顆粒調剖劑性能評價及其在復雜油藏的應用

吳晨宇

（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增注重點實驗室）

塔木察格油藏主要為砂巖油藏，主力產區在地質上呈現“地層傾角大、非均質性強、主力層相對單一”的特征。在開發過程中，受層間非均質性強影響，注水沿高滲流條帶或人工裂縫方位指進，造成儲層整體動用效果差，層間矛盾突出；受地層傾角大影響，水驅重力作用明顯，造成低部位油井注水突進和高部位油井供液不足問題突出，常規注水調整效果較差。顆粒類調剖劑目前被廣泛應用于國內各油田進行調剖施工[1-5]，對于大孔道及存在裂縫的地層，通過顆粒類調剖劑[6-10]可獲得明顯的調剖效果。針對塔木察格區塊層間矛盾突出、重力作用明顯的水驅開發井組，優選出適合該類地層條件的顆粒類調剖劑，并利用其開展水井調剖作業，提高井組儲層整體動用情況，改善調剖井組的開發效果，同時為塔木察格油田大傾角油藏含水迅速上升階段的開發調整提供實踐依據。

1 室內研究

1.1 實驗藥劑和儀器

1）實驗藥劑。緩膨顆粒；陰離子型聚丙烯酰胺，相對分子質量1 900×104。

2）實驗用水為模擬地層水，總礦化度為6 111.5 mg/L，其中Cl-為1 099.3 mg/L，K++Na+為1 865.3 mg/L，HCO3-為2 623.9 mg/L，Ca2+為20.0 mg/L，Mg2+為9.7 mg/L，CO32-為330.0 mg/L和SO42-為163.3 mg/L；實驗溫度為地層溫度（90℃）。封堵實驗采用?3.8 cm×30 cm石英砂人造巖心模型，水測滲透率為510×10-3μm2。

3）主要儀器。鼓風烘箱、電子分析天平、磁力攪拌器、顆粒過孔強度測定裝置、抽空加壓飽和裝置、驅替裝置等。

1.2 實驗方法

顆粒過孔壓力測定：稱取一定質量緩膨顆粒樣品，放入廣口瓶中，按實驗要求加入一定量的模擬地層水，保證顆粒完全浸泡于地層水中。密封置于90℃烘箱中，待顆粒質量不再發生變化，取一定質量浸泡好的顆粒樣品放入過孔強度測定裝置中，安裝上孔板，測量顆粒通過孔板的壓力，即為顆粒的過孔強度。

顆粒巖心驅替實驗：將巖心抽真空飽和水，測定巖心的孔隙體積和水相滲透率。將一定濃度的緩膨顆粒調剖劑樣品注入巖心，恒溫放置5 d后，對巖心進行后續水驅。當巖心出口流出第一滴水時，記錄壓力表壓力，繼續驅替10 PV，記錄驅替過程中的穩定壓力。

1.3 實驗結果與討論

1.3.1 緩膨顆粒膨脹性能評價

采用質量法進行緩膨顆粒膨脹倍數的測定。在90℃條件下，稱取質量為M的緩膨顆粒樣品放入試劑瓶，加入一定量的模擬地層水，在顆粒溶脹的不同時間內持續測量顆粒吸水后的質量M1。緩膨顆粒的體積膨脹倍數為(M1-M)/M。

顆粒膨脹時間與膨脹倍數關系見圖1，顆粒1#初膨時間為7 d，體積初始膨脹7倍，隨著浸泡時間增加，顆粒不斷吸水膨脹，終膨時間為55 d，終膨倍數為32倍；顆粒2#初膨時間為7 d，體積初始膨脹3倍，終膨時間為30 d，終膨倍數為12倍；通過對比兩種顆粒的浸泡膨脹情況可知，顆粒1#達到終膨時間更長，終膨倍數更高，說明該顆粒在高溫條件下表現出較好的膨脹性能，抗高溫能力較好。

圖1 顆粒膨脹時間與膨脹倍數關系Fig.1 Relationship between particle expansion time and expansion multiple

1.3.2 緩膨顆粒過孔強度評價

采用過孔壓力測試法對顆粒強度進行評價。對于達到終膨倍數的顆粒分別使其通過0.3 mm、0.4 mm的孔板，觀察其通過孔板時的壓力。

過孔強度數據見表1，顆粒1#在過孔板過程中未發生破碎，表明顆粒強度較高，有較好的彈性，可以進行裂縫及大孔道的封堵。然而顆粒2#通過孔板時，發生破碎，未能準確記錄過孔壓力，標明顆粒彈性較弱，抗壓能力有待改善。

表1 過孔強度數據Tab.1 Perforation strength data

1.3.3 緩膨顆粒抗剪切性能評價

通過上述對兩顆粒的膨脹性能及過孔強度進行評價及對比，優選出膨脹性能好、抗壓能力高的顆粒1#進行后續評價實驗。顆粒類調剖劑注入地層后，會受到地層及巖石顆粒的摩擦，粒徑有所損失，進而影響顆粒的封堵性能。通過利用巖心及高速攪拌器對緩膨顆粒進行剪切，觀察顆粒粒徑剪切前后的變化借以評價緩膨顆粒的抗剪切性能。

顆粒經巖心剪切實驗結果見圖2，用?3.8 cm×30 cm石英砂人造巖心模型進行緩膨顆粒的過巖心反復剪切實驗后，由于緩膨顆粒具有緩慢膨脹特性，經過巖心剪切后顆粒能夠再次膨脹，過巖心十二次剪切后，粒徑損失低于18%，表明其抗剪切性能好，注入到油層深部后粒徑保留率較高。

圖2 顆粒經巖心剪切實驗結果Fig.2 Experimental results of particle shear through core

顆粒在高速攪拌器不同轉速下粒徑變化對比見表2，將在水中浸泡達到終膨的緩膨顆粒用高速攪拌器進行不同轉速攪拌剪切實驗后，由于緩膨顆粒韌性較好，攪拌轉速為2 000 r剪切3 min后，粒徑未發生變化；隨著攪拌轉速增加，顆粒粒徑減小；但即使攪拌轉速達10 000 r剪切3 min后，顆粒仍能保持一定的粒徑，表明其抗剪切性能較好。

表2 顆粒在高速攪拌器不同轉速下粒徑變化對比Tab.2 Comparison of particle size variation under different speed of high speed agitator

1.3.4 緩膨顆粒恢復性能評價

將達到終膨的緩膨顆粒進行回彈性能實驗以此評價顆粒的恢復性能，回彈率為：回彈高度/下壓高度×100%。緩膨顆粒恢復性能見表3，緩膨顆粒的回彈率可以達到70%以上，恢復性能較好。

表3 緩膨顆粒恢復性能Tab.3 Recovery performance of slow swell particles

1.3.5 緩膨顆粒封堵性能評價

室內用?3.8 cm×30 cm石英砂人造巖心模型，對緩膨顆粒進行了巖心封堵評價。該顆粒突破壓力大于11 MPa，可大幅提高后續水驅注入壓力，能滿足封堵高滲透部位的需要，巖心封堵率在99%以上顆粒巖心實驗數據見表4。

表4 顆粒巖心實驗數據Tab.4 Particle core test data

2 調剖施工工藝研究

由于需采用聚合物攜帶顆粒調剖體系進行調剖施工，聚合物需使用現場水進行配制，該區塊調剖施工環境較為惡劣，現場來水管線壓力失穩，導致配制水中經常伴有地層返吐油和雜質，聚合物黏度低，聚合物性能受到影響。此外，施工現場位于草原深處，為環境敏感區域，環保要求嚴格。為解決施工現場存在的以上問題，研究并建立了與其配套的施工工藝。

2.1 對現有調剖工藝流程進行設計優化

通過設計增加自動加藥控制系統，人工加藥時間由之前的3 h/d縮減至目前的0.5 h/d，解決了人工操作繁瑣、勞動強度大的問題，改良后的調剖工藝示意見圖3。定期對設備進行維護和保養，確保施工過程無漏、滴現象。對于高壓管線要固定牢固，施工中嚴禁敲打。

圖3 改良后的調剖工藝Fig.3 Profile control technology after improvement

針對施工現場水質變化大的問題，利用靜止沉淀原理對沉降罐中大塊原油進行懸浮處理，通過篩網進行過濾，對污水中原油進行預處理，實現水與油的分離，利用該方法反復進行3次，對原油進行去除。

2.2 加強管控現場施工藥劑

設計了“隔離水泥槽+防水布”雙重施工藥品臨時儲存方式，既能防止藥品外泄造成環境污染，又便于日常管理。利用電子液位計的監測方式，能防止配制過程中冒罐造成料液外泄，降低對環境造成污染。配備專車專人嚴格執行藥劑包裝回收制度，不許排入附近農田或生活區，滿足施工現場環保要求。配制藥劑、取樣等過程，操作人員必須穿戴勞動保護用品，避免藥劑對人體造成的傷害。

3 調剖方案及現場應用效果評價

3.1 調剖方案

由于調剖井屬于低滲透類型油藏，壓裂人工裂縫發育，調剖過程中可能出現以下幾種情況：

1）調剖劑注入壓力上升較快，造成注入量達不到方案設計要求。

2）調剖劑注入裂縫時注入能力強，裂縫封堵后地層基質注入能力差，造成注入量達不到方案設計要求。

3）調剖過程中壓力升幅慢，調剖劑沿裂縫竄流。

針對上述可能出現的情況，采取以下針對措施：

1）如果以現場注入能力和壓力升幅為主要考核指標，現場壓力達到設計方案要求后，無法繼續完成注入，按照方案設計提前注入替擠液。結束調剖施工之后按照地質方案恢復后續注水。

2）如果注入壓力升幅慢，調剖劑存在沿裂縫竄流的情況，需提高調剖劑的封堵強度，增加顆粒的濃度，達到注入壓力緩慢上升的目的。

3）注入過程中根據壓力升幅情況，及時調整調剖劑的注入濃度、日注入量、總注入量等參數，達到壓力平穩升幅的目的，確保調剖措施效果。

3.2 現場試驗及評價

根據對井組油層發育特征及開發狀況的認識，對塔木察格某區塊的4個井組進行了現場調剖施工。現場試驗過程中調剖劑日注入量在不超過干線注入壓力的情況下，接近調剖前配注，避免地層虧空，影響調剖效果的評價。進行施工后，與4口措施井連通的17口生產井中，受效井比例超過58%，受效井平均含水下降了14.06%，連通采出井受效統計見表5。措施后累計增油14 735 t，直接經濟效益2 136.84萬元。

表5 連通采出井受效統計Tab.5 Efficiency statistical of connected produced wells

以措施井3#及其連通油井為例，3#對應4口油井，調剖后有3口井受效，1口井未受效；調剖后注入剖面改善，非主力層吸液量增加，連通油井增油降水效果明顯；3#對應其中1口連通油井調剖后日產油由0.1 t上升到7.3 t，含水由99.7%降到54.6%，3#連通油井動態生產數據見圖4。

圖4 3#連通油井動態生產數據Fig.4 Dynamic production data of 3#connected well

4 結論

1）適用于塔木察格復雜油藏的緩膨顆粒調剖劑初膨時間7 d，終膨時間55 d，終膨倍數為32倍，緩膨顆粒在高溫條件下表現出較好的膨脹性能。

2）顆粒過孔強度大于或等于1.9 MPa，彈性好；經剪切后粒徑損失低于18%，抗剪切性能高，恢復性能較好；可以用于進行裂縫及大孔道的封堵。

3）對現場調剖工藝進行優化，對塔木察格現場4口注入井進行調剖施工，受效井平均含水下降了14.06%，受效井比例超過58%，累計增油14 735 t，直接經濟效益2 136.84萬元。