李飛鵬（中石化河南油田分公司石油工程技術研究院，河南 南陽 473132）

錢玉花，王杰玲，田家領（中石化河南油田分公司第一采油廠，河南 南陽 474780）

杜雪花（中石化河南油田分公司第二采油廠地質(zhì)研究所，河南 南陽 473132）

韓吉璞（中石化河南油田分公司第一采油廠，河南 南陽 474780）

聚合物凝膠微球是利用反相微乳液聚合技術合成出的一種彈性微球，是在聚合物凝膠技術基礎上發(fā)展起來的一種新型材料。聚合物微球具有初始尺寸?。ㄒ话銥榧{、微米級），水化膨脹速度可控，并且具有一定的彈性形變能力。聚合物凝膠微球深部調(diào)驅(qū)技術是近幾年發(fā)展起來的一項油藏深部、全過程調(diào)剖、驅(qū)油的新技術。該技術是利用聚合物凝膠微球的物理特性來逐級封堵地層孔喉，實現(xiàn)油藏深部逐級調(diào)剖驅(qū)油目的的［1～7］。研究表明：聚合物凝膠微球具有初始尺寸小，微球數(shù)量大，水化膨脹速度可控，能夠進入地層深部，實現(xiàn)地層深部逐級調(diào)剖、驅(qū)油的目的，是非均質(zhì)油藏改善水驅(qū)開發(fā)效果的有效技術。王集油田東區(qū)在注水開發(fā)過程中，因油藏非均質(zhì)特征影響導致油藏平面上與縱向上動用不均勻，開發(fā)過程中層間矛盾突出，注水受效不均，開發(fā)效率低下。為了研究聚合物凝膠微球調(diào)驅(qū)技術對王集油田的適應性，以及調(diào)驅(qū)提高采收率規(guī)律，評價聚合物凝膠微球深部調(diào)驅(qū)技術的經(jīng)濟性、措施效果，在王集油田東區(qū)開展了聚合物凝膠微球深部調(diào)驅(qū)礦場試驗。該技術在王集油田東區(qū)的礦場試驗研究將為同類型油藏高含水開發(fā)后期進一步挖潛剩余油提供依據(jù)和借鑒。

1 王集油田東區(qū)概況

1.1 構造特征

王集油田構造復雜，斷層發(fā)育，整體為一被斷層復雜化了的由北向東南東傾沒的寬緩鼻狀構造，整體上地層自南向北抬起，傾向南東，呈北高南低的趨勢。王集油田東區(qū)位于斷塊的東南部，主要受北東、北東東走向的4條正斷層控制。

1.2 儲集層展布

王集油田東區(qū)含油井段長達380m，油層主要集中在古近系核桃園組核三段Ⅰ～Ⅲ油組，縱向埋深約1200～1500m，含油層位最高為（Ⅰ油組6小層），最低為（Ⅵ油組1小層），跨越6個油組、22個含油小層、34個油砂體。油層厚度以薄層為主，平均有效厚度最大為3.7m，最小為0.7m；平均有效厚度小于2.0m的有20個，占58.8%。

1.3 儲集層特征

王集油田物源主要來自北東方向的侯莊近源三角洲砂體，西北部的王集近源三角洲物源僅在西部有分布，為次要物源。儲集層以細砂巖和粉砂巖為主，膠結類型以孔隙式為主，少數(shù)為基底－孔隙式，膠結物以泥質(zhì)為主，體積分數(shù)在10%左右，其次為鈣質(zhì)，一般小于5%。儲集層物性中等，屬中孔－高滲透儲集層。東區(qū)油層平均孔隙度為18.3%，平均空氣滲透率為799mD，儲集層非均質(zhì)性嚴重。平面滲透率級差最大達到170倍，最大突進系數(shù)6.29。層間滲透率級差達5倍，突進系數(shù)達2.49。儲集層微觀研究顯示，滲透率貢獻值主要由大孔道提供，儲集層非均質(zhì)性嚴重。

1.4 沉積特征

王集油田主要沉積體系為辮狀河三角洲前緣和前三角洲亞相，主要的沉積微相類型有水下分流河道、河口壩、前緣席狀砂、間灣等微相類型。

1.5 流體性質(zhì)

王集油田東區(qū)地面原油密度為0.879～0.933g／cm3，黏度為7.6～131.4mPa·s，含蠟體積分數(shù)在14.5%～46.0%，膠質(zhì)瀝青質(zhì)體積分數(shù)在8.33%～30.33%，凝固點為31.0～44.0℃。地層水pH值平均為8.3，總礦化度為1172～7650mg／L，氯離子質(zhì)量濃度為62.0～2583.0mg／L，地層水為NaHCO3型。

1.6 溫度與壓力系統(tǒng)

王集油田東區(qū)屬正常溫度、壓力系統(tǒng)。油層埋深一般在1200～1500m，油藏溫度在61.0～73.9℃，原始地層壓力在11.13～14.61MPa。

1.7 開發(fā)概況

王集油田東區(qū)1987年開始利用天然能量進行常規(guī)開采試驗，1989年進行了注采井網(wǎng)調(diào)整，以300m不均勻三角形井網(wǎng)開發(fā)，1990年9月開始注水開采，其后（1995、1997年）又進行過局部井網(wǎng)完善調(diào)整。截至2012年10月王集油田東區(qū)可采儲量采出程度為59.58%，地質(zhì)儲量采出程度為15.11%，綜合含水率為90.22%。該區(qū)塊地質(zhì)儲量采出程度相對較低，后期挖潛潛力較大。

1.8 王集油田東區(qū)開發(fā)中存在的問題

王集油田東區(qū)受地質(zhì)構造和儲集層特征因素影響，在水驅(qū)開發(fā)過程中主要存在著油藏平面、縱向矛盾突出，注水方向性強，平面受效不均勻，注入水沿一定方向舌進，縱向上多層段開采，注入水沿高滲透層段突進，含水上升快，水淹嚴重，構造上傾部位油井受效差，注入水波及效果差，亟待進一步挖潛剩余油，改善開發(fā)效果。

2 聚合物凝膠微球調(diào)驅(qū)技術特點及原理

2.1 聚合物凝膠微球調(diào)驅(qū)技術的特點

聚合物凝膠微球是在地面合成的一種聚合物凝膠小球，其特性表現(xiàn)為初始具有納、微米級的尺寸，凝膠小球數(shù)量龐大，水中分散性好。同時能在一定的地層壓差下發(fā)生彈性變形通過地層喉道。室內(nèi)試驗結果表明聚合物凝膠微球在巖心中運移具有很高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，儲集層非均質(zhì)性越高，提高采收率的幅度也越大［4～7］。由于聚合物在地面環(huán)境合成，避免了常規(guī)凝膠調(diào)驅(qū)劑在地層環(huán)境下成膠差或者不成膠的缺點。聚合物凝膠微球在注入的過程中是以水中分散的形式存在的，懸浮性好，注入時溶液黏度低，不需要專門的注入設備，注入工藝簡單。

2.2 聚合物凝膠微球調(diào)驅(qū)技術原理

水驅(qū)油藏采收率主要受注入水的波及體積和洗油效率的影響，然而對于非均質(zhì)油藏，因其層間和層內(nèi)非均質(zhì)性的影響，尤其是高含水開發(fā)后期，地層中優(yōu)勢水竄通道的形成，導致水驅(qū)波及效率低下，注入水沿高滲透層帶突進明顯，油井含水率快速上升，油井低采出程度下過早水淹。因此改善油藏非均質(zhì)性，促使注入水流動方向改變，提高注入水波及體積是提高油藏采收率的有效方法［8，9］。聚合物凝膠微球調(diào)驅(qū)技術是利用其初始尺寸小，水中分散性好，能夠注入到地層深部，進入地層的聚合物凝膠微球吸水膨脹后，通過架橋作用封堵地層大孔道和高滲透層，促使注入水在地層深部轉(zhuǎn)向相對低滲層帶，啟動低滲透帶的剩余油。當?shù)貙訅翰罾^續(xù)上升后，便可利用其自身彈性變形能力，突破地層孔喉繼續(xù)向前推進，并驅(qū)替孔喉中的剩余油，當其繼續(xù)推進至下一個較窄的孔喉處，再次實現(xiàn)架橋封堵，從而實現(xiàn)深部逐級調(diào)驅(qū)提高原油采收率的目的。

3 礦場試驗及效果分析

3.1 試驗選井分析

在王集油田東區(qū)選取了一個具有代表性的井組——王32井組。王32井是王集油田東區(qū)的一口注水井，注水層位為的1層，的1、2層，對應油井分別為王28井、王30井、王63井和王311井。王32井組油層數(shù)據(jù)及油、水井對應關系見表1、2。

王32井層間滲透率最低為0.06D，最高為0.296D。由于層間非均質(zhì)性嚴重，導致吸水剖面差異大，的1層吸水好，其余層吸水能力較弱。

表1 王32井組油、水井對應關系

表2 王32井組油層數(shù)據(jù)

3.2 試驗方案設計思路

3.2.1 聚合物微球粒徑選擇

根據(jù)J.Kozeny公式，地層孔喉半徑與地層滲透率、孔隙度有如下關系：

根據(jù)式（1）計算試驗井組的地層孔喉半徑結果如表3所示。由表3可以看出，試驗井組地層平均孔喉半徑分布在2～5μm，試驗選取聚合物凝膠微球初始尺寸在0.020～2μm之間，粒度中值在0.2μm。根據(jù)室內(nèi)試驗評價結果，選取的聚合物凝膠微球在油藏溫度66℃環(huán)境下，水化膨脹30d后的平均粒徑尺寸在20μm左右。根據(jù) “三分之一架橋”理論，選取的聚合物凝膠微球能夠滿足封堵大孔道的目的。

表3 王32井組小層及東區(qū)孔喉半徑計算結果

3.2.2 采用兩段塞注入工藝設計

王集油田東區(qū)儲集層滲透率主要以大孔道為主，為了實現(xiàn)對油層大孔道的封堵，同時滿足聚合物凝膠微球的深部注入，實現(xiàn)對油層深部調(diào)驅(qū)的目的，試驗中設計2個不同質(zhì)量濃度注入段塞，第1段塞采用小劑量高質(zhì)量濃度的聚合物凝膠微球，設計質(zhì)量濃度為3000mg／L，主要目的是封堵水竄優(yōu)勢通道和高滲層帶。第2段塞采用大劑量低質(zhì)量濃度的聚合物凝膠微球，設計段塞質(zhì)量濃度為2000mg／L，主要是進入到油層深部，實現(xiàn)對油層深部逐級調(diào)驅(qū)的目的。

3.2.3 采用撬裝設備在線注入工藝，降低調(diào)驅(qū)成本

聚合物凝膠微球具有受外部環(huán)境影響小，水中分散性好，注入黏度低的特點。注入工藝上采用撬裝設備連接在注水管線上，隨注入水在線混合注入。工藝操作簡單，無需專門建站，操作成本相對較低。

3.3 井組試驗效果分析

王32井2010年2月24日開始注入聚合物凝膠微球第1段塞，4月25日注入第2段塞，8月26日完成全部段塞的注入。設計注入聚合物凝膠微球30.9t，實際注入聚合物凝膠微球31.9t。為了評價試驗效果，對該井組進行了長達1.5a的動態(tài)產(chǎn)狀變化跟蹤。調(diào)驅(qū)效果主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.3.1 注水壓力升高，地層充滿度增加

圖1 王32井調(diào)驅(qū)前后井口90min壓降曲線

王32井開始注入聚合物凝膠微球后，井口注入壓力緩慢上升，從注入前的6.1MPa逐步緩慢上升至13.1MPa，注入壓力增加了7MPa。同時分別測取了王32井注入聚合物凝膠微球前后的井口90min壓降曲線，注入聚合物凝膠微球后，井口90min壓降曲線明顯變緩，如圖1所示。

這是由于聚合物凝膠微球進入地層后吸水膨脹，并通過架橋作用對地層高滲透層帶產(chǎn)生了封堵作用，注入水被迫轉(zhuǎn)入低滲透層帶，宏觀表現(xiàn)為井口注入壓力上升，井口90min壓降曲線明顯變緩，地層充滿度增加。井口注入壓力逐步緩慢上升也說明聚合物凝膠微球具有很好的注入性，能夠進入地層深部。

3.3.2 吸水剖面改善，中低滲層啟動

注入聚合物凝膠微球前、后分別采用同位素測井方法對王32井注水層吸水剖面進行了監(jiān)測，監(jiān)測結果如圖2所示。在注入聚合物凝膠微球前主力吸水層為的1層，的1層、的2層為相對低滲層，吸水較差（圖2（a））。注入聚合物凝膠微球后，強吸水層的1層吸水得到了抑制，相對低滲層的1層、的2層得到了啟動（圖2（b）、（c）、（d））。

3.3.3 油藏平面上實現(xiàn)液流轉(zhuǎn)向

根據(jù)王集油田儲集層特征分析，主要物源方向為北東方向，平面上北東方向物性相對較好，因此注入水易沿此方向單向受效，調(diào)驅(qū)前王32井注入水主要沿的1層向王28井、王30井方向竄流。王32井組調(diào)驅(qū)前后對應油井產(chǎn)狀對比情況見表4。

圖2 王32井聚合物凝膠微球調(diào)驅(qū)前（a）、后（b）、（c）、（d）歷次吸水剖面測試結果

表4 王32井組調(diào)驅(qū)前后對應油井產(chǎn)狀對比

從表4中的數(shù)據(jù)可以看出，注入聚合物凝膠微球后水竄優(yōu)勢通道方向上的2口井（王28井、王30井）產(chǎn)液量有所下降，注水受效較差的2口井（王63井、王311井）產(chǎn)液量有所上升，同時對應的4口油井含水不同程度的下降。說明注入的聚合物凝膠微球在平面上封堵了高滲透層帶，促使了注入水在油藏平面上實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向，起到了擴大波及體積的作用。

3.3.4 王32井注入聚合物微球后，對應油井逐步見效

王32井對應了王28井、王30井、王311井、王63井4口油井。從動態(tài)產(chǎn)狀變化來看，王32井2010年2月24日開始注入聚合物凝膠微球，對應油井王30井和王311井在3月底開始逐步見效，日產(chǎn)油上升，含水率開始下降。對應油井王28井和王63井分別在5月份前后開始見效，日產(chǎn)油上升，含水率開始下降。從動態(tài)分析結果來看，首先見效的油井也是平面實現(xiàn)液流轉(zhuǎn)向方向上的2口油井，井組調(diào)驅(qū)前后液流變化情況見圖3。

圖3 王32井對應油井平面受效對比圖示意圖

對應油井依次見效也表明，水井與油井間的優(yōu)勢水竄通道被封堵后，注入水被迫進入低滲透層，啟動了低滲透層的剩余油，使得對應油井產(chǎn)油量上升，產(chǎn)水量得以抑制。截至2012年8月30日，王32井對應4口油井累計增油863.4t，累計降水124937m3。

4 結論與認識

1）通過向地層中注入聚合物凝膠微球，井組注水壓力顯著上升，地層充滿度增加，水竄優(yōu)勢通道有效封堵，平面上實現(xiàn)液流轉(zhuǎn)向，注水井吸水剖面得以改善，低滲透層有效啟動，起到了擴大波及體積，改善油藏開發(fā)效果的目的。

2）聚合物凝膠微球配制過程簡單，水中分散性好，注入黏度低，可實現(xiàn)在線注入，調(diào)驅(qū)措施成本低。

3）聚合物凝膠微球深部調(diào)驅(qū)技術是油田高含水開發(fā)后期進一步挖潛剩余油的有效方法，下步建議多井組聯(lián)合實施調(diào)驅(qū)試驗，以進一步驗證聚合物凝膠微球深部調(diào)驅(qū)技術的適應性及經(jīng)濟效益。

本文為中石化河南油田科技攻關項目（2009046）的產(chǎn)出論文。

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