李宜強，向 剛，王彥升，李彥閱，李俊鍵

（1.中國石油大學提高采收率研究院，北京102249；2.中國石油三次采油重點實驗室，北京102249；3.中國石油長慶油田第十采油廠，陜西慶陽745000；4.中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452；5.中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京102249）

瀝青調(diào)剖顆粒與大慶喇嘛甸油層配伍關(guān)系

李宜強1，2，向 剛3，王彥升1，李彥閱4，李俊鍵5

（1.中國石油大學提高采收率研究院，北京102249；2.中國石油三次采油重點實驗室，北京102249；3.中國石油長慶油田第十采油廠，陜西慶陽745000；4.中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452；5.中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京102249）

大慶喇嘛甸油田經(jīng)過長期注水沖刷進入高含水期，并且存在注入水無效循環(huán)、水竄現(xiàn)象嚴重等問題，須采取調(diào)剖封堵增產(chǎn)措施。瀝青顆粒主要是通過封堵高滲透水竄通道和擴大波及體積提高采收率，但現(xiàn)場應(yīng)用過程中存在注入壓力過高的問題，須通過室內(nèi)試驗研究瀝青顆粒與地層配伍關(guān)系。根據(jù)相似準則和近井地帶分流效應(yīng)，研制帶測壓點的特殊膠結(jié)巖心，通過綜合分析注入瀝青顆粒及后續(xù)水驅(qū)過程中的阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)及封堵率，給出瀝青顆粒粒徑與油層的配伍關(guān)系，確定濃度對注入性的影響。結(jié)果表明：滲透率為2 μm2的地層與粒徑為（0.1～0.3）mm瀝青顆粒配伍適宜，粒徑過大或過小都會限制擴大波及體積作用；瀝青顆粒濃度會限制其運移能力，當濃度增加到5 g/L時瀝青顆粒會在地層局部大量堆積，高濃度瀝青顆粒段塞注入過程可采用與水交替注入方式。

大慶油田；瀝青顆粒；調(diào)剖；高滲透帶

喇嘛甸油田是大慶油田的主力油田之一，以發(fā)育厚油層為主，層間差異大。目前，油田已經(jīng)進入特高含水階段，長期水驅(qū)使儲集層砂巖孔喉尺寸明顯變大［1-2］。須采取必要措施封堵高滲透滲流通道，提高縱向波及體積以改善開發(fā)效果。目前已經(jīng)發(fā)展了凝膠型、沉淀型、顆粒型等適合油藏開發(fā)現(xiàn)狀的調(diào)剖堵水劑［3-5］。瀝青顆粒調(diào)剖是利用顆粒的機械堵塞以及高溫下的黏結(jié)作用封堵高滲透層，使后續(xù)注入流體進入其他低滲透層，提高縱向波及體積和采收率［6］。瀝青顆粒調(diào)剖已經(jīng)在喇嘛甸油田進行了礦場試驗［7］，并取得了良好的效果，但部分井區(qū)出現(xiàn)了注入壓力過高等問題。目前對瀝青顆粒的室內(nèi)研究還處于探索階段，主要通過填砂管進行注入性和封堵性試驗，不能有效模擬地層物性。筆者針對瀝青顆粒與地層配伍關(guān)系，采用多測壓點人造膠結(jié)巖心進行試驗，研究瀝青顆粒在地層中的運移規(guī)律。

1 瀝青顆粒配伍性試驗

1.1 試驗原理

注入體系與油藏的配伍關(guān)系決定著注入體系注入的難易程度和驅(qū)油效果。如果注入體系與油藏不配伍，注入體系會堵塞于油藏孔喉，導致注入壓力過高，無法達到目的層發(fā)揮作用。目前對配伍性認識主要基于聚合物與油藏配伍性的大量研究［8-10］，聚合物是具有一定特征尺寸的柔性基團，與地層孔喉存在一定的配伍關(guān)系，可以為油田聚合物優(yōu)選提供重要的依據(jù)。

瀝青顆粒的配伍性不同于聚合物的配伍性，主要是由于瀝青顆粒為剛性顆粒，并且顆粒尺寸在一定區(qū)間變化。無法通過顆粒尺寸與地層孔喉建立直接的關(guān)聯(lián)，須通過設(shè)計特定的配伍關(guān)系試驗建立其關(guān)系。瀝青顆粒的配伍性是指瀝青顆粒粒徑對不同滲透率地層的選擇性，既要保證瀝青顆粒運移性能良好，又要保證封堵性能良好。其中，運移性能可以通過注入過程中不同位置的阻力系數(shù)衡量，而封堵性能可以通過殘余阻力系數(shù)和封堵率評價。

利用不同滲透率的人造巖心進行試驗。向人造巖心中以1 mL/min的速率連續(xù)注入1.5Vp（Vp為孔隙體積）不同粒徑調(diào)剖劑體系，觀察測壓點壓力隨注入量的變化，以此測定殘余阻力系數(shù)及封堵率。

瀝青顆粒的阻力系數(shù)是描述瀝青顆粒流度控制能力的重要指標，即瀝青顆粒降低流度比的能力，定義為水的流度與瀝青顆粒溶液的流度的比值。

阻力系數(shù)RF表達式為

式中，λw為水相的流度，μm2/（mPa·s）；λ1為注入瀝青顆粒體系后的流度，μm2/（mPa·s）；kw為巖心水相滲透率，10-3μm2；μw和μl分別為水相和瀝青溶液黏度，mPa·s；kl為巖心瀝青溶液滲透率，10-3μm2。

殘余阻力系數(shù)Rk是描述瀝青顆粒降低滲透率的能力，定義為瀝青顆粒注入前后巖石的水相滲透率的比值，也稱為滲透率下降系數(shù)，表達式為

式中，kwb和kwa分別為調(diào)剖前后的巖心水相滲透率，10-3μm2。

封堵率是指注入瀝青顆粒以后巖石水相滲透率降低的百分比，封堵率E表達式為

1.2 試驗巖心和設(shè)備

針對瀝青調(diào)剖顆粒開展的相關(guān)物理模擬試驗均在填砂管模型中進行，而用膠結(jié)巖心進行試驗可能會出現(xiàn)瀝青顆粒在端面嚴重堵塞，使試驗無法順利開展。瀝青顆?，F(xiàn)場試驗?zāi)軌蝽樌M行，主要是因為近井地帶井筒紊流、射孔孔眼和長期沖刷大孔道的分流作用（圖1）。為了模擬近井地帶的大孔道分流作用，研制橫向上漸變的帶測壓點的膠結(jié)巖心（圖2），前面有一小段（入口端P1到測壓點P2）大滲透率漸變巖心，后面（測壓點P2到出口端）是按照目的層設(shè)計的有效滲透率為2 μm2的巖心。后續(xù)壓力分析過程中，P2-P3定義為“前段”，P3-P4定義為“后段”。

圖1 近井地帶分流作用示意圖Fig.1 Near wellbore diversion diagram

圖2 試驗用人造膠結(jié)巖心Fig.2 Artificial cementation core in experiment

圖3 試驗設(shè)備與流程Fig.3 Experimental equipment and procedures

圖4 帶攪拌器的活塞容器Fig.4 Piston container with stirrer

為了模擬近井地帶的紊流環(huán)境和攪拌分散作用，對瀝青顆粒注入端裝置進行特殊設(shè)計（圖3）。其中，調(diào)剖液注入過程采用帶攪拌器的活塞裝置，保證瀝青顆粒懸浮穩(wěn)定性（圖4）。在瀝青顆粒進入巖心前，設(shè)計一個紊流發(fā)生槽，上部為發(fā)生槽，下部為超聲波攪拌器，其中發(fā)生槽中間的空腔為喇叭狀結(jié)構(gòu)，前部與外壁同心，后部為漸擴徑部分，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。超聲波發(fā)生器為無極調(diào)速，且沒有運動部件及電磁輻射，對調(diào)剖顆粒的損害程度降到極低的水平。紊流發(fā)生槽利用超聲波振蕩器的振蕩原理進一步加大調(diào)剖液的紊流程度，使調(diào)剖顆粒在調(diào)剖液中充分分散。此外，瀝青顆粒注入過程注入端采用內(nèi)徑為6 mm的管線，能有效避免注入過程顆粒在管線中堆積。紊流發(fā)生槽、巖心漸變段以及目的巖心均為圓柱體結(jié)構(gòu)，端面直徑相同，各端面依次首尾相接，由巖心夾持器夾持固定。

圖5 紊流發(fā)生槽結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Schematic diagram of turbulent slot structure

1.3 試驗步驟

首先測量巖心的幾何尺寸，然后對目標巖心進行抽真空飽和地層水，進而對巖心進行恒速或定壓水測其有效滲透率（經(jīng)試驗測定，P2到P4段有效滲透率2089×10-3μm2，與目的層滲透率相符），接著以1 mL/min的速度連續(xù)注入調(diào)剖體系1.5Vp（注入速度過低不利于瀝青顆粒的懸浮，注入速度過高會造成瀝青顆粒在巖心端面堵塞），最后后續(xù)水驅(qū)至壓力相對穩(wěn)定。試驗過程記錄各測壓點壓力和流量變化。

2 試驗結(jié)果分析

在滲透率一定的條件下研究瀝青顆粒粒徑和濃度對配伍性的影響。試驗首先保證瀝青顆粒濃度為3 g/L，評價瀝青顆粒的粒徑對配伍性的影響。在確定粒徑與地層配伍性的基礎(chǔ)上，采用對應(yīng)粒徑的瀝青顆粒進行試驗。

試驗巖心在不同位置設(shè)置了4個測壓點，如圖2所示。根據(jù)試驗過程中不同位置的壓力變化，得到瀝青顆粒注入性能和封堵性能。其中P1和P2之間的壓力差代表瀝青顆粒是否正常進入目的層，P2與P3之間的壓力差代表離注入井相對較近的位置，P3與P4之間的壓力差代表地層深部。瀝青顆粒的配伍關(guān)系通過前段和后段之間的阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率3個參數(shù)進行分析。

2.1 瀝青顆粒粒徑對配伍性的影響

不同粒徑瀝青顆粒注入巖心后對應(yīng)的前段和后段的阻力系數(shù)見表1，殘余阻力系數(shù)和封堵率見表2。

表1 不同瀝青顆粒粒徑下的阻力系數(shù)試驗結(jié)果Table 1 Experimental results of resistance coefficient of different particle size asphalt

表2 不同瀝青顆粒粒徑下的殘余阻力系數(shù)和封堵率試驗結(jié)果Table 2 Experimental results of residual resistance coefficient and plugging rate of different particle size asphalt

從阻力系數(shù)試驗結(jié)果可以看出，隨著粒徑從0.02 mm增加到（0.3～0.8）mm，瀝青顆粒注入過程中阻力系數(shù)均增加，說明瀝青顆粒能在目的油層產(chǎn)生流動阻力，有利于后續(xù)注入流體進入其他滲透率低的油層。瀝青顆粒粒徑小于0.1 mm時，前段和后段阻力系數(shù)之間的差值不大于2.9，表明瀝青顆粒能夠運移良好。粒徑大于0.3 mm時，前段和后段阻力系數(shù)之間的差值為8.66，表明瀝青顆粒向后段運移更困難。

從殘余阻力系數(shù)和封堵率試驗結(jié)果可以看出，瀝青顆粒粒徑（0.1～0.3）mm是一個變化點。粒徑小于0.1 mm時，后段的殘余阻力系數(shù)和封堵率均大于前段，說明瀝青顆粒能在離注入端較遠的地方對目的層進行封堵，實現(xiàn)深部調(diào)剖的作用。粒徑大于0.3 mm時，前段的殘余阻力系數(shù)和封堵率遠大于后段，表明瀝青顆粒殘留在離注入端較近的地方，無法進入深部地層發(fā)揮調(diào)剖作用。

對于粒徑為（0.1～0.3）mm的瀝青顆粒，前段阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率比后段稍大，表明該瀝青顆粒不僅在目的層中注入性能和運移性能良好，而且能有效封堵深部地層。

滲透率為2 μm2的地層與（0.1～0.3）mm粒徑的瀝青顆粒匹配。該粒徑瀝青顆粒注入過程中壓力變化如圖6所示，前段和后段的壓力差比較均勻，表明顆粒在巖心中運移良好，并能在地層中有效地殘余和滯留。

2.2 瀝青顆粒濃度對配伍性的影響

以往對顆粒性調(diào)剖劑的研究表明，調(diào)剖體系濃度對調(diào)剖效果有明顯影響［11］。在配伍的瀝青顆粒粒徑確定的條件下，進一步研究瀝青顆粒濃度對配伍性的影響。對應(yīng)的前段和后段的阻力系數(shù)見表3，殘余阻力系數(shù)和封堵率見表4。從阻力系數(shù)試驗結(jié)果可以看出，隨著濃度從1 g/L增加到5 g/L，瀝青顆粒注入過程中阻力系數(shù)均增加，說明瀝青顆粒能在目的油層產(chǎn)生流動阻力。當瀝青顆粒濃度增加到5 g/L時，前段阻力系數(shù)明顯大于后段阻力系數(shù)，表明瀝青顆粒注入量過大會堆積在離注入端較近地方。

圖6 （0.1～0.3）mm瀝青顆粒注入壓力變化Fig.6 （0.1-0.3）mm asphalt particles injection pressure variation

從殘余阻力系數(shù)和封堵率試驗結(jié)果可以看出，濃度從1 g/L增加到5 g/L，綜合殘余阻力系數(shù)和封堵率也增加。當瀝青顆粒濃度為1 g/L時，阻力系數(shù)和封堵率較小，表明對目的油層的封堵效果相對較差。濃度為5 g/L，殘余阻力系數(shù)和封堵率明顯較大，而且前段與后段差別并不大，主要是后續(xù)水驅(qū)使堆積在前段的瀝青顆粒運移到后段，有利于改善調(diào)剖效果。

表3 不同瀝青顆粒濃度下阻力系數(shù)試驗結(jié)果Table 3 Experimental results of resistance coefficient of different asphalt particles concentration

以上分析表明，低濃度的瀝青顆粒調(diào)剖效果相對差，而高濃度容易導致注入過程中注入壓力過大。濃度對瀝青顆粒的配伍性有重要影響，高濃度瀝青顆粒注入可以采用與水交替注入。

表4 不同瀝青顆粒濃度下殘余阻力系數(shù)和封堵率試驗結(jié)果Table 4 Experimental results of residual resistance factor and plugging rate of different asphalt particles concentration

3 結(jié) 論

（1）綜合考慮阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率建立了一套瀝青顆粒調(diào)剖體系與地層孔喉配伍性評價方法。

（2）與常規(guī)試驗裝置相比，瀝青顆粒注入過程中采用了帶攪拌器的活塞、內(nèi)徑6 mm的管線和紊流發(fā)生槽。設(shè)計的橫向上滲透率變化的巖心，該巖心前面有一部分高滲透率巖心，能夠模擬注水井附近射孔孔眼或高滲透大孔道的分流作用，保證瀝青顆粒進入巖心，。

（3）滲透率為2 μm2高滲透層與粒徑為（0.1～0.3）mm瀝青顆粒配伍，對應(yīng)合適的瀝青顆粒濃度為3 g/L。當瀝青顆粒濃度過高時，采用與水交替注入能抑制注入過程中壓力上升過快。

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（編輯 李志芬）

Matching of asphalt particles and formation pores for conformance control treatment in Lamadian Oilfield of Daqing

LI Yiqiang1，2，XIANG Gang3，WANG Yansheng1，LI Yanyue4，LI Junjian5
（1.Enhanced Oil Recovery Institute in China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery，PetroChina，Beijing 102249，China；3.The 10th Oil Production Plant，Changqing Oilfield Company，PetroChina，Qingyang 745100，China；4.Bohai Oilfield Research Institute of China National Offshore Oilfield Corporation Limited-Tianjin，Tianjin 300452，China；5.Ministry of Education Key Laboratory of Petroleum Engineering in China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

The Lamadian block in Daqing Oilfield has been water flooded，and it is now at a high water cut stage with serious water channeling and ineffective water circulation.It is necessary to take channel blocking and conformance control measures.Asphalt particles can be used to plug water channeling in high permeability zones in order to increase sweeping volume for improved oil recovery.In field applications，high injection pressure can be induced if the sizes of asphalt particles are not matched with formation pores in the reservoir.Experimental study was conducted using specially designed cement cores，based on similarity criteria to simulate the flow conditions in wellbore，to investigate the blocking effect of asphalt particles. The resistance coefficient，residual resistance factor and plugging rate were measured and analyzed to assess the matching be-tween asphalt particles and the pores of the simulated cores，and the influence of particle concentration was also studied.The experimental results show that the cores with permeability 2 μm2can be matched with the asphalt particle size of 0.1-0.3 mm.Undersized or oversized particles can reduce the conformance control effect，and the concentration of asphalt particles in the injectant can limit their migration ability.When the particle concentration is increased to 5 g/L，accumulations of asphalt particles can be caused in the formation，in which a scheme with asphalt particles alternative water injection is proposed to avoid the accumulation.

Daqing Oilfield；asphalt particles；conformance control；high permeability zone

TE 34

A

1673-5005（2015）04-0092-05

10.3969/j.issn.1673-5005.2015.04.012

2014-10-30

國家自然科學基金項目（51374221）

李宜強（1972-），男，教授，博士，博士生導師，研究方向為提高采收率、低滲透油層滲流機制及油藏改造。E-mail：lyq13504598848@163.com。

引用格式：李宜強，向剛，王彥升，等.瀝青調(diào)剖顆粒與大慶喇嘛甸油層配伍關(guān)系［J］.中國石油大學學報：自然科學版，2015，39（4）：92-96.

LI Yiqiang，XIANG Gang，WANG Yansheng，et al.Matching of asphalt particles and formation pores for conformance control treatment in Lamadian Oilfield of Daqing［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2015，39（4）：92-96.