塔木察格耐溫深部調(diào)剖體系研究及現(xiàn)場應用

吳晨宇 時光 喬巖 劉兆海 雷達

（1.大慶油田有限責任公司采油工程研究院；2.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點實驗室）

塔木察格油藏目前已全面進入注水開發(fā)階段，隨著注水開發(fā)時間的增加，區(qū)塊高含水井比例不斷上升，通過常規(guī)綜合調(diào)整措施控制含水上升速度難度不斷加大，導致主力層含水上升。為了改善該區(qū)塊水驅(qū)開發(fā)效果，增加開發(fā)效益，需要對竄流嚴重水井實施深度調(diào)剖。然而塔木察格油藏油層溫度高、井距大、滲透率極差也大、裂縫發(fā)育具有“兩大、一高、一發(fā)育”特點，且現(xiàn)場配制水水質(zhì)變化大、冬季時間長、施工環(huán)境惡劣。目前常用的凝膠調(diào)剖劑體系在高溫條件下強度弱、破膠快，且成膠時間短（僅1～7 天），注入過程中由于受到井眼剪切作用黏度損失較大[1-3]，無法滿足該特殊地層條件對深部調(diào)剖的需求。通過調(diào)研耐高溫調(diào)剖劑[4-9]及其相關(guān)技術(shù)，并結(jié)合塔木察格油藏區(qū)塊特點，開展了塔木察格油藏深度調(diào)剖研究，形成適合塔木察格油藏的耐溫深部調(diào)剖體系，利用該體系進行現(xiàn)場調(diào)剖施工工藝簡單，結(jié)合實際注入情況及時進行深部調(diào)剖方案調(diào)整，為類似復雜油藏深調(diào)項目提供了技術(shù)支持與保障，進而實現(xiàn)了增能提液，改善開發(fā)的效果。

1 實驗部分

1.1 實驗藥劑和儀器

實驗藥劑：陰離子型聚丙烯酰胺A，相對分子質(zhì)量1 200×104～1 600×104；陰離子型聚丙烯酰胺B，相對分子質(zhì)量1 900×104；陰離子型聚丙烯酰胺C，相對分子質(zhì)量2 500×104；酚醛樹脂交聯(lián)劑；多環(huán)胺類延緩劑；β-環(huán)糊精；十二烷基硫酸鈉（SDS）。

實驗用水為塔木察格油藏現(xiàn)場回注水，實驗溫度為地層溫度。實驗用巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心，尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm，水測滲透率為1.2～4.5 μm2。

主要儀器：AR200ex 型高黏流變儀、電子天平、恒溫箱抽空飽和裝置、ISCO-260D 高精度計量驅(qū)替泵。

1.2 實驗方法

1.2.1 成膠時間測定

利用Sydansk 等人提出的凝膠強度目測代碼法對成膠時間進行判斷。將凝膠強度從弱到強依次分為A、B、C、D、E、F、G、H、I 共9 個等級，其中F 級為高形變不流動凝膠，即凝膠在翻轉(zhuǎn)玻璃瓶時不能流到瓶口。凝膠初始成膠時間即凝膠強度達到F級時的時間。

1.2.2 封堵性能測定

1）將巖心抽真空，飽和塔木察格油藏現(xiàn)場回注水，計算巖心孔隙體積和孔隙度。

2）在90 ℃的電熱鼓風恒溫內(nèi)放置飽和好水的巖心，利用現(xiàn)場回注水配制濃度為1 500 mg/L 的聚合物驅(qū)替0.57 PV。

3）利用現(xiàn)場回注水在90 ℃條件下進行聚合物驅(qū)后后續(xù)水驅(qū)驅(qū)替1 PV。

4）在90 ℃條件下注入2 PV耐溫深部調(diào)剖體系進行驅(qū)替后，侯凝10天。

5）耐溫深部調(diào)剖體系達到最終成膠黏度后，在90 ℃條件下利用現(xiàn)場回注水進行后續(xù)水驅(qū)驅(qū)替10 PV。

6）計算封堵率及殘余阻力系數(shù)。

上述實驗使用ISCO-260D 高精度計量驅(qū)替泵進行驅(qū)替，驅(qū)替流量為4 mL/min，整個實驗過程由壓力傳感器自動采集壓力。

2 結(jié)果與討論

2.1 體系各組分含量優(yōu)選

2.1.1 聚合物優(yōu)選及其對成膠效果的影響

高溫環(huán)境下，聚合物溶液會緩慢降解，導致黏度下降明顯，進而影響利用其進行配制的深度調(diào)剖劑性能。不同分子量聚合物抵抗高溫環(huán)境影響的能力不同，實驗通過選取不同相對分子質(zhì)量的陰離子型聚丙烯酰胺A（分子量1 200×104～1 600×104）、陰離子型聚丙烯酰胺B（分子量1 900×104）及陰離子型聚丙烯酰胺C（分子量2 500×104），配制成濃度為1 500 mg/L 的聚合物溶液，采用評價聚合物熱穩(wěn)定性的標準方法[10]，將配制好的聚合物溶液放置在90 ℃的烘箱中，測試其30 天內(nèi)的黏度變化情況，聚合物黏度隨時間變化關(guān)系見圖1。

圖1 聚合物黏度隨時間變化關(guān)系

3 種不同分子量的聚合物溶液黏度隨配制時間的增加而下降。陰離子型聚丙烯酰胺A 配制聚合物溶液的耐高溫性能明顯弱于另兩種，配制完成10天后，聚合物長鏈發(fā)生斷裂，溶液表現(xiàn)出明顯脫水現(xiàn)象，無法持續(xù)觀察黏度變化。利用陰離子型聚丙烯酰胺C配制的聚合物溶液雖然30天內(nèi)存在一定的黏度損失，但是最終黏度依然較高，黏度下降幅度小，該分子量的HPAM 能夠抵擋高溫條件下氧氣和溫度協(xié)同作用而導致的化學鍵斷裂，聚合物黏損率低，表明陰離子型聚丙烯酰胺C 具有較好的耐高溫性能。

選定5 種不同濃度的陰離子型聚丙烯酰胺C 進行耐溫深部調(diào)剖劑的配制，其中酚醛樹脂交聯(lián)劑濃度為3 000 mg/L。將配制好的體系置于90 ℃恒溫箱中，不同濃度聚合物濃度變化對體系成膠性能的影響見表1。

表1 不同濃度聚合物對體系成膠性能影響

實驗結(jié)果表明，雖然初始成膠時間隨聚合物濃度的增加而減少，但成膠都在1 天左右，聚合物濃度對成膠時間的影響較小。體系的初始黏度及初始成膠黏度隨聚合物濃度的增加而增加，聚合物濃度小于或等于1 500m g/L 時，成膠強度較弱，封堵性能將受到影響；聚合物濃度超過3 000 mg/L 后，體系黏度增加明顯，但增幅開始減緩，因此聚合物濃度選擇3 000 mg/L 時，成膠強度能夠達到封堵要求。

2.1.2 交聯(lián)劑含量優(yōu)選及其對成膠性能的影響

選定聚合物濃度為3 000 mg/L，為了觀察成膠性能隨交聯(lián)劑濃度的變化趨勢，選定4 組交聯(lián)劑濃度進行調(diào)剖劑體系的配制，不同濃度交聯(lián)劑對體系成膠性能影響見表2。

表2 不同濃度交聯(lián)劑對體系成膠性能影響

實驗結(jié)果表明，雖然初始成膠時間隨交聯(lián)劑濃度的增加而減少，但成膠都在1 天左右，交聯(lián)劑濃度對成膠時間的影響較小。在聚合物濃度相同的情況下，隨著交聯(lián)劑濃度的增加，體系成膠黏度顯著增加。交聯(lián)劑濃度大于或等于3 000 mg/L 時，體系成膠黏度超過9 000 mPa·s，之后隨著交聯(lián)劑濃度增加，黏度增幅減小，因此交聯(lián)劑濃度選擇3 000 mg/L時，成膠強度能夠保證封堵效果。

2.1.3 延緩體系優(yōu)選及其對成膠性能影響

在塔木察格高溫油藏進行深部調(diào)剖，需要調(diào)剖劑具有較好的耐溫性能和較高的成膠強度，同時調(diào)剖劑也需要具備進入地層深處后才開始進行交聯(lián)反應的能力。因此，要延長體系的成膠時間，保證體系能夠進入地層深部。表1、表2 的結(jié)果說明，成膠時間僅在1 天左右，為了延長成膠時間，選定選定聚合物濃度為3 000 mg/L、交聯(lián)劑濃度3 000 mg/L，選取2 種不同延緩體系，觀察延緩體系對成膠時間延長效果的改善，不同延緩體系成膠性能影響見表3。

表3 不同延緩體系成膠性能影響 單位：mg/L

延緩體系A(chǔ) 利用多環(huán)胺類化合物控制交聯(lián)劑釋放速度，進而減慢聚合物與交聯(lián)劑的反應進程，最終延長調(diào)剖劑體系成膠時間。延緩體系A(chǔ) 對成膠性能影響見圖2，成膠時間及成膠黏度隨多環(huán)胺類延緩劑濃度的增加而增加，但當延緩劑濃度超過200 mg/L 時，成膠時間及成膠黏度增幅逐漸趨于平緩，因此多環(huán)胺類延緩劑的最佳濃度為200 mg/L，成膠時間11天，成膠黏度大于9 200 mPa·s。

圖2 延緩體系A(chǔ)對成膠性能影響

延緩體系B利用β-環(huán)糊精首先將交聯(lián)劑進行包裹，減少交聯(lián)劑與聚丙烯酰胺的接觸，之后通過加入十二烷基硫酸鈉，在其對β-環(huán)糊精的競爭包裹作用下，交聯(lián)劑被緩慢釋放出，逐漸與聚丙烯酰胺進行交聯(lián)反應，以達到延長成膠時間的效果（圖3）。延緩體系B 對成膠性能影響見圖4，成膠時間及成膠黏度隨β-環(huán)糊精濃度的增加而增加，但其濃度超過500 mg/L 時，成膠時間及成膠黏度增幅逐漸趨于平緩，因此β-環(huán)糊精的最佳濃度為500mg/L，成膠時間12天，成膠黏度大于9000mPa·s。

圖3 延緩體系B對成膠性能影響

圖4 延緩體系B對成膠性能影響

2.2 耐溫深部調(diào)剖劑體系在高溫環(huán)境中的性能評價

2.2.1 耐溫深部調(diào)剖劑體系在高溫條件下的長期穩(wěn)定性

油田現(xiàn)場進行深部調(diào)剖施工后，衡量調(diào)剖措施效果的一個重要方面就是有效期長短。由于塔木察格油藏地層溫度高，耐溫深部調(diào)剖劑體系注入地層后受溫度影響，體系成膠后黏度會有所減弱。為了觀察體系在高溫中的長期穩(wěn)定性，配制了兩種耐溫深部調(diào)剖劑體系，體系一為3 000 mg/L 陰離子型聚丙烯酰胺C、3 000 mg/L酚醛樹脂交聯(lián)劑和200 mg/L多環(huán)胺類延緩劑相結(jié)合；體系二為3 000 mg/L 陰離子型聚丙烯酰胺C、3 000 mg/L 酚醛樹脂交聯(lián)劑和500 mg/L β-環(huán)糊精+200 mg/L 十二烷基硫酸鈉相結(jié)合。將兩種體系置于90 ℃恒溫烘箱中，定期監(jiān)測體系黏度在高溫環(huán)境中90 天的變化情況，體系黏度時間變化關(guān)系見圖5。

圖5 體系黏度隨時間變化關(guān)系

表4 剪切性能評價實驗

實驗結(jié)果表明，雖然在高溫環(huán)境下耐溫深部調(diào)剖劑體系黏度隨時間增加而降低，但整體下降幅度較小，90天后，黏度保留率依然可達到96%，體系具有較好的長期耐溫穩(wěn)定性。

2.2.2 耐溫深部調(diào)剖體系抗剪切性評價

配制耐溫深部調(diào)剖劑體系，待其成膠后，利用AR200ex 型高黏流變儀， 以剪切時間20 s，1 500 r/min進行剪切性能評價實驗見表4，觀察體系經(jīng)剪切后黏度變化情況。

實驗結(jié)果表明，通過對體系成膠后不同時間的樣品進行剪切，剪切后黏度恢復率均大于60%，說明耐溫深部調(diào)剖劑體系隨時間增加，抗剪切性能較好，剪切后黏度保留率較高。

2.2.3 耐溫深部調(diào)剖體系耐沖刷性能評價

體系耐沖刷性能評價實驗采用4.5 cm×4.5 cm×30 cm 的巖心，對優(yōu)選出的耐溫深部調(diào)剖體系進行巖心驅(qū)替效果評價。將巖心抽空飽和水，測定巖心的孔隙體積和水相滲透率。注入聚合物進行驅(qū)替后再進行水驅(qū)。之后注入配制好的耐溫深部調(diào)剖體系，在90 ℃恒溫箱中候凝10 天，然后利用現(xiàn)場回注水繼續(xù)驅(qū)替，測試突破壓力及殘余阻力系數(shù)。巖心實驗結(jié)果見表5，耐溫深部調(diào)剖體系在高溫環(huán)境下對巖心的封堵能力較好，巖心突破壓力3.6 MPa，10 PV 驅(qū)替壓力達10.0 MPa，殘余阻力系數(shù)67，說明凝膠調(diào)剖劑的封堵性強、耐沖刷性好。

表5 巖心實驗結(jié)果

3 現(xiàn)場應用及效果評價

利用耐溫深部調(diào)剖劑體系在塔木察格某區(qū)塊的5 個井組進行了現(xiàn)場試驗，調(diào)剖井組具備以下特點：注入壓力低、油層動用程度低、相鄰采出井含水級別高、油層水淹程度嚴重。

3.1 深部調(diào)剖方案調(diào)整

5 個井組屬于低孔低滲類型油藏，壓裂人工裂縫發(fā)育，由于調(diào)剖劑體系的初始黏度超過60 mPa·s，且逐步對地層形成封堵，因此調(diào)剖過程中會出現(xiàn)以下幾種情況：調(diào)剖劑體系注入壓力上升較快，造成調(diào)剖劑注入量達不到方案設(shè)計要求；調(diào)剖劑注入裂縫時注入能力強，裂縫封堵后地層基質(zhì)注入能力差，造成調(diào)剖劑注入量達不到方案設(shè)計要求；調(diào)剖過程中壓力升幅慢，調(diào)剖劑沿裂縫竄流。針對調(diào)剖過程中出現(xiàn)的特殊情況，采取以下針對措施保證調(diào)剖效果：現(xiàn)場注入壓力達到了方案設(shè)計要求且經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)整仍無法繼續(xù)完成注入則提前注替擠液，按照方案設(shè)計進行候凝，結(jié)束調(diào)剖施工，施工結(jié)束后按照地質(zhì)方案恢復后續(xù)注水；注入過程中根據(jù)壓力升幅情況，及時調(diào)整調(diào)剖劑的注入濃度、日注入量、總注入量等參數(shù)，達到壓力平穩(wěn)升幅的目的，確保調(diào)剖措施效果。

3.2 應用效果評價

利用耐溫深部調(diào)剖劑體系進行調(diào)剖措施后注入井注入壓力升高情況見表6，注入井升壓情況較好，5 口措施井進行調(diào)剖施工后，注入壓力都有不同程度的增加，平均壓力升高了4.7 MPa。調(diào)前調(diào)后剖沖面改善對比見表7，注入剖面得到明顯改善，調(diào)前未吸液層吸水比例升高幅度較大，統(tǒng)計5 口井的調(diào)前調(diào)后測試剖面，調(diào)后未吸液層吸水比例相比調(diào)前平均增加了54.96%。油井受效比例高，含水下降幅度大，5 口井連通的30 口采出井，受效井數(shù)達到16 口，受效比例55.3%以上，且受效井平均含水下降了9.74 個百分點，5 口井累計增油10 047 t，增油效益為1 885.16 萬元，直接經(jīng)濟效益達到1 160.16萬元。

表6 措施后注入井注入壓力升高情況

表7 調(diào)前調(diào)后剖面改善對比

4 結(jié)論

1）確定了兩種適合塔木察格高溫油藏耐溫深部調(diào)剖劑體系。體系一為3 000 mg/L 陰離子型聚丙烯酰胺C、3 000 mg/L 酚醛樹脂交聯(lián)劑和200 mg/L多環(huán)胺類延緩劑； 體 系 二 為3 000 mg/L 陰 離子 型 聚 丙 烯 酰 胺C 、 3 000 mg/L 酚醛樹脂交聯(lián)劑和500 mg/L β-環(huán)糊精+200 mg/L 十二烷基硫酸鈉相結(jié)合。

2） 耐溫深部調(diào)剖劑體系的成膠時間可達11 天，成膠后黏度超過9 000 mPa·s，成膠效果好。體系在高溫地層環(huán)境下，耐溫長期穩(wěn)定性、抗剪切性及耐沖刷性較好，在高溫條件下流動、剪切后仍能保持較高的黏度。

3）體系在高溫環(huán)境下對巖心的封堵能力較好，巖心突破壓力3.6 MPa，10 PV 驅(qū)替壓力達10.0 MPa，殘余阻力系數(shù)67。

4）利用耐溫深部調(diào)剖劑體系對塔木察格現(xiàn)場5 口注入井進行深部調(diào)剖，注入井平均壓力升高4.7 MPa，未吸液層吸水比例相比調(diào)前平均增加54.96%，油井受效比例達55.3%以上，5 口井累計增油10 047 t，增油效益為1 885.16萬元，直接經(jīng)濟效益達到1 160.16萬元。