橡膠顆粒與地層孔喉匹配關系研究與應用

吳 莎

（中石化中原油田分公司采油工程技術研究院，河南濮陽 457001）

中原油田具有油藏埋藏深、高溫、高鹽、高礦化度的特點，經過長期注水開發，油田已進入中高含水期，為有效封堵地層大孔道，應用了許多調剖技術，其中無機堵劑由于其良好的耐溫抗鹽性能得到了廣泛的應用，如粘土、粉煤灰、礦物粉和超細水泥[1-2]等，但由于其不可變形的特點，堵劑不能有效地進入地層深部。近幾年應用效果較好的預交聯凝膠顆粒[3]，其遇水膨脹，具有變形蟲的特點，能進入地層深部，但由于耐受的溫度有限、抗剪切性差、強度低，在應用中也受到一定限制。橡膠顆粒能夠克服上述堵劑存在的缺點，既能滿足耐溫耐鹽的要求，抗剪切性好、強度高，又可以受壓變形進入地層深部。2008-2009年在中原油田中高滲油藏和低滲油藏上應用了橡膠顆粒調剖技術，共實施11口井，其中有7口井注入壓力上升過快，調剖劑大部分堆積在近井地帶，未能進入地層深部，只有4口井壓力上升相對緩慢，調剖劑較容易進入地層深部，且對應增油效果明顯。分析應用過程中存在的問題，主要是因為調剖前未研究橡膠顆粒與地層孔喉的匹配性，致使其注入性較差，橡膠顆粒未能進入地層深部，不能有效封堵大孔道及高滲條帶。針對這個問題，通過研究橡膠顆粒與地層孔喉的匹配關系，即不同粒度中值橡膠顆粒在地層中滲濾面調剖、深部調剖、無封堵作用三種情況下的地層滲透率范圍，從而改善橡膠顆粒調剖劑的注入性，使得對應油井見到增油效果。

1 橡膠顆粒與地層孔喉匹配性評價方法

在水井調剖中采用的顆粒堵劑種類較多[4-7]，為保證其注入性需研究其與地層孔喉的匹配性。本文在張光焰[8]研究的理論基礎上，研究橡膠顆粒與地層孔喉的匹配關系，采用的方法是依據礫石充填防砂工藝中目前通用的礫石設計思路[9]（見圖1）。圖中曲線是在室內基礎上得出的，D50是設計礫石粒度中值，d50是地層砂樣粒度中值，充填體的滲透率隨礫石粒度中值與地層砂粒度中值之比D50/d50不同而存在巨大的差異。由于地層砂樣粒度中值d50基本不變，因此對于某一出砂地層，礫石粒度中值D50的選擇決定防砂效果。

將橡膠顆粒堵劑看作地層砂，充填人造巖心的石英砂看作礫石，則D50/d50是石英砂粒度中值與橡膠顆粒堵劑粒度中值之比。分析圖1可以看出，橡膠顆粒堵劑在不同滲透率人造巖心中具有不同的行為，由此確定人造巖心石英砂粒度中值與橡膠顆粒堵劑粒度中值之比和堵劑在不同滲透率巖心中行為之間的關系，得到堵劑對油田作業的適應性（見表1）。

表1 D50/d50與橡膠顆粒堵劑地層行為的關系

因此，只要測得橡膠顆粒堵劑的粒度中值，按照表1列出的數據確定一系列石英砂粒度中值，將粒度中值符合要求的石英砂裝入填砂管并測量其滲透率，就可得到某一粒度中值的橡膠顆粒堵劑在不同滲透率填砂管中的行為，從而為現場施工中一定粒徑的橡膠顆粒堵劑與地層孔喉的匹配提供依據。

2 不同粒徑橡膠顆粒的地層行為與充填石英砂粒度中值關系

測定橡膠顆粒粒度中值，計算得到不同橡膠顆粒的地層行為與充填石英砂粒度中值D50的關系。利用激光粒度儀與篩分法測定了0.1～0.5 mm、0.5～2 mm橡膠顆粒與 4～6 目、6～8 目、8～10 目、10～20 目、20～40 目石英砂的粒度中值，實驗結果（見表2）。

表2 石英砂顆粒與橡膠顆粒的粒度中值

依據表1計算，0.3～0.5 mm、0.5～1 mm 橡膠顆粒在不同地層中的行為與充填石英砂粒度中值之間的關系（見表3）。

表3 不同橡膠顆粒的地層行為與充填石英砂粒度中值D50的關系

3 顆粒與孔喉匹配性動態實驗

通過動態實驗測定不同粒徑橡膠顆粒在不同粒徑石英砂中端面堆積、端面濾餅堵塞、進入深部以及順利通過時填砂管的滲透率，以確定堵劑不進入地層、滲濾面調剖、深部調剖以及無調剖作用時地層的滲透率，從而確定橡膠顆粒深部調剖的油藏滲透率的合理范圍。實驗采用高溫高壓長巖心管實驗裝置。首先分別用4～6目、6～8目、8～10 目、10～20目、20～40 目的石英砂填制填砂管[10]，測定填砂管的空氣滲透率，然后飽和水測定孔隙體積、孔隙度，用明六塊污水水驅測定水相滲透率，為了驗證橡膠顆粒在填砂管中的通過情況，最后注入橡膠顆粒。根據實驗得到的結果分析總結橡膠顆粒在不同目數石英砂填砂管中的通過情況，得到橡膠顆粒通過砂粒情況與填砂管滲透率的關系（見表4）。

表4 橡膠顆粒通過砂粒情況與填砂管滲透率的關系

由表4可以看出，對于0.3～0.5 mm橡膠顆粒，滲透率在 3 000～4 500×10-3μm2時，能進入巖心并形成端面堵塞，當滲透率在 4 500～9 000×10-3μm2時，能進入巖心深部，在地層深部起調剖作用，當滲透率大于9 000×10-3μm2時，順利通過巖心，在地層中不產生堵塞作用，無調剖功能；對于0.5～1 mm橡膠顆粒，滲透率在 4 500～6 000×10-3μm2時，能進入巖心并形成端面堵塞，當滲透率在 6 000～10 000×10-3μm2時，能進入巖心深部，在地層深部起調剖作用，當滲透率大于10 000×10-3μm2時，順利通過巖心，在地層中不產生堵塞作用，無調剖功能。

4 現場應用情況

在文明寨油田初選7個井組進行油水井分析，并進行示蹤劑檢測，最后選定3個目前滲透率在4 500～10 000×10-3μm2之間的井組明1-16、明195與明365井開展橡膠顆粒調剖試驗。橡膠顆粒復合調剖先導試驗于2010.7.30.開始施工，12.24.施工完畢，共注入調剖劑3 408 m3，3口調剖井全部見效，有效率100%，井組累計增油1 511.9 t，累計降水3 210 m3，調剖后注水壓力平均上升9.1 MPa，壓力指數PI值平均上升了5.22 MPa，取得了較好的增油降水效果，具體（見表5）。

5 結論及認識

（1）研究不同粒度中值橡膠顆粒在地層中滲濾面調剖、深部調剖、無封堵作用三種情況下的地層滲透率范圍，對于0.3～0.5 mm橡膠顆粒，當滲透率在4 500～9 000×10-3μm2時，能進入巖心深部，在地層深部起調剖作用；對于0.5～1 mm橡膠顆粒，當滲透率在6 000～10 000×10-3μm2時，能進入巖心深部，在地層深部起調剖作用。

（2）通過研究橡膠顆粒與地層孔喉的匹配關系，提高了橡膠顆粒注入性，有效封堵了大孔道和高滲條帶，對應油井見到較好的增油效果。

表5 橡膠顆粒調剖油井效果表

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