張金元

1.西安石油大學(xué) 陜西省油氣井及儲(chǔ)層滲流與巖石力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（陜西 西安 710065）

2.延長(zhǎng)油田股份有限公司 勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)研究中心（陜西 延安 716001）

油田高含水意味著產(chǎn)油效率低下，而產(chǎn)能過(guò)低將直接影響一個(gè)油田的未來(lái)[1-5]。目前調(diào)驅(qū)堵水方法中物理調(diào)驅(qū)是一種既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的手段，在油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多[6]。實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了聚合物微球在不同儲(chǔ)層物性條件下調(diào)驅(qū)封堵特性實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了這種聚合物微球封堵高滲透層的有效性，從而提高波及效率，提高低滲透油藏原油采收率[7-10]。

1 聚合物微球的微觀形貌

采用OLYMPUS公司DSX500三維成像顯微鏡觀測(cè)聚合物微球。觀測(cè)結(jié)果如圖1所示，圖1（a）為初始狀態(tài)的WQ5000聚合物微球，圖1（b）為60℃恒溫箱里放置3 d之后多個(gè)WQ5000聚合物團(tuán)聚在一起的狀態(tài)。這說(shuō)明60℃聚合物微球更容易發(fā)生交聯(lián)團(tuán)聚。常溫下，聚合物微球呈分散狀態(tài)，注入地層之后，由于地層溫度較高，交聯(lián)劑產(chǎn)生作用，多個(gè)聚合物微球會(huì)發(fā)生交聯(lián)團(tuán)聚成大微球，封堵孔喉。聚合物微球在60℃實(shí)驗(yàn)條件下，膨脹倍數(shù)可達(dá)5～20倍。

圖1 聚合物微球微觀形貌觀測(cè)

采用Hitachi S-700透射電子顯微鏡對(duì)25℃常溫下WQ5000聚合物微球微觀形貌進(jìn)行觀測(cè)，首先將聚合物微球乳液直接滴加至油性介質(zhì)中分散，超聲10 min，用銅網(wǎng)撈取后在透射電鏡下觀察微球的粒徑，結(jié)果如圖2所示。

圖2 透射電子顯微鏡觀測(cè)聚合物微球微觀形貌

2 雙管并聯(lián)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 滲透率級(jí)差優(yōu)選

為了確定合理的滲透率級(jí)差范圍，設(shè)計(jì)了不同滲透率級(jí)差的填砂管并聯(lián)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。兩個(gè)填砂管規(guī)格一樣，長(zhǎng)度1 m，內(nèi)徑為2.5 cm，采用同注分采的方式驅(qū)替，驅(qū)替流速為1 mL/min。首先進(jìn)行水驅(qū)，當(dāng)水驅(qū)動(dòng)態(tài)含水率分別達(dá)到80%時(shí)，注入2 000 mg/L、0.3PV（孔隙體積）聚合物微球乳液驅(qū)替，之后再進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)。8組不同滲透率級(jí)差的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。調(diào)驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同滲透率級(jí)差下調(diào)驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3每幅圖中有5條曲線，其中有3條動(dòng)態(tài)采收率曲線、1條動(dòng)態(tài)壓力梯度曲線和1條動(dòng)態(tài)含水率曲線。注入的聚合物微球大粒徑微球封堵孔喉，產(chǎn)生附加阻力，使得液流流向小孔徑，驅(qū)替小孔徑中的剩余油；注入的聚合物微球小粒徑微球穿過(guò)大孔道，向儲(chǔ)層深部運(yùn)移、沉積，由于微球自身的交聯(lián)劑，一部分微球和巖石避免產(chǎn)生吸附作用，微球就會(huì)沉積在儲(chǔ)層孔喉壁面，使得大孔喉半徑變小，亦會(huì)產(chǎn)生附加阻力，使得注入流體轉(zhuǎn)向更小的孔喉，增大波及面積，驅(qū)替出剩余油。

圖3（a）高、低滲管水相滲透率1 697.65×10-3μm2、52.24×10-3μm2，滲透率級(jí)差32.5，兩根填砂管總孔隙體積為264 cm3，實(shí)驗(yàn)中動(dòng)態(tài)含水率開(kāi)始一段時(shí)間為0，然后逐漸升高，直到有一個(gè)平穩(wěn)期。當(dāng)含水率上升到80%時(shí)注入0.3PV聚合物微球乳液，動(dòng)態(tài)含水率有一定幅度的下降，隨后又慢慢升高。動(dòng)態(tài)壓力梯度從0開(kāi)始，突然急劇升高，然后逐漸下降，當(dāng)注入聚合物微球乳液時(shí)又會(huì)出現(xiàn)小幅度上升，停止注入微球時(shí)緩慢下降。3條采收率曲線相距較遠(yuǎn)，是因?yàn)榈蜐B管基本不出液，滲透率級(jí)差太大，注入聚合物微球之后產(chǎn)生的附加阻力不足以驅(qū)替出低滲透管中的流體。調(diào)驅(qū)之后低滲與高滲采收率增加值之比為0.12，兩根管最終總采收率為29.86%。

圖3（b）高、低滲管水相滲透率388.48×10-3μm2、52.24×10-3μm2，滲透率級(jí)差7.44，兩根填砂管總孔隙體積為259.2 cm3，注入聚合物微球之后，低滲透管出液量逐漸上升。調(diào)驅(qū)之后低滲與高滲采收率增加值之比為0.69，說(shuō)明注入聚合物微球之后低滲管產(chǎn)油量不如高滲管，兩根管最終總采收率為52.9%。圖3（a）與（b）對(duì)比，滲透率級(jí)差減少，低滲透管出液量增多，調(diào)驅(qū)效果變好，滲透率級(jí)差太大，調(diào)驅(qū)沒(méi)有實(shí)際意義，沒(méi)必要進(jìn)行調(diào)驅(qū)。

圖3合理滲透率級(jí)差實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3 （c）高、低滲管水相滲透率373.03×10-3μm2、70.00×10-3μm2，滲透率級(jí)差5.32，兩根填砂管總孔隙體積為259 cm3，3條采收率曲線實(shí)現(xiàn)了交叉，注入聚合物微球之后，動(dòng)態(tài)壓力梯度呈增加的趨勢(shì)，產(chǎn)生附加阻力，使原來(lái)低滲透管中的流體流動(dòng)。調(diào)驅(qū)之后低滲與高滲采收率增加值之比為4.13，兩根管最終總采收率為53.37%。圖3（b）與（c）對(duì)比，圖3（c）中低滲管總采收率超過(guò)高滲管總采收率，很明顯圖3（c）調(diào)驅(qū)效果顯著。

圖3（d）高、低滲管水相滲透率180.25×10-3μm2、41.15×10-3μm2，滲透率級(jí)差3.60，兩根填砂管總孔隙體積272 cm3，注入聚合物微球之后低滲管產(chǎn)油量增加明顯。調(diào)驅(qū)之后低滲與高滲采收率增加值之比為5.59，兩根管最終總采收率為71.12%，是8組實(shí)驗(yàn)中最高值。

圖3（e）高、低滲管水相滲透率575.38×10-3μm2、170.60×10-3μm2，滲透率級(jí)差3.37，兩根填砂管總孔隙體積為308 cm3，調(diào)驅(qū)之后低滲與高滲采收率增加值之比為8.69，是8組中調(diào)驅(qū)比最高的一組，兩根管最終采收率為67.60%，調(diào)驅(qū)效果較明顯。圖3（d）與（e）對(duì)比，滲透率級(jí)差相近。但是圖3（e）中高滲透管的滲透率575.38×10-3μm2，是圖3（d）高滲管水相滲透率180.25×10-3μm2的3.19倍；圖3（e）中低滲透管的滲透率170.60×10-3μm2，是圖3（d）高滲管水相滲透率41.15×10-3μm2的4.15倍；在驅(qū)替過(guò)程中，圖3（d）的最高壓力梯度為1.2 MPa/m，而圖3（e）的最高壓力梯度為0.4 MPa/m。因此得出：圖3（d）的最高壓力梯度是圖3（e）的3倍。這說(shuō)明：流速一定時(shí)，滲透率大，驅(qū)替壓力??；滲透率小，驅(qū)替壓力大。

圖3（f）高、低滲管水相滲透率150.88×10-3μm2、67.49×10-3μm2，滲透率級(jí)差2.24，兩根填砂管總孔隙體積為270 cm3，0.7PV時(shí)低滲透管總采收率超過(guò)高滲透管采收率。調(diào)驅(qū)后低滲與高滲采收率增加值之比為4.03，兩根管最終總采收率為68.92%。

圖3（g）高、低滲管水相滲透率191.83×10-3μm2、130.44×10-3μm2，滲透率級(jí)差1.47，兩根填砂管總孔隙體積為304 cm3，1.05PV時(shí)低滲透管總采收率超過(guò)高滲透管采收率。調(diào)驅(qū)之后低滲與高滲采收率增加值之比為3.59，兩根管最終總采收率為40.88%。

圖3（h）高、低滲管水相滲透率900.61×10-3μm2、639.42×10-3μm2，滲透率級(jí)差1.41，兩根填砂管總孔隙體積為310.7 cm3，低滲透管采收率始終未超過(guò)高滲透管采收率，低、高滲透管采收率曲線始終保持相同的趨勢(shì)。調(diào)驅(qū)之后低滲與高滲采收率增加值之比為0.87，兩根管最終總采收率為52.84%。

圖3（c）、（d）、（e）、（f）中，注入聚合物微球乳液之后，低滲管累積采收率提高明顯。調(diào)驅(qū)之后低滲與高滲采收率增加值之比均在4倍以上，說(shuō)明滲透率級(jí)差在2.24～5.32，調(diào)驅(qū)效果較好。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

不同滲透率級(jí)差下總采收率隨著注入流體孔隙體積倍數(shù)的變化如圖4所示。滲透率級(jí)差越大，低滲透模型基本不出液，調(diào)驅(qū)效果越差。滲透率級(jí)差越小，說(shuō)明兩根管越趨于均質(zhì)，類似于均質(zhì)儲(chǔ)層，注入聚合物微球之后，兩根填砂管同時(shí)封堵，調(diào)驅(qū)效果依舊很差，只有在合適的滲透率級(jí)差范圍內(nèi)調(diào)驅(qū)效果較好。

圖4 不同滲透率級(jí)差結(jié)果對(duì)比

開(kāi)始注入0.3PV聚合物微球調(diào)驅(qū)之后，將不同滲透率級(jí)差下低滲透管采收率的提高值除以高滲透管采收率的提高值，得到調(diào)驅(qū)后低滲與高滲采收率增加值之比。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，運(yùn)用調(diào)驅(qū)后低滲與高滲采收率增加值之比以及每組總采收率的數(shù)值來(lái)評(píng)價(jià)不同滲透率級(jí)差時(shí)的調(diào)驅(qū)效果。

表2 不同滲透率級(jí)差下聚合物微球調(diào)驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將表2中不同滲透率級(jí)差調(diào)驅(qū)后低滲與高滲采收率增加值的比值及總采收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制成圖，如圖5所示。由圖5可知，總采收率曲線呈現(xiàn)出兩邊低、中間高的特征。滲透率級(jí)差越大，總采收率越低，這是由于滲透率級(jí)差太大，低滲透管中毛管阻力大，而驅(qū)替壓力不足以驅(qū)替出低滲管中的流體，因此總采收率表現(xiàn)為極低的特點(diǎn)，滲透率級(jí)差在一定的范圍內(nèi)，兩根管同時(shí)出液。

圖5 不同滲透率級(jí)差調(diào)驅(qū)后采收率增加值之比及總采收率

3 結(jié)論

不同滲透率級(jí)差對(duì)油田開(kāi)發(fā)效果影響不同。

1）滲透率級(jí)差太大、太小，堵水調(diào)驅(qū)效果都不明顯，滲透率級(jí)差大于7.44時(shí)，注入聚合物微球乳液之后，對(duì)高滲透管不能有效封堵，產(chǎn)生的附加阻力太小，驅(qū)替出低滲透管中很少的剩余油。

2）滲透率級(jí)差在一定范圍內(nèi)，在注入聚合物微球之后，由于雙管并聯(lián)的分流作用，聚合物微球進(jìn)入高滲透管的多，進(jìn)入低滲透管的少，高滲管中進(jìn)入多的交聯(lián)封堵效果較好，產(chǎn)生附加阻力，使液流發(fā)生轉(zhuǎn)向，液流進(jìn)入低滲管中，驅(qū)替出低滲透管中的剩余油，調(diào)驅(qū)效果較好。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，調(diào)驅(qū)效果較好的滲透率級(jí)差范圍在2.24～5.32。