新疆超稠油油藏采出砂調剖技術研究及應用

呂柏林，邢向榮，樊靖文，胡鵬程，馬 鵬，楊 春

(1.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000；2.克拉瑪依國勘石油技術有限公司，新疆 克拉瑪依 834099)

0 引 言

中國陸上稠油油藏多數為陸相沉積，地質條件復雜，以多層互層狀組合為主，儲集層以碎屑巖為主，具有高孔、高滲、膠結疏松的特征。常采用注蒸汽熱采方式開發稠油油藏，但存在2個問題：一是非均質性嚴重，動用程度低，中低滲層動用狀況差，高滲層汽竄干擾嚴重；二是膠結疏松的砂巖稠油油藏具有砂粒松散、稠油攜砂能力強的特點，導致產出砂量較多。經統計，90%以上的汽竄井均伴隨出砂，由于采出砂的特殊性質，處理難度較大，處理成本高。相關學者對油田采出砂處理技術進行了大量的探索和實踐：國外主要采用清洗法處理采出砂[1]；中國相關技術研究起步較晚，主要采用的方法主要為干燥焚燒法、生物降解法、坑內密封法、固化法等[2]，均因技術不成熟或存在環保隱患而停用，目前僅有回注法仍在應用。

采出砂的處理、回注調剖是稠油熱采增產的新技術，其難點在于對耐溫性、固化強度要求高。因此，針對新疆超稠油油藏，經過大量室內實驗和現場試驗研究，利用采出砂自主研制了新型KWF復合堵劑，并對該堵劑主要性能進行了實驗評價。

1 研究區概況

新疆風城油田為辮狀河三角洲、辮狀河流相沉積，油層埋深為200～429 m，有效厚度為7.6～20.0 m，孔隙度為27%～30%，滲透率為527～3 450 mD，50 ℃原油黏度為12 896～20 563 mPa·s，地層條件下原油黏度為10×104～100×104mPa·s。其中，Z32、Z18井區為主力開發區塊。開發初期，2個井區均采用蒸汽吞吐熱采方式。2013年，Z32井區開始進行轉蒸汽驅試驗，目前有78個井組轉驅。2019年，Z18井區進行綜合調整，目前有25個井組轉驅。截至2020年年底，采出程度達17%，綜合油汽比為0.107。

目前，研究區存在以下問題。

(1) 井間干擾嚴重，受影響油井比例大。風城超稠油油藏埋深淺、物性好、非均質性強。隨著蒸汽吞吐周期的增加，蒸汽易沿高滲層發生汽竄。截至2020年年底，Z32井區856口井發生汽竄干擾6858井次，占總井數的89%；Z18井區2 279口發生汽竄干擾19 246井次，占總井數的85%。

(2) 出砂嚴重，檢泵頻率高，生產效率低。截至2020年年底，Z32井區累計出砂836口井，占該區總井數的83%，井底砂面高度大于30 m、修井沖砂次數大于2次的嚴重出砂井共443口，出砂關停井65口，低能生產井12口；Z18井區累計出砂2 432口井，占該區總井數的87%，嚴重出砂井1 425口，出砂關停井156口，低能生產井35口。油井出砂造成井下泵卡，影響正常生產，需要檢泵，嚴重時需要沖砂。一般檢泵需要2～3 d，沖砂需要5 d，嚴重降低了生產效率。

(3) 油層縱向動用程度低。直井受籠統注汽、儲層縱向滲透率差異大、射孔跨度大以及蒸汽超覆等因素影響，縱向動用程度低，且各層動用差異不斷加劇。通過對吸汽剖面、產液剖面分析可知，油層上部動用程度(96.9%)高于下部(55.7%)，剩余油主要分布于油層下部。因此，亟需改善下部油層動用狀況，提高油層動用程度。

2 采出砂調剖體系

2.1 采出砂調剖體系的提出

稠油油藏調剖技術通過調整油井吸汽剖面來改善開發效果[3-5]。目前常用的稠油高溫調剖體系包括橡膠顆粒型調剖劑、高溫凝膠+耐高溫無機顆粒體系、氮氣泡沫暫堵體系、熱(可逆)凝膠調剖體系等，這些體系中化學藥劑占比較高，成本高昂，推廣應用范圍有限，因此，需要探索其他調剖體系。新疆風城油田目前已進入注蒸汽開發后期，油井大量出砂，面臨巨大的環保壓力。向采出砂中添加化學劑使之成為一種調剖體系，對環境保護和油田開發均具有積極意義。

超稠油油田采出砂主要由稠油、水、降解有機物、泥和超細砂等混合組成。通過分析化驗可知，采出砂存儲池中含水為60%～70%，含油為10%～15%，泥砂含量為15%～30%。固相中粒徑小于100 μm的占80%以上，主要為10～50 μm，平均為48 μm。而油藏儲層的平均孔徑為200 μm，大于采出砂顆粒的粒徑[6]，特別是汽竄大孔道有些孔徑已經達到毫米級，采出砂進入大孔道基本無障礙。因此，利用采出砂調剖具有可行性。

2.2 采出砂調剖體系研究思路及原理

存儲池中含水為70%的采出砂本身不具備流動性，必須添加一定量的水才能使其流動起來，但會導致采出砂的穩定性變差，靜置半個小時即分層，不利于泵注，達不到調剖體系的要求。因此，選取膨潤土作為分散劑，使稀釋后的采出砂依然不沉降，便于泵送。泵送進入油藏的采出砂在高溫高速蒸汽的驅使下應滯留在大孔道中，否則調剖依然無效，因此，添加固化劑可使采出砂在油藏中凝固，并與地層膠結，達到調剖的目的。此外，采出砂調剖體系的凝固時間不可控，給調剖施工帶來安全隱患，需添加促凝劑來控制體系的凝固時間。最終，確定采出砂調剖體系的基本配方為采出砂+水+分散劑+固化劑+促凝劑。

采出砂調剖作用機理主要為固體礦物顆粒的物理堵塞作用。當采出砂分散體系注入地層孔隙通道，由于相似相容原理，體系中的一部分乳化油可以吸附在地層巖石的親油表面，而分離出的無機礦物則橋接聚集形成團粒結構，堵塞滲流大孔道，降低大孔道滲透率，改善吸汽剖面，使后續注入汽流轉向，動用未波及儲層，提高中低滲透層的動用程度，達到增油降水的目的。

2.3 采出砂調剖配方

經過大量實驗篩選研究[7-9]，自主研制出新型KWF復合堵劑，其配方為：40.0%油田采出砂+3.0%～4.0%無機鹽類固化劑+0.6%膨潤土分散劑+0.2%片堿促凝劑+油田采出水。該體系密度為1.15～1.35 g/cm3，表觀黏度約為50 mPa·s。該體系具有以下優勢：①采出砂處理過程安全環保，過程可控；②調剖封堵體系采用油田污水進行配制，解決了部分污水處理問題；③可以進行區域整體調剖，封堵大孔道或汽竄通道；④采出砂來自地層，與油層配伍性好；⑤主體原料為油田產出物，成本較低。

3 采出砂調剖體系性能評價

3.1 凝固時間

設定溫度為100℃，僅改變促凝劑的質量，記錄體系的凝固時間(表1)[10]。由表1可知，凝固時間隨著促凝劑質量的減少而增大，表明該體系凝固時間可控，可通過調整促凝劑的用量來改變凝固時間，避免封堵時間過早或過晚。

表1 油田采出砂調剖劑膠結凝固實驗數據

3.2 耐溫性評價

稠油熱采油藏溫度較高，對體系的耐溫性要求高，風城油田現場要求耐溫應達到350 ℃。通過實驗測得促凝劑質量濃度為0.4%時，不同溫度下采出砂體系的凝固時間(圖1)。由圖1可知，該體系凝固時間隨溫度升高緩慢降低，在高溫情況下未出現較大幅度變化，表明該體系溫度敏感性低，可確保現場順利施工[11]。

圖1 不同溫度下調剖體系凝固時間

將相同配比的KWF復合堵劑分別注入5個物性相近的人造巖心，測試其不同溫度環境下封堵前后的滲透率、封堵率和突破壓力，結果如表2所示。

表2 不同溫度下的巖心封堵率實驗結果

由表2可知：不同溫度下，調剖堵劑的封堵率均達到85.0%以上，封堵效果好，突破壓力均達到6.0 MPa以上，封堵強度高。綜合結果表明，該體系的耐溫性能好，能夠滿足熱采要求。

3.3 封堵效果

設定蒸汽出口溫度為200 ℃，注入速度為5 L/h，將相同配比的6份KWF復合堵劑注入6組物性相近的人造大孔道巖心，測試其不同注入量下封堵前后的滲透率，計算封堵率(表3)。由表3可知，隨著注入量的增大，封堵效果越來越好。

表3 不同滲透率下巖心封堵率實驗數據

3.4 油層保護效果

設定蒸汽出口溫度為200 ℃，注入速度為5 L/h，將相同配比的KWF復合堵劑分別注入3組不同滲透率級差的雙管并聯巖心，測試封堵前后的巖心滲透率，計算其封堵率(表4)[12]。由表4可知，采出砂調剖體系基本只進入大孔道，同時大孔道封堵率較高，表明復合堵劑可有效保護油層。

表4 不同滲透率級差下巖心封堵率實驗數據

綜合上述實驗可知，采出砂調剖體系是通過以流體狀態進入大孔道，在大孔道中凝固并與地層膠結在一起來達到封堵大孔道的目的，其具有以下特點：①初始黏度低于150 mPa·s，泵入性能好，可實現深部調剖；②沉降時間大于4 h，懸浮性能好；③膠結凝固時間可控制在3～300 h，保證施工安全；④耐溫大于350 ℃，滿足熱采注入生產要求；⑤封堵率大于85.0%，封堵效果好。

4 實例應用

4.1 措施設計

2019年，在Z32井區直井汽驅區域和Z18井區蒸汽吞吐區域，選取采出程度大于30%、井間汽竄嚴重的40口井，實施采出砂調剖措施。注入體系設計為前置段塞、封堵段塞、后置段塞、頂替段塞(表5)。

表5 采出砂調剖措施井注入參數

4.2 實施效果

2019年4月，在施工難度較小的Z32井區直井汽驅區域中的6口井開展試驗，分析評價后，對該井區30口井及Z18井區4口井進行批量施工(表6)。截至2019年12月底，措施井見產26口。措施前日產液平均為11.0 m3/d，日產油平均為0.37 t/d，措施后生產天數平均為71 d，日產液平均為84.8 m3/d，日產油平均為15.50 t/d，階段增油1 057 t。

表6 采出砂調剖措施井實際注入參數統計

此外，施工較早、見產時間較長的F00002井注入調剖體系18 d，施工壓力為3.0 MPa，注入總量2 285 m3，其中注入標準砂1 088 m3。措施前日產液為7.5 m3/d，日產油為0.3 t/d，含水為96.0%；措施后生產152 d，日產液為16.3m3/d，日產油為6.1 t/d，含水為62.9%，累計增油875 t。

5 結 論

(1) 風城油田超稠油油藏埋深淺、物性好、非均質性強。隨著注蒸汽開采時間的增長，80%的注采井沿高滲層發生汽竄，油層縱向動用程度低，下部動用程度僅為55.7%。

(2) 基于室內實驗，自主研制出了基于采出砂的新型KWF復合堵劑，采出砂來自地層，又回注地層，與油層有良好配伍性，既解決了聯合站處理問題，又降低了稠油熱采開發成本。該體系具有固化時間可調(3～300 h)、抗壓大于6 MPa、耐溫大于350 ℃、封堵率大于85.0%的特點，能滿足超稠油油藏調剖的需求。

(3) 現場應用表明，該體系在注入高滲汽竄通道后可與地層巖石膠結，可有效封堵大孔道，提高單井產油量，階段累計增油達1 057 t。采出砂調剖技術既解決了采出砂的聯合站處理問題，又降低了稠油熱采開發成本，對提高油田最終采收率和經濟效益具有重要意義。