孫鐵南，吳忠正

（成都理工大學能源學院，四川成都610059）

滲透率級差對弱凝膠體系性能影響實驗研究

孫鐵南，吳忠正

（成都理工大學能源學院，四川成都610059）

通過不同滲透率巖心單管驅替試驗，研究了聚合物弱凝膠體系對巖心的封堵規(guī)律，當滲透率小于20×10-3μm2時，封堵率高達98%，而隨著滲透率的增大，封堵率下降。雙管并聯(lián)驅替試驗結果表明，隨滲透率級差的增加，高滲管分液量下降，當滲透率級差高于4時，高滲管滲透率減少，甚至低于低滲管的滲透率。將并聯(lián)弱凝膠驅后的巖心再進行單巖心驅替試驗，試驗結果表明，隨著高滲管滲透率的增加，弱凝膠的進入量增大，封堵效果增加。

弱凝膠；視黏度；剪切作用；礦化度；穩(wěn)定性

弱凝膠體系在國內(nèi)各大油田現(xiàn)場調剖措施或深部調驅均有廣泛應用［1-2］。聚合物弱凝膠是通過聚合物分子與交聯(lián)劑分子發(fā)生分子間交聯(lián)為主、分子內(nèi)交聯(lián)為輔的具有空間立體網(wǎng)狀結構的化學體系［3-4］，具有視黏度高、封堵效果好、油藏適應性廣、成本低等特點［5］。目前，弱凝膠的應用主要針對存在非均質性較為嚴重的油藏，尤其是滲透率非均質性嚴重的油藏［6-7］。而聚合物弱凝膠對不同滲透率儲層封堵效果及規(guī)律和存在滲透率級差條件下的封堵效果及規(guī)律的研究較少，本文針對這兩個問題，開展了相關研究，為認識弱凝膠在不同滲透率儲層內(nèi)封堵效果以及不同滲透率級差條件下的封堵規(guī)律提供參考。

1　實驗部分

1.1材料與儀器

聚合物為HPAM，相對分子量1 500×104，水解度25%，大慶石油化工廠；模擬地層水礦化度1 345 mg/L，NaCl配制；人造巖心29支，滲透率1.82×10-3μm2～2 490× 10-3μm2不等。弱凝膠體系配方為1 200 mg/L HPAM+A劑+B劑，聚交比20∶1。

試驗儀器包括巖心驅替試驗裝置包括平流泵、中間容器、巖心夾持器、壓力表、六通閥等，海安石油科研儀器有限公司；恒溫箱、量筒等。

1.2實驗方法

（1）利用巖心驅替裝置，進行單巖心驅替試驗，巖心9支，滲透率分別為1.82×10-3μm2～2 490×10-3μm2，段塞大小0.2 PV，試驗溫度38℃。首先進行水驅，得到水驅滲透率K1，然后注入弱凝膠體系，成膠24 h后，再后續(xù)水驅10 PV，計算滲透率K2，利用弱凝膠封堵前后滲透率變化百分比計算封堵率Fd，即Fd=100%×（K1-K2）/K1。

（2）利用巖心驅替裝置，進行雙管并聯(lián)巖心驅替試驗，巖心20支，10支低滲巖心，滲透率100×10-3μm2，10支高滲透率巖心，滲透率分別為100×10-3μm2～1 000×10-3μm2。首先，進行單巖心水驅測定滲透率；然后并聯(lián)巖心，進行水驅10 PV，記錄高低滲管的分液量；再注入弱凝膠體系，成膠24 h后，再后續(xù)水驅10 PV，分別記錄后續(xù)水的分液量；最后，分別水驅單巖心，計算成膠后的滲透率，并利用（1）中公式分別計算高低巖心的封堵率。

2　結果與討論

2.1單巖心驅替試驗研究

為了研究該體系對油層滲透率下降的影響程度，引入封堵率參數(shù)Id來進行評價，并借鑒了儲層常規(guī)敏感性實驗指標，用來定性定量描述弱凝膠的封堵程度（見表1）。弱凝膠進入巖心后，使得滲透率下降，巖心滲透率參數(shù)及試驗后巖心滲透率及封堵率（見表1），注膠前巖心滲透率、注膠后巖心滲透率以及封堵率隨巖心滲透率變化規(guī)律（見圖1）。

表1　弱凝膠封堵率評價指標

表2　弱凝膠封堵率評價

由試驗結果可知隨著滲透率的增大，弱凝膠封堵性能逐漸減低。整條曲線表現(xiàn)出三段規(guī)律，當滲透率在1.82×10-3μm2～382×10-3μm2變化時，封堵率下降明顯，由98%下降到58%；當?shù)貙訚B透率在382×10-3μm2～824×10-3μm2變化時，封堵率下降趨勢相對變緩，由58%下降到40%；當?shù)貙訚B透率大于824×10-3μm2時，封堵率下降趨于平緩。

圖1　滲透率與封堵率的關系曲線

由此可知，弱凝膠封堵巖心能力與滲透率關系大，反映了弱凝膠驅后，油層流體滲流通道的變化。當使用低滲巖心時，弱凝膠進入細小的孔吼中，隨著注入量的增加，弱凝膠不斷在巖心中運移、滯留、聚并、黏附、橋接，形成濾餅，在巖心入口端形成穩(wěn)定的阻塞，大大降低了低滲巖心的滲透率，封堵率高達98%，因此，大劑量的弱凝膠進入低滲儲層，尤其是滲透率小于20× 10-3μm2儲層，不利于后續(xù)水的注入。而當滲透率高于382×10-3μm2后，弱凝膠的封堵效果屬于中等偏強，封堵率為58，封堵后巖心滲透率為161×10-3μm2，這說明滲透率的增加，弱凝膠與孔喉間的作用力大大下降，并沒有形成致密的濾餅，主要是滯留、黏附在吼道兩側，減小了吼道半徑，或是占據(jù)大孔吼，迫使后續(xù)水進入更小吼道中，后續(xù)水滲流機理是通過減小注入水通道半徑或是流體轉向而實現(xiàn)的。

因此，在進行弱凝膠驅時，不存在滲透率低于20× 10-3μm2的儲層條件，也就是說，弱凝膠不會形成濾餅，使得地層產(chǎn)生阻塞，即不會污染儲層。

2.2并聯(lián)巖心驅替試驗研究

弱凝膠深部調驅技術所用的弱凝膠能夠在地層中發(fā)生緩慢運移，進入油層深部，占據(jù)原來的主力水流通道，迫使注入壓力上升，改變后續(xù)注入水的滲流規(guī)律，使得注入水在油層中發(fā)生轉向，因而擴大了波及體積，大幅度提高采收率，實現(xiàn)油田增油控水目的，在水驅開發(fā)階段，由于油藏非均質性的存在，油層的滲透率不同，使得高滲透層吸水量大，而相對低滲透層吸水量小，導致整個儲層內(nèi)縱向上的吸水剖面不均勻，注入水波及體積小，油井過早見水。單巖心驅替試驗結果可知，弱凝膠會改變巖心滲透率，并且改變規(guī)律受到巖心滲透率的控制。為了研究非均質性條件下，弱凝膠對后續(xù)水滲流特征影響，采用雙巖心并聯(lián)試驗，對不同滲透率級差下弱凝膠驅后后續(xù)水分液量、高低滲管封堵率進行系統(tǒng)研究。試驗基本參數(shù)及試驗結果（見表3），滲透率級差與水驅及后續(xù)分液量的關系曲線（見圖2），滲透率級差與高低滲管封堵率及注膠后滲透率級差的關系曲線（見圖3）。

滲透率級差與水驅及后續(xù)水驅分液量的關系曲線（見圖2）。由圖2可知，水驅階段高滲管分液量隨著滲透率級差增大而增大，低滲管分液量隨著滲透率級差增大而減小，當滲透率級差大于4時，注入水幾乎全部進入高滲管。因此，蒙古林油田油藏內(nèi)非均質性高，滲透率級差大于4后，很可能導致注入水只沿高滲層流動，而低滲層基本沒有動用。因而要大幅度提高采收率，應當首先考慮啟用低滲透層。

表3　試驗基本參數(shù)及試驗結果

圖2　滲透率級差與水驅及后續(xù)分液量的關系曲線

進行弱凝膠調驅后，整體趨勢是高滲管的分液量下降，低滲管的分液量上升，而高滲管的分液量降幅先緩后快，低滲管的增幅先緩后快。隨著滲透率級差的增大，當滲透率級差大于4后，出現(xiàn)原來的高滲巖心分液量低于原來的低滲巖心，事實上也說明，并聯(lián)巖心經(jīng)過弱凝膠驅后，巖心滲透率發(fā)生較大變化；而當滲透率級差高于7后，分液量的趨勢減慢。分析試驗結果可知，控制分液量的因素是被驅替介質的吸液能力，當兩個巖心尺寸參數(shù)相同時，滲透率則起到了決定性的作用。因此弱凝膠驅過程中，對于非均質性油藏，高滲透層會進入更多的弱凝膠，而試驗過程中，使得弱凝膠進入高滲管的量多于低滲管的，并且，隨著滲透率級差的增大，進入高滲管的量加大。這樣使得膠體能夠進入非均質性油藏高滲透層中。其中，滲透率級差4為分界點，當滲透率級差低于4時，高滲管中的分液量仍高于低滲管，這時，對于地下油層而言，弱凝膠的注入使得高滲層的滲透率下降，但仍高于低滲層的滲透率，后續(xù)注入水進入地層后，由于弱凝膠滯留、黏附在高滲層中的孔喉中，增大了水滲流阻力，從而進入低滲儲層，有效改善了注水井的吸水剖面。當滲透率級差高于4后，低滲管中的分液量大幅上升，這也說明高低滲管的滲透率發(fā)生轉換。圖3詳細給出了滲透率發(fā)生轉換的解釋。當并聯(lián)試驗完成后，分別使用單管水驅原來的高低滲透巖心，注入10 PV后進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

圖3采用雙縱軸畫圖，左側縱軸給出的是高低滲管的封堵率，右側縱軸給出的是注膠前后高低滲透管滲透率的比值，對數(shù)坐標（注明：滲透率級差是大于1的常數(shù)，而弱凝膠驅后，高滲管的滲透率下降，甚至低于低滲管的滲透率，故用滲透率比值來描述）。完成雙管并聯(lián)注膠后，單管水驅10 PV，測定原來的高低滲管滲透率，分別計算封堵率以及注膠后滲透率比值。

圖3　滲透率級差與高低滲管封堵率及注膠后滲透率級差的關系曲線

由圖3可知，滲透率級差為4同樣是分界點，當滲透率級差低于4時，隨著滲透率級差的增加，高滲管的封堵率迅速上升，而低滲管的封堵率迅速下降，大于4后開始變緩。分析原因可知，當滲透率級差小時，高低滲管均能夠進入弱凝膠，且高滲管的進入量多于低滲管的量，但相差不大；而當滲透率級差高于4后，進入高滲管的量大，且遠高于低滲管，并且當滲透率級差高于9后，低滲管的封堵率基本為0，也就是說沒有弱凝膠的進入，這也說明弱凝膠能夠選擇性封堵高滲層。因此，即使?jié)B透率級差在增大，但進入高滲管的弱凝膠在增加，并且與進入低滲管的量的差值增大，最終導致對高滲管封堵效果在大于4后顯著增加，同樣的原因，使得分液量也在滲透率級差大于4后發(fā)生轉換。由注膠后，原來的高低滲管其滲透率比值在級差小于4時是大于1，而在級差大于4后則小于1。

由此可知，對于油藏非均質性越嚴重的儲層，通過弱凝膠驅后，能夠有效改善高低滲層的非均質性，大幅度降低高滲層的滲透率，甚至能夠使高滲層封堵，迫使后續(xù)水只沿低滲層流動，但是如果滲透率級差過大，例如大于50后，弱凝膠改變后續(xù)水流動規(guī)律則還需進一步研究。但在一般的儲層條件下，非均質性還沒有達到上述程度，因此，在油藏實際非均質性條件下，弱凝膠能夠有效改善水驅效果，擴大水驅波及體積。

3　結論

弱凝膠對不同巖心滲透率的封堵效果不同，弱凝膠在相同的注入量條件下，滲透率越低的巖心，封堵率越高；滲透率級差4是弱凝膠封堵巖心后，使得巖心滲透率、分液量發(fā)生轉向的分界點；弱凝膠調驅后，能夠通過封堵高滲層，啟動低滲層來擴大水驅波及體積，而實現(xiàn)大幅度提高采收率目的。

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10.3969/j.issn.1673-5285.2015.05.024

TE357.46

A

1673-5285（2015）05-0101-04

2015－03-02

孫鐵南，男（1989-），成都理工大學油氣田開發(fā)工程碩士研究生，研究方向為油氣藏工程及數(shù)值模擬技術，郵箱：stntf@126.com。