無機凝膠調剖技術在衛22塊的應用

范志毅,陳 利,郝軍芳,薛魯營,宋翠紅,王從領

(1.中國石化中原油田分公司采油三廠,山東莘縣 252435;2.中國石化中原油田分公司勘探設計研究院）

無機凝膠調剖技術在衛22塊的應用

范志毅1,陳 利1,郝軍芳1,薛魯營1,宋翠紅2,王從領1

(1.中國石化中原油田分公司采油三廠,山東莘縣 252435;2.中國石化中原油田分公司勘探設計研究院）

無機凝膠調剖體系具有耐溫抗鹽性好,基液粘度低,注入性能好,成膠后在高溫高鹽條件下的堵塞能力強等特點;在對無機凝膠調剖體系進行全面的靜態和動態性能評價的基礎上,分析了體系的油藏適用性,經過在中原油田衛22斷塊高溫、高鹽中低滲油藏的應用,無機凝膠調剖體系取得了較好的增油降水效果。

無機凝膠 ;調剖;中低滲油藏;應用效果

中原油田衛22塊油層平均孔隙度16.4%,空氣滲透率42.7×10-3μm2,孔喉中值 2.0μm,為中孔細喉中低滲透層狀油藏;原始地層溫度97.5℃,原始地層壓力26.31～28.3MPa,原始地層水總礦化度27.88～28.4×104mg/L,為 CaCl2型。該油藏目前進入高含水開發階段,主要表現出兩方面的問題:一是受層間物性差異的影響,層間矛盾比較突出;二是油藏隔層小,事故井多,層間精細調整受到限制。這兩個問題影響了分酸、分注、重分等層間調控措施的實施,合注合采井多,影響了分層動用狀況的改善。再加上油藏高溫、高鹽、中低滲透的特點及有的井調剖輪次的增加,小劑量的近井淺調效果越來越差。針對這些情況,2009年在衛22塊開展無機凝膠調剖技術應用。

1 無機凝膠調剖劑體系性能評價[1]

無機凝膠調剖體系主要應用的是一種成膠時間可控的無機凝膠調剖體系,該體系將一種能緩慢釋放氫離子的顆粒控制劑(清水+CO劑+鹽酸)直接加入水玻璃溶液中,在一定條件下,隨顆粒控制劑的加入,體系pH值緩慢降低,同時水玻璃溶液中以膠體粒子形式存在的高聚態硅酸根離子不斷長大,最終體系固化成硅酸凝膠,對目的層實施有效封堵。實驗證明,時間可控的無機凝膠體系基液密度及粘度都與注入水非常接近,注入性能好,且成膠后形成的膠體強度較弱,適用于中低滲油藏。該體系主要以調剖的方式與預交聯凝膠顆粒復合應用,可取得較好的增油降水效果。

1.1 體系成膠影響因素及成膠性能

1.1.1 影響因素

對調剖劑濃度、地層溫度、注入水礦化度、攪拌均勻程度及剪切對體系成膠狀況的影響進行了研究,結果表明:

(1)濃度越高,成膠越快,強度越高,觸變后的恢復能力也較強。

(2)在80～110℃條件下,體系成膠時間為1～6 h。質量百分數為10%時,溫度越高成膠時間越短;但當質量百分數為15%時,溫度對成膠時間的影響減弱(圖1)。

圖1 溫度對JN體系成膠時間的影響

(3)體系遇到一定礦化度的水后,形成白色絮狀沉淀,置入100℃恒溫箱內一段時間后,體系不能成膠。

(4)攪拌均勻程度基本不影響體系的成膠能力,只是成膠后的膠體內存在孔隙、裂隙。體系濃度越大,不攪拌對體系的成膠狀況影響越小。

(5)剪切對體系的成膠時間及成膠后強度沒有影響。

1.1.2 成膠性能

對體系的基液密度、粘度,成膠時間、成膠后粘度、熱穩定性、耐酸、堿、鹽及抗剪切性等常規性能進行總體評價,結果見表1。從靜態性能評價結果看,該體系面臨的主要問題是注入水礦化度對體系成膠性能的影響。

1.2 體系對動態性能評價[1-2]

結合衛22塊油藏及無機凝膠調剖技術特點,選擇人造巖心進行體系動態性能評價,利用相似性原理,設計巖心流動實驗驅替排量為1～5mL/min,堵劑總注入量為10PV。

在整個實驗過程中,注入水的水質及巖心本身的物理性質對實驗結果有一定程度的影響。通過對巖心的實驗數據進行分析發現,巖心滲透率越大,阻力系數越小;當巖心滲透率較低時,隨排量的升高,阻力系數增加(見圖2)。

圖2 JN體系在不同滲透率巖心中的阻力系數

2 油藏適應性分析[1-2]

2.1 體系對油藏適應性分析

對體系靜態及動態性能實驗結果綜合分析后認為,成膠時間可控的無機凝膠體系基液粘度較低,注入性能較好,成膠后形成的膠體強度較弱,膠體在巖心內運移的過程中表現為脫水和破碎通過。該體系較適于中低滲油藏中空氣滲透率大于10000×10-3μm2,水相滲透率大于1000×10-3μm2的高滲條帶的封堵。

2.2 現場存在問題原因分析

在歷年現場應用過程中,JN體系存在著注入過程中注入壓力上升快無法完成設計用量的注入,后續水驅過程中注水壓力下降快無法實現高滲層的有效封堵兩個方面的問題。研究結果表明,造成該問題的主要原因在于體系成膠后的膠體性質。注入過程中壓力上升過快是由于膠體在一定壓力下觸變、脫水卻又無法破碎通過,從而形成濾餅,隨著注入壓力的升高,濾餅逐漸被壓實,最終導致壓力的快速上升;后續水驅過程中壓力下降快是由于膠體的強度較弱,在砂粒間易發生破碎產出。

2.3 解決辦法

針對上述情況,尋找另外一種體系,與無機凝膠調剖體系進行復合,通過體系間的協同作用來解決。首先這種體系要具有一定的變形能力及強度,且為分散狀,從而將堆積的膠體濾餅推擠到油層深部;其次,該體系還要具有較高的強度及封堵能力,對進入巖心的膠體形成保護。通過實驗預交聯延膨體能較好地滿足上述各項要求。

2.4 調剖體系性能指標

根據衛22塊地層特征,優選成膠時間可控的JN無機凝膠調剖體系及延遲膨脹顆粒必須具有以下性能。

JN無機凝膠調剖體系的性能指標為:耐溫:120℃;抗鹽:25×104mg/L;基液 pH 值:11～12;基液密度:1.04g/cm3;100℃熱穩定時間:90d。

延遲膨脹凝膠顆粒的性能指標為:耐溫:100℃;抗鹽:20×104mg/L;膨脹倍數:4倍;膨脹時間:5d;100℃熱穩定時間:15d。

3 現場應用[3]

3.1 選井原則

(1)對應油井含油飽和度高,剩余油潛力大,油井產液量大于15m3/d;

(2)對應油井含水高,含水率一般大于85%,特別是在多層油層的油井中,有明顯的高滲透層或出水層;

(3)吸水剖面不均勻,非均質性嚴重,縱向滲透率級差大,存在強吸水層,層間矛盾突出的非均質油藏;

(4)油水井連通性好,注采反應明顯,實施多輪次調剖,調剖效果逐漸變差的水井;

(5)地層孔隙度10%～42%,空氣滲透率大于30 ×10-3μm2,產出水礦化度小于16 ×104mg/L,地層溫度低于120℃;

(6)井況良好,無套破及串槽情況。

3.2 施工參數

調剖施工壓力盡量控制在目前注水壓力范圍內,做到低壓低排量施工,確保調剖驅油劑進入高滲透層。施工壓力最高為地層破裂壓力的0.85。

通過動靜態性能評價,得到了與衛22塊油藏及注入水條件配伍性較好的配方體系,并對現場注入工藝進行了優化。

(1)前置段塞:成膠時間可控的無機凝膠調剖體系。為防止基液的流失,選用小粒徑(2～3mm)、中低濃度的延遲膨脹顆粒,作為前置段塞對無機凝膠調剖體系進行保護。根據22塊油水井平均井距為200m左右,計算出前置段塞用量應該為總用量的1/5左右。

(2)主體段塞:主體段塞為無機凝膠調剖體系與延遲膨脹顆粒交替注入。為消除注入水對無機凝膠調剖體系的影響,在無機凝膠注入前后都需要注入一定量的隔離清水。主體段塞的組成是:清水+無機凝膠+清水+延遲膨脹顆粒+清水+無機凝膠……,如此進行交替、循環。

(3)后緣段塞:由于無機凝膠調剖體系成膠后形成的膠體強度較弱,后緣段塞的主要作用是保護無機凝膠調剖體系,其放置位置主要是在近井地帶3～10m范圍內,計算出后緣段塞用量為總用量的1/25左右。

(4)頂替段塞:頂替段塞主要用于將井筒及近井3m范圍內的調剖劑頂入地層深處,以防止后續注水過程中壓力過高及調剖劑回流入井筒。可根據油層深度及油層厚度計算頂替注水用量。

3.3 現場應用情況簡況及效果分析

(1)現場實施情況。2009年8月現場實施,共實施4井次,注入調剖劑8045m3,其中注入無機凝膠3880m3,預交聯凝膠顆粒12.98t,詳見表2。

(2)水井效果。從井口注水情況看,試驗井平均注水壓力由調剖前的10MPa下降到調剖后的9 MPa;從可對比的壓降及吸水指示曲線看,調剖后PI值增加了3.1MPa,吸水指數下降4.0m3/MPa。

表2 衛22塊無機凝膠調剖現場施工情況統計

(3)井組油井效果。截至2010年6月30日,4個措施井組對應油井7口井,都已見到了增油降水效果。在不考慮自然遞減的情況下,累計增油835 t,降水 6980m3。

(4)典型井例。衛22-70井組,對應油井衛22-43、22-78與22-70主要對應沙三下7-10油層,本次調剖后沙三下7-10,相對吸水量進一步得到加強,衛22-70井調剖后明顯抑制了該井的產油下降和含水上升,產量遞減有所減緩。衛22-43井在調剖后一月左右即見到調剖效果,在產液量基本不變的情況下,產油由調剖前的5.9t/d最高上升到8.4t/d,含水由92.3%下降到90.9%。截至2010年6月30日,井組累積增油287t,降水1285m3。

4 結論

(1)無機凝膠調剖體系在現場應用過程中注入壓力高的主要原因是體系成膠后在一定壓力下首先發生脫水,在滲透率較低的油藏,滲透率發生突變的界面會形成濾餅,隨著濾餅的不斷增厚、壓實,注入壓力快速上升。

(2)預交聯凝膠顆粒對無機凝膠濾餅具有較好的頂替作用,應用預交聯凝膠顆粒與無機凝膠交替注入的方法,能較好地解決無機凝膠調剖體系現場注入過程中壓力上升過快的問題。

(3)應用無機凝膠調剖體系在中低滲油藏進行層內深部調剖,可取得一定的增油降水效果。

[1] 黃憤,崔潔,張桂意,等.無機凝膠調剖劑的性能評價與應用[J].精細石油化工進展,2006,(3):4-6,9.

[2] 王小泉,魏君.一種硅酸類無機凝膠堵劑的制備[J].油田化學,2002(2):127-130.

[3] 張桂意,楊忠男,李云渤.勝利油田油井深部堵水技術應用[J].西安石油大學學報,2004,19(3):136-139.

TE357

A

1673-8217(2011)02-0117-03

2010-10-15

范志毅,工程師,1979年生,2002年畢業于遼寧石油化工大學,從事采油工程技術研究與應用工作。

編輯:李金華