qū)效果達到最佳。

3 現(xiàn)場應用

納微米微球深部調(diào)驅(qū)技術(shù)對海上強水竄油藏具有良好的增油效果，在渤海油田A 井組已經(jīng)多次實施。井組內(nèi)受效井平均日增油達到83 m3，含水降低11%，累計增油量超過3 000 t，平均產(chǎn)量增幅超過300%，控水穩(wěn)油效果顯著。

4 結(jié)論

海上疏松砂巖油田的非均質(zhì)性嚴重，導致低滲儲層波及體積非常低。核殼型自膠結(jié)微球、微米級微球和納米級微球具有良好的耐鹽耐溫性、注入性，通過其多次運移能力和能量累加效應可以起到良好的封堵作用，從而引起液流轉(zhuǎn)向，提高微觀上的波及體積，彌補連續(xù)相封堵體系的不足。通過對核殼自膠結(jié)微球、微米微球和納米微球的調(diào)驅(qū)方案設(shè)計，聚合物微球復合調(diào)驅(qū)工藝在渤海油田取得了良好的應用，對海上疏松砂巖油田的規(guī)模化調(diào)驅(qū)具有寶貴的指導意義。