張勇

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津　300452）

海上Q油田聚合物微球在線深部調(diào)剖技術(shù)研究與應(yīng)用

張勇

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300452）

本文針對(duì)目前渤海海上稠油油田經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)，指進(jìn)現(xiàn)象嚴(yán)重，竄流通道導(dǎo)致注入水低效循環(huán)的現(xiàn)狀，油田的主要矛盾及對(duì)策：由于地層非均質(zhì)性、油水黏度差異導(dǎo)致主力層注水水竄，波及體積小，油藏采出程度低，注水調(diào)驅(qū)（擴(kuò)大水驅(qū)波及體積）勢(shì)在必行。在弱凝膠調(diào)驅(qū)、氮?dú)馀菽?qū)和可動(dòng)凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用新型納米微球具有良好注入性和選擇性的封堵特性，開(kāi)展了聚合物微球技術(shù)的室內(nèi)研究和礦場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)。結(jié)果表明：新型納米微球技術(shù)能有效封堵稠油油田開(kāi)發(fā)中后期疏松砂巖形成的大孔道，改變液流方向，提高注入水利用率，擴(kuò)大注入水波及體積，顯著改善水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果。新型納米微球技術(shù)的推廣應(yīng)用對(duì)海上稠油油田的控水穩(wěn)油工作的深入開(kāi)展具有重要意義。

非均質(zhì)性；深部調(diào)剖；聚合物微球；稠油；波及體積；采收率

深部調(diào)剖改善水驅(qū)提高采收率技術(shù)［1，2］，在陸地油田已經(jīng)取得良好的應(yīng)用效果，但針對(duì)海上油田的系統(tǒng)深入研究與應(yīng)用才剛起步［3，5］。海上油田的油藏環(huán)境和生產(chǎn)條件獨(dú)特，如海上平臺(tái)生產(chǎn)作業(yè)空間受限，繞絲篩管礫石充填防砂完井，大井距，長(zhǎng)井段，一套井網(wǎng)多層開(kāi)采，強(qiáng)注強(qiáng)采措施既不利于水驅(qū)，又加劇了油藏非均質(zhì)及水指進(jìn)程度等［10］。鑒于海上油田的上述特點(diǎn)，陸地油田成功的深部調(diào)剖技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)不能滿足海上油田作業(yè)要求，需深入開(kāi)展適合海上油田特點(diǎn)的改善水驅(qū)技術(shù)研究及應(yīng)用，提高海上油田采收率［11-13］。

聚合物微球是由交聯(lián)聚合物溶液（LPS）發(fā)展出來(lái)的，通過(guò)地面預(yù)合成，避免地層環(huán)境干擾的新型調(diào)驅(qū)材料［6-9］。初始尺寸為納米級(jí)或亞微米級(jí)。隨注入水注入至調(diào)驅(qū)目的儲(chǔ)層，待微球膨脹到合適的尺寸，在巖石的孔喉處形成封堵，實(shí)現(xiàn)后續(xù)注入水的微觀改向，進(jìn)入至未波及的儲(chǔ)層［4］。

（1）膨脹后彼此吸附封堵（主要針對(duì)大孔道，高滲通道）（見(jiàn)圖1，圖2）。

圖1　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)Fig.1 Structure characteristics

圖2　吸附封堵機(jī)理Fig.2 Adsorption plugging mechanism

（2）膨脹后架橋封堵（主要針對(duì)弱水洗的中滲地層，擴(kuò)大水驅(qū)波及體積）（見(jiàn)圖3）。

圖3　架橋封堵機(jī)理Fig.3 Bridge plugging mechanism

（3）聚合物微球綜合特點(diǎn)：初始尺寸小，黏度低，注入性好；水化膨脹周期可控，可保證進(jìn)入深部地層；有彈性，可移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)逐級(jí)深部封堵；適用范圍廣，可耐溫130℃、幾乎不受礦化度影響；聚合物凝膠內(nèi)核，抗剪切，長(zhǎng)期有效；單一藥劑注入，易于控制；施工設(shè)備簡(jiǎn)單，適于海上油田作業(yè)。

1　聚合物微球室內(nèi)性能評(píng)價(jià)

1.1聚合物微球粒徑特性評(píng)價(jià)

應(yīng)用掃描電鏡和動(dòng)態(tài)激光粒度儀對(duì)聚合物微球進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)定結(jié)果（見(jiàn)圖4和圖5，表1，表2）。掃描電鏡照片、光學(xué)顯微鏡照片和粒徑分布圖和表1及表2表明，微球的初始粒徑為納米級(jí)，在水中水化膨脹后粒徑可以達(dá)到幾個(gè)甚至幾十微米。

圖4　初始粒徑（480 nm）Fig.4 Initial particle size（480 nm）

表1　聚合物微球體系黏度（mPa·s）Tab.1 System viscosity polymer microspheres（mPa·s）

表2　聚合物微球不同體系水化膨脹情況Tab.2 Different polymer microspheres system hydration expansion

1.2室內(nèi)高低滲填砂管微球運(yùn)移封堵實(shí)驗(yàn)（非均質(zhì)油藏）

實(shí)驗(yàn)采用高低滲并聯(lián)填砂管巖心，長(zhǎng)度1 m，直徑2.5 cm，橫截面：5.3 cm2，油田采出砂：840 g；孔隙體積160 mL。注入微球：未膨脹，秦皇島32-6A油田生產(chǎn)污水，70℃，1 500 mg/L，0.5 mL/min，0.2 PV（見(jiàn)圖6）。

壓力升高、波動(dòng)顯示微球封堵及向深部運(yùn)移。在通過(guò)低滲斷面后，在高滲斷面仍然可以形成有效封堵，說(shuō)明微球耐剪切、耐突破、可移動(dòng)。由于高滲巖心的流動(dòng)阻力較低，因此微球會(huì)優(yōu)先進(jìn)入高滲巖心。微球注入后，在巖心孔喉處發(fā)生聚并、吸附封堵及架橋封堵，使得中滲巖心滲透率明顯下降，擴(kuò)大水驅(qū)波及體積，實(shí)現(xiàn)后續(xù)注入水的微觀改向，進(jìn)入至未波及的儲(chǔ)層。

1.3室內(nèi)高低滲并聯(lián)填砂管微球運(yùn)移封堵驅(qū)油實(shí)驗(yàn)（非均質(zhì)油藏）

圖5　60℃水化5 d和15 d后的粒徑分布曲線Fig.5 60℃the particle size distribution curve of hydration 5 days and 15 days later

圖6　微球注入后滲透率變化情況Fig.6 Microsphere injection after permeability changes

實(shí)驗(yàn)采用高低滲并聯(lián)填砂管巖心，長(zhǎng)度1 m，直徑2.5 cm，橫截面：5.3 cm2，油田采出砂：840 g；孔隙體積160 mL。注入微球：未膨脹，秦皇島32-6A油田生產(chǎn)污水，70℃，1 800 mg/L，0.5 mL/min，0.5 pV。

表3　注入0.5 PV時(shí)不同濃度微球體系的雙驅(qū)管驅(qū)油試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 0.5 PV system of different concentration of microspheres injection of double drive pipe oil displacement test results

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）裝填模擬巖心，測(cè)量滲透率、孔隙體積及孔隙度；（2）飽和原油，在80℃（實(shí)驗(yàn)原油黏度為56 mPa·s）下老化2 d；（3）注入油田污水驅(qū)替至采出液含水達(dá)到98％時(shí)，注入0.5 PV的不同濃度的微球調(diào)驅(qū)體系，在120℃烘箱中恒溫5 d；（4）進(jìn)行水驅(qū)，至采出液含水率達(dá)到98％時(shí)停止。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表3，圖7）。由表3和圖7可以看出，注雙管巖心驅(qū)油效率在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高8.74％，效果顯著。注入微球，高滲及低滲管滲透率均得到調(diào)整并趨向均勻，表明具有良好層間/縱向調(diào)整效果。注入微球時(shí)，采收率均有較大程度的提高，其中低滲管采收率的提高幅度較大，因?yàn)槲⑶騼?yōu)先進(jìn)入并封堵高滲管，啟動(dòng)了低滲層，改善了油藏的非均質(zhì)性，因此總的采收率提高主要來(lái)自于低滲層。

2　聚合物微球在海上稠油油田的礦場(chǎng)實(shí)踐

圖7　雙管并聯(lián)驅(qū)油試驗(yàn)曲線Fig.7 The double tube parallel oil displacement test curve

圖8　A09注水井動(dòng)態(tài)/壓力變化Fig.8 A09 injection well dynamic/pressure changes

聚合物微球在線深度調(diào)剖技術(shù)先后在中海油南海油田和渤海油田等礦場(chǎng)多個(gè)井組進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，采取注聚合物微球深度調(diào)剖后，微球可以調(diào)節(jié)（降低）高滲條帶的滲透率，可以連續(xù)膨脹并逐級(jí)運(yùn)移到地層深部，對(duì)高滲條帶的注入水不斷改向擴(kuò)大波及體積，現(xiàn)場(chǎng)注采井組取得了比較明顯的效果，是一項(xiàng)有效的深部調(diào)驅(qū)技術(shù)。

2.1注入聚合物微球后注水井動(dòng)態(tài)/壓力變化情況

注水井A09的壓力變化顯示了典型的見(jiàn)效特征，注入微球后壓力逐漸上升2.3 MPa左右，說(shuō)明注入聚合物微球后具有一定的封堵作用。A09井注水動(dòng)態(tài)顯示了微球良好的封堵運(yùn)移效果，注微球后增注對(duì)地層能量起到了較好的補(bǔ)充（見(jiàn)圖8）。

圖10　A09壓降曲線計(jì)算結(jié)果Fig.10 A09 the pressure drop curve calculation results

圖11　A09a霍爾曲線Fig.11 A09a hall curve

從壓降曲線和霍爾曲線顯示封堵較好（見(jiàn)圖9～圖11），地層能量恢復(fù)的井組，可適當(dāng)降低后續(xù)注入微球的濃度，使其分散體積擴(kuò)大，微球作用最大化。對(duì)于工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，從A09井組的動(dòng)態(tài)反映和實(shí)施效果看，微球的注入性和傳播性與預(yù)測(cè)相符，Ⅰ型核殼球達(dá)到了封堵優(yōu)勢(shì)滲流通道的目的，Ⅱ型、Ⅲ型微球進(jìn)入地層深部，發(fā)揮逐級(jí)封堵作用。

2.2注入聚合物微球后油井動(dòng)態(tài)/壓力變化情況

表4　A09井組注入聚合物微球后增油量統(tǒng)計(jì)Tab.4 A09 well group after injection of polymer microspheres increased amount of oil

從表4可以看出，注入不同的聚合物微球后，井組內(nèi)不同的油井見(jiàn)效時(shí)間和見(jiàn)效期長(zhǎng)短有較大差異。尤其是A10井，停注聚合物微球后有效期長(zhǎng)達(dá)將近2年時(shí)間，含水仍在持續(xù)下降，增油降水效果顯著。井組內(nèi)原主要水竄方向上都有明顯的降水或降液效果。從見(jiàn)效速度和累計(jì)見(jiàn)效時(shí)間看，小規(guī)模下微球注入，主要作用于優(yōu)勢(shì)滲流條帶，為局部調(diào)剖的效果。

3　聚合物微球在海上稠油油田的礦場(chǎng)實(shí)踐總結(jié)

聚合物微球室內(nèi)試驗(yàn)表明該技術(shù)初始粒徑為納米、微米級(jí)，可以用于深部調(diào)剖。聚合物微球不同體系水化膨脹情況，Ⅰ型微球以封堵高滲條帶為主，Ⅱ型和Ⅲ型微球以擴(kuò)大波及體積為主。經(jīng)過(guò)對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果來(lái)看，注入聚合物微球后注水井一般壓力上升，呈現(xiàn)典型的見(jiàn)效特征，微球的注入性和傳播性與預(yù)測(cè)相符，Ⅰ型核殼球達(dá)到了封堵優(yōu)勢(shì)滲流通道的目的，Ⅱ型、Ⅲ型微球進(jìn)入地層深部，發(fā)揮逐級(jí)封堵作用。注水井吸水剖面明顯改善，區(qū)塊水驅(qū)效果變好。

通過(guò)渤海海上稠油油田聚合物微球現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，從聚合物微球適應(yīng)性方面、微球調(diào)驅(qū)實(shí)施策略和整體調(diào)驅(qū)效果綜合評(píng)價(jià)可以得出以下規(guī)律：（1）含水較低、主力層單一（油水系統(tǒng)不復(fù)雜）、采出程度低、壓力保持水平高，主要受注入水控制，適宜應(yīng)用微球調(diào)驅(qū)技術(shù)，并且調(diào)驅(qū)效果較好；（2）在連通性較好的井組/區(qū)塊應(yīng)用，越容易見(jiàn)效，將會(huì)取得更好的調(diào)驅(qū)效果；（3）針對(duì)主力砂體，轉(zhuǎn)注早、長(zhǎng)期注水沖刷的井組，例如北區(qū)秦皇島32-6油田Nm13 Nm43和南區(qū)Nm13小層應(yīng)以“堵調(diào)結(jié)合”為主要實(shí)施方針，即高強(qiáng)度自交結(jié)段塞加小尺度納米微球長(zhǎng)段塞注入；（4）對(duì)于在地層邊部轉(zhuǎn)注時(shí)間較短以恢復(fù)或保持地層能量為主的井組，應(yīng)注入低濃度、大段塞、小尺度的微球，以“調(diào)”為主；（5）注水井調(diào)剖后，吸水能力增加的層位對(duì)應(yīng)的是尚未突破的生產(chǎn)井的主力產(chǎn)層則油井有降水增油效果；吸水能力下降的層位對(duì)應(yīng)的是油井已經(jīng)突破的主力層也有降水增油的效果；（6）注水井調(diào)剖后，吸水能力增加的層位對(duì)應(yīng)的是注入水已經(jīng)突破的主力產(chǎn)層則油井液量、含水增加，油量不變或降低；吸水能力下降的層位對(duì)應(yīng)的是生產(chǎn)井的主力產(chǎn)油層，則產(chǎn)液、產(chǎn)油量降低；（7）調(diào)新型納米微球技術(shù)能有效封堵稠油油田開(kāi)發(fā)中后期疏松砂巖形成的大孔道，改變液流方向，提高注入水利用率，擴(kuò)大注入水波及體積，顯著改善水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果，對(duì)海上稠油油田的控水穩(wěn)油工作的深入開(kāi)展具有重要意義。同時(shí)，聚合物微球調(diào)驅(qū)施工設(shè)備簡(jiǎn)單，適于海上油田作業(yè)。新型納米微球技術(shù)的推廣應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。

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The Bohai offshore oilfield polymer microspheres online deep profile control technology research and application

ZHANG Yong
（CNOOC China Limited Tianjin Branch，Tianjin 300452，China）

In this paper，aiming at Bohai sea oilfield after a long period of water injection development of heavy oil，fingering phenomenon is serious，channeling circulation way lead to the present situation of the injected water inefficient circulation，oilfield the main contradictions and countermeasures，because the formation heterogeneity，oil/water viscosity differences lead to main layer water injection water channeling，swept volume is small，low degree of reservoir，water flooding displacement（enlarge sweep volume water drive）is imperative.In weak gel flooding，nitrogen foam flooding and movable gel flooding technology，on the basis of using the new type of nanometer microspheres with good injection and selective plugging properties，a technique of polymer microspheres indoor research and field pilot test.The re-sults show that the new technology of nanometer microspheres can effectively block develop-ment of loose sand formation in the second half of the thick oil oilfield development macroscopic throats，change flow direction，to improve the utilization rate of injected water，sweep volume expansion of injected water，improve water flooding development effect.New technology popularization and application of nanometer microspheres for water control in offshore viscous crude oilfield oil work thorough development is of great significance.

heterogeneity；deep profile control；polymer microspheres；heavy oil；swept volume；recovery

TE357.46

A

1673-5285（2016）08-0019-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.005

2016-07-04

中國(guó)海洋石油總公司“十二五”重大科技專項(xiàng)“海上在生產(chǎn)油氣田挖潛增效技術(shù)研究”部分成果，項(xiàng)目編號(hào)：CNOOC-KJ125ZDXM06LTD。

張勇，男（1972-），1996年畢業(yè)于吉林化工學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)主要從事海上油氣田提高采收率采油工藝技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用工作，郵箱：zhangyong12@cnooc.com.cn。