黃 斌，賀世博，丁 暢，張偉森，付思強

（1.東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶163318；2.大慶油田 博士后科研工作站，黑龍江 大慶163453；3.大慶油田 第二采油，黑龍江 大慶163414）

由于天然的地質(zhì)沉積及人工開發(fā)（包括注水、酸化壓裂等）致使儲層出現(xiàn)裂縫[1,2]，加之水相黏度低于油相黏度等因素存在，使得油井出現(xiàn)見水過早[3]、采出液含水較高、水竄頻發(fā)等問題，嚴(yán)重阻礙了各油田增產(chǎn)效果[4]，調(diào)剖作為一種有效的改善儲層非均質(zhì)性，提高波及體積的方法[5-9]，被廣泛應(yīng)用于油田開發(fā)中。常用的調(diào)剖劑包括凝膠類調(diào)堵劑[10]、樹脂類調(diào)堵劑[11,12]、含油污泥以及微生物[13]等。凝膠作為一種能夠有效改善儲層非均質(zhì)性的調(diào)堵劑，被廣泛用于各大油田。

根據(jù)Sorbie等人的巖心模擬實驗，凝膠在初始粘度大于20mPaos時進入中、低滲透層的聚合物量為進入高滲透層量的84%，在封堵高滲透層的同時會對其他滲透層造成較大程度的污染[14]。因此，要在保證凝膠成膠強度的前提下，降低凝膠的注入粘度，使凝膠能夠更多進入到優(yōu)勢滲流通道中，實現(xiàn)有效封堵，改善儲層的非均質(zhì)性，提高最終采收率。油田中采用的凝膠一般粘度較大，或在粘度較低的情況下無法保證成膠強度。為解決該問題，本文配置了一種聚合物凝膠，該凝膠具有較低的初始粘度，且成膠速度較慢，待侯凝結(jié)束后具有較強的成膠強度。為驗證該凝膠的調(diào)剖效果，進行了三層巖心室內(nèi)驅(qū)油實驗，對該低粘緩凝型凝膠對高滲透層的封堵和提高最終采收率的效果進行了評價；并通過改變低粘緩凝型凝膠和高濃度聚合物的注入方式，得到了能夠有效改善儲層非均質(zhì)性，提高采收率的最佳方案。該研究結(jié)果對該凝膠在現(xiàn)場的應(yīng)用有很強的參考意義。

1 實驗部分

1.1 實驗藥劑

聚合物L(fēng)H2500，相對分子質(zhì)量2500×104；金屬離子螯合交聯(lián)劑CYJL，有效離子含量2.5%；檸檬酸（調(diào)節(jié)劑）（AR上海聯(lián)試化工試劑有限公司）；Na2SO3（緩凝劑）（AR河北陌槿生物科技有限公司）；多聚磷酸鈉（增強劑）（AR山東騰望化工有限公司）。

配液用水以大慶油田回注水的礦化度配置而成，礦化度為5522mg·L-1，離子質(zhì)量濃度見表1。

表1 大慶油田現(xiàn)場回注污水離子濃度Tab.1 Ion concentration of field reinjection wastewater in Daqing Oilfield

實驗用巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心，尺寸和空氣滲透率見表2。

表2 實驗用巖心規(guī)格及空氣滲透率Tab.2 Core specifications and air permeability for experiment

1.2 實驗設(shè)備

2PB00C平流泵（北京星達技術(shù)開發(fā)公司）；ZR-3型活塞式中間容器（海安石油儀器有限公司）；D2004W型電動攪拌機（上海司樂儀器有限公司）；AR2000ex TA型高黏流變儀（沃特世科技（上海）有限公司）；BSA224S-CW電子分析天平（賽多利斯（上海）貿(mào)易有限公司）；2XZ-4型旋片式真空泵（北京北儀創(chuàng)新真空技術(shù)有限公司）；QA-CON-560型恒溫箱（揚程儀器工業(yè)有限公司）；管線若干。實驗設(shè)備簡圖見圖1。

圖1 三層巖心驅(qū)油實驗實驗裝置Fig.1 Experimental device for three-layer core oil displacement experiment

1.3 三層巖心并聯(lián)實驗步驟及方案

1.3.1 實驗步驟 為驗證該低粘緩凝型凝膠的封堵效果，制定了相應(yīng)的實驗方案，具體的實驗步驟如下：

（1）在室溫的條件下，對不同滲透率的巖心抽真空8h后，測量其干重。飽和地層水12h，測量其濕重，計算巖心孔隙體積；

（2）將巖心放置于45℃的恒溫箱中，飽和油至末端不出水為止，恒溫老化12h，計算各不同滲透層巖心的含油飽和度；

（3）在45℃的恒溫箱中進行水驅(qū)，計量巖心末端出液量。在含水率達到98%后，再進行0.57PV聚合物驅(qū)；

（4）在45℃的恒溫箱中按照實驗方案依次注入化學(xué)劑（其中凝膠侯凝時間為3d）：

（5）后續(xù)水驅(qū)，計量巖心末端出液量，在含水率達到98%后，結(jié)束驅(qū)替實驗。

計量巖心末端采出液的體積，以此為依據(jù)計算各滲透層的分流率以及總采收率。每次記錄的時間間隔為30min。在注入過程中，水驅(qū)階段的注入速度為1.2mL·min-1，聚驅(qū)以及凝膠驅(qū)階段的注入速度為0.6mL·min-1。

1.3.2 實驗方案

（1）低粘緩凝型凝膠性能評價實驗方案

實驗方案1：注入0.8PV高濃度聚合物；

實驗方案2：注入0.12PV低粘緩凝型凝膠調(diào)堵劑+0.8PV高濃度聚合物；

（2）驅(qū)油體系注入方式優(yōu)化實驗

實驗方案3：A+0.08PV低粘緩凝型凝膠調(diào)堵劑+B+0.04PV低粘緩凝型凝膠調(diào)堵劑+C;

實驗方案4：A+0.06PV低粘緩凝型凝膠調(diào)堵劑+B+0.06PV低粘緩凝型凝膠調(diào)堵劑+C；

實驗方案5：A+0.04PV低粘緩凝型凝膠調(diào)堵劑+B+0.08PV低粘緩凝型凝膠調(diào)堵劑+C。

（注：A:水驅(qū)至含水98%+0.57PV聚合物驅(qū)+后續(xù)水驅(qū)至含水98%；B:0.2PV高濃度聚合物驅(qū)；C:0.6PV高濃度聚合物驅(qū)。）

2 結(jié)果與討論

2.1 低粘緩凝型凝膠性能評價實驗

為評價該凝膠的性能，分別從分流率和采收率兩個方面進行研究。在不同驅(qū)替液的注入過程中，分別計量采出端的油水體積，并對分流率和采收率進行計算，以此來直觀反映該凝膠的剖面調(diào)整能力，為該聚合物凝膠的性能評價提供依據(jù)。

（1）分流率 分流率能夠直觀反映不同滲透率滲透層在各個階段的吸液量，以此為依據(jù)來判斷不同藥劑注入過程中調(diào)整吸水剖面，改善儲層非均質(zhì)性的能力。圖2為實驗方案1中不同階段的各滲透層分流率的變化曲線。

圖2 實驗方案1各滲透層瞬時分流率Fig.2 Instantaneous shunt rate of each permeable layer in Scheme 1

在水驅(qū)過程中，注入水進入高滲透層的量明顯大于進入中、低滲透層的量，這是因為高滲透層孔隙直徑大，相對中、低滲透層的滲流阻力小。隨著注入量的增加，高滲透層原油逐漸采出，滲流阻力進一步降低，導(dǎo)致非均質(zhì)性進一步加強，因此，高滲透層吸液量增加，分流率變大，而中、低滲透層吸液量降低，分流率變??；

聚驅(qū)階段，由于聚合物提高了水相粘度，所以在注入過程中實現(xiàn)了對各層吸液量的重新分配，在注聚前期，高滲透層的滲流阻力較小，所以吸液量相對較多。隨著注入體積的增大，高滲透層滲流阻力會逐漸變大，導(dǎo)致分流率逐漸降低，促使后續(xù)聚合物進入滲流阻力較小的中、低滲透層，達到液流轉(zhuǎn)向的目的。但在注聚中后期，由于中、低滲透層聚合物的累積，使得中、低滲透層的附加滲流阻力高于高滲透層，導(dǎo)致注聚中后期剖面反轉(zhuǎn)，高滲透層的吸液量增加，分流率變大，而中、低滲透層的分流率逐漸降低；聚驅(qū)后的水驅(qū)階段，由于聚合物在巖心中的滯留能力差，且對儲層的剖面調(diào)整能力有限，高滲透層滲流阻力減小，分流率逐漸上升，中、低滲透層的分流率逐漸下降。后續(xù)水驅(qū)結(jié)束后，高滲透層分流率升至93.64%，中、低滲透層的分流率降至5.04%和1.32%；

高濃度聚合物的注入階段，對各滲透層的分流率產(chǎn)生了一定程度的影響。在方案1中，高濃度聚合物的注入可以降低高滲透層的分流率，這是因為高濃度聚合物粘度較高，可以更大程度上提高高滲透層的滲流阻力，迫使液流轉(zhuǎn)向中、低滲透層，達到液流轉(zhuǎn)向的目的。但隨著高濃度聚合物注入量的增加，中、低滲透層的附加滲流阻力會逐漸超越高滲透層的滲流阻力，再次出現(xiàn)剖面反轉(zhuǎn)的問題。因此，高滲透層分流率回升，中、低滲透層分流率下降；在注入高濃度聚合物進行后續(xù)水驅(qū)后，高滲透層的分流率升至92.13%，中、低滲透層的分流率分別降至7.09%和0.78%。

方案2的各滲透層的分流率見圖3。

圖3 實驗方案2各滲透層瞬時分流率Fig.3 Instantaneous shunt rate of each permeable layer in Scheme 2

由于化學(xué)驅(qū)前的注入階段各滲透層的分流率變化基本相同，故不在此進行贅述。重點分析注入凝膠進行調(diào)剖后的各滲透層的變化規(guī)律。在聚驅(qū)后的后續(xù)水驅(qū)結(jié)束后，高、中、低滲透層的分流率分別為93.04%，5.95%和1.00%。

低粘緩凝型凝膠的注入階段，由于低粘緩凝型凝膠的粘度較高，使得各滲透層之間液量重新分配，高滲透層分流率有小幅度的下降，中、低滲透層的分流率小幅上升。但高滲透層的分流率遠(yuǎn)大于中、低滲透層，總吸液量也遠(yuǎn)高于中、低滲透層，進入到高滲透層中的低粘緩凝型凝膠總量較大，因此，待候凝結(jié)束后高濃度聚合物的注入階段，高滲透層分流率大幅度下降，中、低滲透層的分流率大幅度上升，進行高濃度聚驅(qū)，待后續(xù)水驅(qū)結(jié)束后，高滲透層的分流率降低至23.17%，中滲透層的分流率升高至73.70%，低滲透層的分流率升至3.13%，這說明低粘緩凝型凝膠能夠?qū)崿F(xiàn)對高滲透層的有效封堵,起到增大波及體積，開發(fā)中、低滲透層的作用。

（2）采收率

圖4 為各組實驗各個不同階段的采收率曲線，表3為各階段的采收率及采收率提高值。

圖4 實驗方案1、2各注入階段采收率對比曲線Fig.4 EOR comparison curves of scheme 1 and 2 at different injection processs

表3 實驗1、2各注入階段采收率及采收率提高值Tab.3 Recovery and recovery enhancement value at each injection process in scheme 1 and 2

由圖4、表3可以看出，后續(xù)水驅(qū)后使用低粘緩凝型凝膠進行調(diào)堵，總采收率明顯高于在化學(xué)驅(qū)階段低粘緩凝型只注入高濃度聚合物時的采收率。使用0.12PV低粘緩凝型凝膠進行調(diào)堵后進行聚合物驅(qū)，最終采收率能夠達到68.01%，較化學(xué)驅(qū)階段只注入高濃度聚合物時提高了3.30個百分點。

綜上所述，只提升聚合物粘度，無法實現(xiàn)對大孔隙的有效封堵，高滲透層的聚合物會隨后續(xù)水沖出巖心，無法有效改善儲層的非均質(zhì)性。而注入0.12PV低粘緩凝型凝膠調(diào)堵劑后，由于凝膠的初始粘度低，大量凝膠堵劑可以順利地進入高滲透層，候凝結(jié)束后可以封堵直徑較大的孔隙，迫使高濃度聚合物轉(zhuǎn)向動用程度較低的中、低滲透層，滲流阻力顯著提高，同時說明了低粘緩凝型凝膠具有優(yōu)良的調(diào)剖性能。

2.2 驅(qū)油體系注入方式優(yōu)化實驗

采用0.12PV低粘緩凝型凝膠+0.8PV高濃度聚合物的注入方式可以有效提高最終的采收率。但對于調(diào)整吸水剖面，提高采收率的效果有限。因此，在聚合物凝膠以及高濃度聚合物注入總量一定的前提下，采用段塞優(yōu)化實驗，篩選調(diào)堵效果最佳的實驗方案。

（1）分流率 采用雙輪次調(diào)堵對凝膠和聚合物的注入方式進行優(yōu)化，各滲透層的分流率變化見圖5~7。

圖5 實驗方案3分流率曲線Fig.5 Instantaneous shunt rate of each permeable layer in Scheme 3

圖6 實驗方案4分流率曲線Fig.6 Instantaneous shunt rate of each permeable layer in Scheme 4

圖7 實驗方案5分流率曲線Fig.7 Instantaneous shunt rate of each permeable layer in Scheme 5

由圖5~7可見，其中，階段I和階段II分別為凝膠和高濃度聚合物的注入階段。在凝膠調(diào)堵前的水驅(qū)和聚驅(qū)階段，各個實驗方案的變化規(guī)律相同，故不在此進行贅述，重點分析注入低粘緩凝型凝膠進行調(diào)堵后各個滲透層分流率的變化規(guī)律。一次調(diào)堵階段，由于凝膠的粘度較高，使得各滲透層之間液量重新分配，高滲透層分流率下降，中、低滲透層的分流率上升，但高滲透層的總吸液量遠(yuǎn)大于中、低滲透層，候凝后能夠?qū)崿F(xiàn)對高滲透層的有效封堵。前置高濃度聚合物段塞的注入階段，由于低粘緩凝型凝膠堵劑的注入實現(xiàn)了對高滲透層的有效封堵，高滲透層分流率持續(xù)下降，中、低滲透層的分流率持續(xù)上升。相較于方案4和方案5，由于方案3中前置凝膠段塞體積較大，對高滲透層的封堵效果更好，更多的高濃度聚合物進入到中滲透層中，但隨著聚合物的累積導(dǎo)致中滲透層附加滲流阻力增大，更多的驅(qū)油劑進入到高滲透層中，高滲透層分流率上升，中滲透層分流率降低。

在二次注入低粘緩凝型凝膠階段，由于前置凝膠段塞和高濃度聚合物在一定程度上改善了儲層的非均質(zhì)性，低粘緩凝型凝膠可以更多進入到中滲透層中，對中滲透層起到一定的封堵作用，從而提高后續(xù)驅(qū)替過程對低滲透層的動用程度。而在二次注入高濃度聚合物的階段，高滲透層被有效封堵，分流率持續(xù)下降，中、低滲透層的分流率上升，尤其相比于單輪次調(diào)堵，雙輪次調(diào)堵過程對低滲透層的開發(fā)程度更大，綜合對比3組實驗調(diào)整分流率的效果，采用方案3的注入方式可以最大程度降低高滲透層的分流率，提高低滲透層的分流率。

3組實驗改善分流率的效果見表4。后續(xù)水驅(qū)結(jié)束后，實驗方案3高滲透層的分流率降至19.2%，中、低滲透層分別升高至69.3%和11.5%。

表4 不同注入方式各實驗方案調(diào)堵前后分流率Tab.4 Different injection methods and different experimental schemes before and after plugging adjustment

（2）采收率及含水率

圖8 、9為各組實驗方案不同階段的采收率及含水率對比曲線。

圖8 段塞優(yōu)化實驗采收率對比曲線Fig.8 Comparison curve of EOR in slug optimization experiment

圖9 段塞優(yōu)化實驗含水率對比曲線Fig.9 Comparison curve of water cut in slug optimization experiment

由圖8、9可見，階段I和階段II分別為凝膠和高濃度聚合物的注入階段。在低粘緩凝型凝膠調(diào)堵劑和高濃度聚合物總注入量不變的前提下，采用多個段塞組合的注入方式可以更大程度的降低油田含水率。其中，一次聚驅(qū)結(jié)束后，采用方案5的注入方式最佳，化學(xué)驅(qū)階段的含水率最低降至78.42%。實驗方案2中，0.12PV低粘緩凝型凝膠調(diào)堵劑的注入可以實現(xiàn)對高滲透層的有效封堵，但在后續(xù)的0.8PV高濃度聚合物注入過程中，低滲透層分流率增幅較弱，驅(qū)油劑更多的流入了滲流阻力較小的中滲透層，導(dǎo)致低滲透層開發(fā)效果較差，因此，綜合含水率降低程度最差。相較方案4、5，在方案3中，先注入0.08PV前置堵劑大段塞可以實現(xiàn)高滲透層較強程度的封堵，在隨后的0.2PV高濃度聚合物小段塞注入過程中，中、低滲透層可以得到一定程度的開發(fā)，因此，含水率下降。除此之外，高濃度聚合物小段塞的注入可以使高、中滲透層在0.04PV后置堵劑小段塞注入過程中維持較高的吸液量，從而實現(xiàn)對高滲透層進一步封堵的同時還可以適當(dāng)?shù)奶岣咧袧B透層的滲流阻力，為后續(xù)0.6PV的高濃度聚合物大段塞的注入提供了一個良好的剖面環(huán)境，驅(qū)油劑可以更多的進入低滲透層，低滲透層中的剩余油被進一步開發(fā)，含水率降幅較大。

由表5數(shù)據(jù)對比可知，方案3的注入方式的最終采收率較方案2的注入方式高4.70個百分點，化學(xué)驅(qū)階段提高采收率的程度高4.45個百分點。因此，在化學(xué)驅(qū)階段采用0.08PV低粘緩凝型凝膠+0.2PV高濃度聚合物+0.04PV低粘緩凝型凝膠+0.6PV高濃度聚合物的注入方式，能夠最為有效地起到改善儲層非均質(zhì)性，提高采收率的作用。

表5 不同注入方式各實驗方案不同階段采收率Tab.5 Different injection methods and different experimental schemes have different processs of recovery

3 結(jié)論

（1）低粘緩凝型凝膠能夠?qū)崿F(xiàn)對高滲透層的封堵，起到擴大后續(xù)驅(qū)油體系波及體積，改善地層非均質(zhì)性的作用。注入0.12PV低粘緩凝型凝膠進行調(diào)堵后注入高濃度聚合物，高滲透層的分流率由93.04%降低至23.17%，中、低滲透層分流率分別可升至73.70%和3.13%。最終采收率較只注入高濃度聚合物時的采收率提高了3.30個百分點；

（2）通過改變低粘緩凝型凝膠和高濃度聚合物的注入方式，篩選出最佳的調(diào)堵方案。在低粘緩凝型凝膠和高濃度聚合物注入量一定的前提下，采用0.08PV低粘緩凝型凝膠+0.2PV高濃度聚合物+0.04PV低粘緩凝型凝膠+0.6PV高濃度聚合物的注入方式，可以最大程度改善底層的非均質(zhì)性，有效封堵優(yōu)勢通道。高滲透層分流率降至19.2%，中、低滲透層分流率分別升至69.3%和11.5%，最終采收率可達72.71%，相較于注入0.12PV低粘緩凝型凝膠+0.8PV高濃度聚合物的方式提高了4.70個百分點。