不同滲透率級差下聚合物微球調驅室內實驗研究

張金元

1.西安石油大學 陜西省油氣井及儲層滲流與巖石力學重點實驗室（陜西 西安 710065）

2.延長油田股份有限公司 勘探開發技術研究中心（陜西 延安 716001）

油田高含水意味著產油效率低下，而產能過低將直接影響一個油田的未來[1-5]。目前調驅堵水方法中物理調驅是一種既經濟又實用的手段，在油田現場應用較多[6]。實驗室進行了聚合物微球在不同儲層物性條件下調驅封堵特性實驗研究，驗證了這種聚合物微球封堵高滲透層的有效性，從而提高波及效率，提高低滲透油藏原油采收率[7-10]。

1 聚合物微球的微觀形貌

采用OLYMPUS公司DSX500三維成像顯微鏡觀測聚合物微球。觀測結果如圖1所示，圖1（a）為初始狀態的WQ5000聚合物微球，圖1（b）為60℃恒溫箱里放置3 d之后多個WQ5000聚合物團聚在一起的狀態。這說明60℃聚合物微球更容易發生交聯團聚。常溫下，聚合物微球呈分散狀態，注入地層之后，由于地層溫度較高，交聯劑產生作用，多個聚合物微球會發生交聯團聚成大微球，封堵孔喉。聚合物微球在60℃實驗條件下，膨脹倍數可達5～20倍。

圖1 聚合物微球微觀形貌觀測

采用Hitachi S-700透射電子顯微鏡對25℃常溫下WQ5000聚合物微球微觀形貌進行觀測，首先將聚合物微球乳液直接滴加至油性介質中分散，超聲10 min，用銅網撈取后在透射電鏡下觀察微球的粒徑，結果如圖2所示。

圖2 透射電子顯微鏡觀測聚合物微球微觀形貌

2 雙管并聯驅替實驗結果與分析

2.1 滲透率級差優選

為了確定合理的滲透率級差范圍，設計了不同滲透率級差的填砂管并聯驅替實驗。兩個填砂管規格一樣，長度1 m，內徑為2.5 cm，采用同注分采的方式驅替，驅替流速為1 mL/min。首先進行水驅，當水驅動態含水率分別達到80%時，注入2 000 mg/L、0.3PV（孔隙體積）聚合物微球乳液驅替，之后再進行后續水驅。8組不同滲透率級差的實驗結果如圖3所示。調驅實驗結果見表1。

表1 不同滲透率級差下調驅實驗結果

圖3每幅圖中有5條曲線，其中有3條動態采收率曲線、1條動態壓力梯度曲線和1條動態含水率曲線。注入的聚合物微球大粒徑微球封堵孔喉，產生附加阻力，使得液流流向小孔徑，驅替小孔徑中的剩余油；注入的聚合物微球小粒徑微球穿過大孔道，向儲層深部運移、沉積，由于微球自身的交聯劑，一部分微球和巖石避免產生吸附作用，微球就會沉積在儲層孔喉壁面，使得大孔喉半徑變小，亦會產生附加阻力，使得注入流體轉向更小的孔喉，增大波及面積，驅替出剩余油。

圖3（a）高、低滲管水相滲透率1 697.65×10-3μm2、52.24×10-3μm2，滲透率級差32.5，兩根填砂管總孔隙體積為264 cm3，實驗中動態含水率開始一段時間為0，然后逐漸升高，直到有一個平穩期。當含水率上升到80%時注入0.3PV聚合物微球乳液，動態含水率有一定幅度的下降，隨后又慢慢升高。動態壓力梯度從0開始，突然急劇升高，然后逐漸下降，當注入聚合物微球乳液時又會出現小幅度上升，停止注入微球時緩慢下降。3條采收率曲線相距較遠，是因為低滲管基本不出液，滲透率級差太大，注入聚合物微球之后產生的附加阻力不足以驅替出低滲透管中的流體。調驅之后低滲與高滲采收率增加值之比為0.12，兩根管最終總采收率為29.86%。

圖3（b）高、低滲管水相滲透率388.48×10-3μm2、52.24×10-3μm2，滲透率級差7.44，兩根填砂管總孔隙體積為259.2 cm3，注入聚合物微球之后，低滲透管出液量逐漸上升。調驅之后低滲與高滲采收率增加值之比為0.69，說明注入聚合物微球之后低滲管產油量不如高滲管，兩根管最終總采收率為52.9%。圖3（a）與（b）對比，滲透率級差減少，低滲透管出液量增多，調驅效果變好，滲透率級差太大，調驅沒有實際意義，沒必要進行調驅。

圖3合理滲透率級差實驗結果

圖3 （c）高、低滲管水相滲透率373.03×10-3μm2、70.00×10-3μm2，滲透率級差5.32，兩根填砂管總孔隙體積為259 cm3，3條采收率曲線實現了交叉，注入聚合物微球之后，動態壓力梯度呈增加的趨勢，產生附加阻力，使原來低滲透管中的流體流動。調驅之后低滲與高滲采收率增加值之比為4.13，兩根管最終總采收率為53.37%。圖3（b）與（c）對比，圖3（c）中低滲管總采收率超過高滲管總采收率，很明顯圖3（c）調驅效果顯著。

圖3（d）高、低滲管水相滲透率180.25×10-3μm2、41.15×10-3μm2，滲透率級差3.60，兩根填砂管總孔隙體積272 cm3，注入聚合物微球之后低滲管產油量增加明顯。調驅之后低滲與高滲采收率增加值之比為5.59，兩根管最終總采收率為71.12%，是8組實驗中最高值。

圖3（e）高、低滲管水相滲透率575.38×10-3μm2、170.60×10-3μm2，滲透率級差3.37，兩根填砂管總孔隙體積為308 cm3，調驅之后低滲與高滲采收率增加值之比為8.69，是8組中調驅比最高的一組，兩根管最終采收率為67.60%，調驅效果較明顯。圖3（d）與（e）對比，滲透率級差相近。但是圖3（e）中高滲透管的滲透率575.38×10-3μm2，是圖3（d）高滲管水相滲透率180.25×10-3μm2的3.19倍；圖3（e）中低滲透管的滲透率170.60×10-3μm2，是圖3（d）高滲管水相滲透率41.15×10-3μm2的4.15倍；在驅替過程中，圖3（d）的最高壓力梯度為1.2 MPa/m，而圖3（e）的最高壓力梯度為0.4 MPa/m。因此得出：圖3（d）的最高壓力梯度是圖3（e）的3倍。這說明：流速一定時，滲透率大，驅替壓力小；滲透率小，驅替壓力大。

圖3（f）高、低滲管水相滲透率150.88×10-3μm2、67.49×10-3μm2，滲透率級差2.24，兩根填砂管總孔隙體積為270 cm3，0.7PV時低滲透管總采收率超過高滲透管采收率。調驅后低滲與高滲采收率增加值之比為4.03，兩根管最終總采收率為68.92%。

圖3（g）高、低滲管水相滲透率191.83×10-3μm2、130.44×10-3μm2，滲透率級差1.47，兩根填砂管總孔隙體積為304 cm3，1.05PV時低滲透管總采收率超過高滲透管采收率。調驅之后低滲與高滲采收率增加值之比為3.59，兩根管最終總采收率為40.88%。

圖3（h）高、低滲管水相滲透率900.61×10-3μm2、639.42×10-3μm2，滲透率級差1.41，兩根填砂管總孔隙體積為310.7 cm3，低滲透管采收率始終未超過高滲透管采收率，低、高滲透管采收率曲線始終保持相同的趨勢。調驅之后低滲與高滲采收率增加值之比為0.87，兩根管最終總采收率為52.84%。

圖3（c）、（d）、（e）、（f）中，注入聚合物微球乳液之后，低滲管累積采收率提高明顯。調驅之后低滲與高滲采收率增加值之比均在4倍以上，說明滲透率級差在2.24～5.32，調驅效果較好。

2.2 實驗結果分析

不同滲透率級差下總采收率隨著注入流體孔隙體積倍數的變化如圖4所示。滲透率級差越大，低滲透模型基本不出液，調驅效果越差。滲透率級差越小，說明兩根管越趨于均質，類似于均質儲層，注入聚合物微球之后，兩根填砂管同時封堵，調驅效果依舊很差，只有在合適的滲透率級差范圍內調驅效果較好。

圖4 不同滲透率級差結果對比

開始注入0.3PV聚合物微球調驅之后，將不同滲透率級差下低滲透管采收率的提高值除以高滲透管采收率的提高值，得到調驅后低滲與高滲采收率增加值之比。實驗數據見表2，運用調驅后低滲與高滲采收率增加值之比以及每組總采收率的數值來評價不同滲透率級差時的調驅效果。

表2 不同滲透率級差下聚合物微球調驅實驗結果

將表2中不同滲透率級差調驅后低滲與高滲采收率增加值的比值及總采收率實驗結果繪制成圖，如圖5所示。由圖5可知，總采收率曲線呈現出兩邊低、中間高的特征。滲透率級差越大，總采收率越低，這是由于滲透率級差太大，低滲透管中毛管阻力大，而驅替壓力不足以驅替出低滲管中的流體，因此總采收率表現為極低的特點，滲透率級差在一定的范圍內，兩根管同時出液。

圖5 不同滲透率級差調驅后采收率增加值之比及總采收率

3 結論

不同滲透率級差對油田開發效果影響不同。

1）滲透率級差太大、太小，堵水調驅效果都不明顯，滲透率級差大于7.44時，注入聚合物微球乳液之后，對高滲透管不能有效封堵，產生的附加阻力太小，驅替出低滲透管中很少的剩余油。

2）滲透率級差在一定范圍內，在注入聚合物微球之后，由于雙管并聯的分流作用，聚合物微球進入高滲透管的多，進入低滲透管的少，高滲管中進入多的交聯封堵效果較好，產生附加阻力，使液流發生轉向，液流進入低滲管中，驅替出低滲透管中的剩余油，調驅效果較好。室內實驗結果表明，調驅效果較好的滲透率級差范圍在2.24～5.32。