高建崇，張 楠，王 琳，盧祥國(guó)，薛寶慶，李彥閱，何 欣

（1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163318；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海研究院，天津塘沽 300450；3.中國(guó)石油大港油田分公司，天津，大港 300280；4.中國(guó)石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅敦煌 736200）

0 前言

渤海油田是中國(guó)最大的海上油田，在油田開發(fā)中占據(jù)重要地位［1-2］。受沉積條件的影響，LD5-2構(gòu)造為一復(fù)合斷塊，結(jié)合鄰區(qū)沉積背景綜合分析認(rèn)為，LD5-2 油田東二段主要為湖相三角洲沉積［3-4］。常規(guī)物性分析樣品統(tǒng)計(jì)表明，東二上段物性較好，孔隙度主要分布在32%～40%之間，滲透率在1000×10-3μm2以上。東二下段孔隙度主要分布在30%～36%之間，滲透率分布范圍10×10-3～1320×10-3μm2，主要集中在100×10-3～1000×10-3μm2。LD5-2 油田儲(chǔ)層分布相對(duì)較穩(wěn)定，但油水系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，油氣分布主要受斷層和泥巖隔層控制，油藏屬于由多個(gè)斷塊組成、在縱向和橫向上存在多套油氣水系統(tǒng)的構(gòu)造層狀油氣藏［5-7］。

LD5-2 油田經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的高強(qiáng)度水驅(qū)，目前已經(jīng)進(jìn)入中高含水開發(fā)期，亟待采取進(jìn)一步提高采收率技術(shù)措施［8-10］。近年來(lái)，化學(xué)驅(qū)在海上油田試驗(yàn)中取得了良好的采收效果［11-13］。而在現(xiàn)場(chǎng)施工中發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度的藥劑注入，使得注入井后續(xù)注入壓力過(guò)高［14-16］。分析認(rèn)為，藥劑注入過(guò)程中因注入壓力設(shè)置不當(dāng)而對(duì)低滲透層造成的污染問(wèn)題，是注入壓力過(guò)高和儲(chǔ)層間非均質(zhì)性進(jìn)一步加劇的主要原因。部分學(xué)者針對(duì)不同地層條件下化學(xué)劑的注入壓力進(jìn)行了研究，認(rèn)為啟動(dòng)壓力決定中低滲透層的污染情況。在礦場(chǎng)施工中多數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)注入速率，這大大增加了地層污染的風(fēng)險(xiǎn)［17-18］。本文通過(guò)三管并聯(lián)巖心模型，采用不同壓力“恒壓”注入調(diào)驅(qū)或調(diào)剖劑，測(cè)試不同注入壓力下各滲透層對(duì)體系的吸入情況，以及藥劑吸入后對(duì)液流轉(zhuǎn)向效果的影響，為實(shí)際施工中注入壓力設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

部分水解聚丙烯酰胺SD201，相對(duì)分子質(zhì)量1900×104，水解度23%，固含量88%；交聯(lián)劑為有機(jī)鉻SD107，有效含量52%；HYHK 增強(qiáng)型聚合物微球；上述藥劑由中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海研究院提供。實(shí)驗(yàn)用水為L(zhǎng)D5-2 油田注入水，礦化度8259.5 mg/L，主要離子質(zhì)量濃度（單位mg/L）：K++Na+2169.8、Ca2+816.6、Mg2+94.2、、Cl-

實(shí)驗(yàn)用巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心［19-20］，尺寸4.5 cm×4.5 cm×30 cm，氣測(cè)滲透率為5600×10-3、3200×10-3、800×10-3μm2。

巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括氣瓶、手搖泵、平流泵、壓力傳感器（壓力表）、巖心夾持器和中間容器等，除氣瓶、平流泵和手搖泵外，其他部分置于恒溫箱內(nèi)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程見圖1。

圖1 設(shè)備及流程示意圖

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 驅(qū)替體系配制

調(diào)剖劑體系配制：采用LD5-2 油田注入水配制質(zhì)量濃度為2000 mg/L 的聚合物SD201 溶液，然后加入1000 mg/L 的有機(jī)鉻SD107，制得Cr3+聚合物凝膠體系。經(jīng)測(cè)試，該體系的初始黏度為20.5 mPa·s，成膠時(shí)間為20 h，成膠黏度高于10 Pa·s，40 h 后出現(xiàn)部分脫水，黏度小幅度下降。

調(diào)驅(qū)劑體系配制：采用LD5-2 油田注入水配制質(zhì)量濃度為3000 mg/L HYHK增強(qiáng)型聚合物微球體系，經(jīng)測(cè)試，該聚合物微球的初始粒徑約8.7 μm，完全水化時(shí)間約5 d，緩膨后粒徑為35.2 μm，膨脹倍數(shù)3.05。

1.2.2 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

驅(qū)替實(shí)驗(yàn)具體步驟如下：①在室溫下，物理模型抽真空，飽和地層水，測(cè)量孔隙體積，計(jì)算孔隙度；②在油藏溫度55 ℃條件下，單塊巖心水測(cè)滲透率；③在油藏溫度55 ℃條件下，將高、中、低3 塊巖心組成并聯(lián)巖心，以1 mL/min 的注入速率進(jìn)行水驅(qū)，記錄該注入速率下各個(gè)小層產(chǎn)液量，計(jì)算分流率；記錄該注入速率下的穩(wěn)定注入壓力P，將其作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)基準(zhǔn)注入壓力；④以不同注入壓力（P的倍數(shù)）和“恒壓”方式注入0.2 PV 的調(diào)驅(qū)劑（3000 mg/L HYHK 增強(qiáng)型聚合物微球）或調(diào)剖劑（2000 mg/L聚合物SD201+1000 mg/L Cr3+交聯(lián)劑）；⑤調(diào)驅(qū)劑緩膨3 d或調(diào)剖劑候凝24 h后（調(diào)驅(qū)劑實(shí)驗(yàn)需在注入段切除5 mm 端面，以消除調(diào)驅(qū)劑因“端面堆積”而造成壓力偏高），以1 mL/min 的注入速率后續(xù)水驅(qū)至壓力穩(wěn)定；⑥建立注入壓力、分流率與注入體積間關(guān)系。

2 結(jié)果與討論

2.1 中滲透層的吸水“臨界壓力”

分別以1、2、3 和4 mL/min 的注入速率進(jìn)行水驅(qū)，穩(wěn)定后記錄注入壓力和各小層采液量，計(jì)算各小層分流率，確定中滲透層吸水“臨界壓力”（指當(dāng)注入壓力高于此壓力值，中滲透層分流率快速上升，開始大量吸液）。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不同注入速率下的注入壓力和各小層分流率見圖2。從圖2可知，隨注入速率的增大，注入壓力升高，高滲透層的分流率逐漸降低，中滲透層的分流率逐漸上升，而低滲透層分流率基本不變。當(dāng)注入速率為1 mL/min時(shí)，注入壓力為0.001 MPa，中滲透層和低滲透層的吸液量較低，取該壓力值為后續(xù)實(shí)驗(yàn)注入壓力基準(zhǔn)值P。當(dāng)注入速率為2 mL/min 時(shí)，注入壓力升高到0.0022 MPa，中滲層吸液量即分流率增幅較大，因此，取0.0022 MPa為中滲層吸液“臨界壓力”。

圖2 水驅(qū)過(guò)程中不同注入速率下的注入壓力和不同滲透層的分流率

2.2 調(diào)驅(qū)劑注入壓力與分流率關(guān)系

采用不同注入壓力（P的倍數(shù)）以“恒壓”方式注入0.2 PV 調(diào)驅(qū)劑（3000 mg/L HYHK 增強(qiáng)型聚合物微球），3 d 后以“恒速”（1 mL/min）方式進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，直至壓力穩(wěn)定為止。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不同注入階段各滲透層的總吸液量和總分流率見表1。從表1 可以看出，在調(diào)驅(qū)劑注入階段，隨注入壓力升高，高滲透層的總分流率小幅降低，中、低滲透層則小幅升高。在后續(xù)水驅(qū)階段，注入壓力為2P（方案1-1）時(shí)高滲透層總分流率明顯降低，而其他注入壓力（方案1-2，1-3和1-4）下的總分流率均出現(xiàn)升高態(tài)勢(shì)。

表1 不同注入壓力下以“恒壓”方式注入調(diào)驅(qū)劑+后續(xù)水驅(qū)的各小層總吸液量和總分流率

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各小層總分流率和注入壓力與注入體積變化見圖3和圖4。由圖3可看出，在調(diào)驅(qū)劑注入階段，由于“方案1-1”的注入壓力低于“臨界壓力”，中滲透層的分流率較低，其余方案因注入壓力高于“臨界壓力”，導(dǎo)致中滲透層的調(diào)驅(qū)劑吸入量較大，且隨注入壓力升高，中滲透層吸入量增多。在后續(xù)水驅(qū)階段，除“方案1-1”的中滲透層分流率呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)外，其余方案的中滲透層分流率均下降，且降幅呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。

圖3 不同注入壓力下以“恒壓”方式注入調(diào)驅(qū)劑+后續(xù)水驅(qū)的各小層的分流率隨注入體積變化

圖4 不同注入壓力下以“恒壓”方式注入調(diào)驅(qū)劑+后續(xù)水驅(qū)的注入壓力隨注入體積變化

隨著調(diào)驅(qū)劑注入階段注入壓力的增大（即超過(guò)中滲透層吸液的“臨界壓力”0.0022 MPa 時(shí)），中滲透層調(diào)驅(qū)劑吸入量增加，滯留作用引起滲流阻力大幅增加，因此，在后續(xù)水階段，與“方案1-1”相比，“方案1-2～方案1-4”的中滲透層吸液量明顯減小。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)調(diào)驅(qū)劑注入壓力達(dá)到低滲透層的“臨界壓力”（0.007～0.01 MPa）時(shí)，該層調(diào)驅(qū)劑吸液量明顯升高，也會(huì)造成低滲透層污染，致使后續(xù)水驅(qū)階段幾乎不吸液。在后續(xù)水驅(qū)階段，除“方案1-1”注入壓力小幅度升高（見圖4）和中滲透層的總分流率較大幅度增加外，其余方案的注入壓力均大幅度降低，吸液壓差和吸液量（分流率）明顯減小（見圖3）。因此，當(dāng)僅采用調(diào)驅(qū)劑進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，注入壓力不能超過(guò)中、低滲透層的吸液“臨界壓力”，否則，調(diào)驅(qū)劑進(jìn)入中、低滲透層，引起吸液?jiǎn)?dòng)壓力升高，必然減小后續(xù)水驅(qū)階段吸液壓差和吸液量，削弱擴(kuò)大波及體積效果。同時(shí)可以看出，4組方案中后續(xù)水階段注入壓力增幅偏低，說(shuō)明聚合物微球?qū)Ω邼B透層封堵效果較差，需要配合強(qiáng)凝膠等優(yōu)勢(shì)通道治理措施，才可達(dá)到更好的液流轉(zhuǎn)向效果。

2.3 調(diào)剖劑注入壓力與分流率關(guān)系

采用不同注入壓力（P的倍數(shù)）以“恒壓”方式注入0.2 PV 的調(diào)剖劑（2000 mg/L 聚合物SD201+1000 mg/L Cr3+交聯(lián)劑），候凝24 h 后進(jìn)行“恒速”（1 mL/min）后續(xù)水驅(qū)，直至注入壓力穩(wěn)定為止。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不同注入階段各滲透層總吸液量和總分流率見表2。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注入壓力和各小層的分流率隨注入體積變化見圖5和圖6。從表2可以看出，在調(diào)剖劑注入階段，隨注入壓力升高，高滲透層的總吸液量減小，中、低滲透層總吸液量增加。在后續(xù)水驅(qū)階段，前期調(diào)剖劑注入壓力越低，高滲透層總分流率降幅越大，低滲透層增幅越大。例如，“方案2-1”的注入壓力為5 P，后續(xù)水階段中，高滲透層總分流率低至5.54%，而低滲透層總分流率高達(dá)82.70%，液流轉(zhuǎn)向效果十分明顯。調(diào)剖劑進(jìn)入高、中、低滲透層后均會(huì)發(fā)生滯留和增加滲流阻力，導(dǎo)致后續(xù)水驅(qū)階段注入壓力升高（見圖5）。通常情況下，等量的調(diào)剖劑注入不同滲透率巖心，對(duì)低滲透層封堵效果更明顯，低滲透層吸液?jiǎn)?dòng)壓力增幅遠(yuǎn)大于高滲透層，但若高滲透層調(diào)剖劑注入量遠(yuǎn)大于低滲透層，則高滲透層封堵效果更好，即高滲透層吸液?jiǎn)?dòng)壓力高于低滲透層，此時(shí)后續(xù)水階段高滲透層分流率就會(huì)減小，例如“方案2-1”和“方案2-2”。反之，當(dāng)中低滲透層因調(diào)剖劑而產(chǎn)生的封堵效果高于高滲透層，后續(xù)水階段高滲透層吸液量即分流率就會(huì)增加，液流轉(zhuǎn)向效果變差（見圖6）。由此可見，各個(gè)滲透層吸液量和分流率變化趨勢(shì)取決于吸液壓差的變化趨勢(shì)，而吸液壓差變化趨勢(shì)又與注入壓力和滲流阻力變化趨勢(shì)密切相關(guān)。

圖6 不同注入壓力下以“恒壓”方式注入調(diào)剖劑+后續(xù)水驅(qū)的各小層分流率隨注入體積的變化

表2 不同注入壓力下以“恒壓”方式注入0.2 PV的調(diào)剖劑+后續(xù)水驅(qū)的各小層總吸液量和總分流率

圖5 不同注入壓力下以“恒壓”方式注入調(diào)剖劑+后續(xù)水驅(qū)的注入壓力隨注入體積變化

綜上所述，與調(diào)驅(qū)劑相似，隨調(diào)剖劑注入壓力的升高，中、低滲透層的吸入量增多，滯留作用引起附加滲流阻力即吸液?jiǎn)?dòng)壓力增大，后續(xù)水驅(qū)階段中、低滲透層吸液壓差減?。ㄖ小⒌蜐B透層注入壓力升高幅度小于啟動(dòng)壓力升高幅度），液流轉(zhuǎn)向效果變差。因此，在調(diào)剖劑注入過(guò)程中，注入壓力也不能超過(guò)中、低滲透層的吸液“臨界壓力”。否則，中、低滲透層調(diào)剖劑吸入量增大，會(huì)對(duì)中、低滲透層吸液能力造成傷害，并且吸入量越大，傷害程度越嚴(yán)重，液流轉(zhuǎn)向效果越差。

2.4 調(diào)驅(qū)劑和調(diào)剖劑注入壓力與分流率關(guān)系對(duì)比

以相同壓力“恒壓”（0.005 MPa 和0.01 MPa）注入調(diào)驅(qū)劑和調(diào)剖劑后，調(diào)驅(qū)劑緩膨3 d、調(diào)剖劑候凝24 h 后再以“恒速”進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，注入壓力與注入體積關(guān)系和后續(xù)水階段各小層總分流率圖見圖7、圖8。

圖7 調(diào)剖劑與調(diào)驅(qū)劑注入壓力和總分流率對(duì)比（p=0.005 MPa）

圖8 調(diào)剖劑與調(diào)驅(qū)劑注入壓力和總分流率對(duì)比（p=0.01 MPa）

從圖7 和圖8 可以看出，調(diào)驅(qū)劑和調(diào)剖劑注入巖心后滯留和分流率變化特征存在明顯差異。與調(diào)驅(qū)劑相比較，調(diào)剖劑的注入能力較強(qiáng)，滯留效果較好，附加滲流阻力增幅較大，后續(xù)水驅(qū)階段注入壓力較高，中、低滲透層的吸液壓差和吸液量較大，液流轉(zhuǎn)向效果較好。分析認(rèn)為，調(diào)驅(qū)劑為微球與水混合而成的非連續(xù)相體系，微球顆粒易在巖心注入端端面滯留，造成注入壓力“虛高”，致使后續(xù)水驅(qū)階段的注入壓力大幅度降低，中、低滲透層吸液壓差和吸液量減少。

綜上所述，調(diào)剖、調(diào)驅(qū)措施的目的是為了實(shí)現(xiàn)深部液流轉(zhuǎn)向，為此必須增加中、低滲透層的吸液壓差和吸液量，而提高注入壓力是增加吸液壓差最有效途徑。提高注入壓力又存在兩種技術(shù)途徑，一是提高注入速率；二是增加高滲透層吸液?jiǎn)?dòng)壓力（注入速率維持不變）。調(diào)剖、調(diào)驅(qū)措施將調(diào)驅(qū)劑和調(diào)剖劑傳輸運(yùn)移到高滲透層，利用其滯留作用來(lái)增加滲流阻力和吸液?jiǎn)?dòng)壓力。因此，在礦場(chǎng)調(diào)剖、調(diào)驅(qū)施工中必須控制注入壓力以減小或避免調(diào)剖、調(diào)驅(qū)劑進(jìn)入中、低滲透層尤其是低滲透層。低滲透層一旦吸入藥劑就會(huì)產(chǎn)生較大的附加滲流阻力，進(jìn)而引起吸液?jiǎn)?dòng)壓力升高，吸液壓差和吸液量減小，最終削弱液流轉(zhuǎn)向效果。

3 結(jié)論

微球類調(diào)驅(qū)劑為微球與水或表面活性劑溶液混合而成的非連續(xù)相體系，易于在巖心注入端的端面滯留，引起注入壓力“虛高”，進(jìn)而造成后續(xù)水驅(qū)階段注入壓力和吸液壓差減小，最終削弱液流轉(zhuǎn)向效果。與微球類調(diào)驅(qū)劑相比較，聚合物凝膠類調(diào)剖劑注入能力較強(qiáng)，易于進(jìn)入巖心深部和發(fā)生滯留，附加滲流阻力和注入壓力增幅較大。

隨注入壓力升高，中、低滲透層調(diào)驅(qū)劑和調(diào)剖劑吸液壓差和吸液量增加，滯留作用引起中、低滲透層附加滲流阻力增加，液流轉(zhuǎn)向效果變差。因此，采用合理注入壓力有助于改善調(diào)剖調(diào)驅(qū)液流轉(zhuǎn)向效果。在本實(shí)驗(yàn)條件下，水驅(qū)穩(wěn)定壓力P=0.001 MPa，微球類調(diào)驅(qū)劑合理注入壓力為2 P，聚合物凝膠類調(diào)剖劑合理注入壓力為5 P。

建議礦場(chǎng)實(shí)施調(diào)剖調(diào)驅(qū)措施前開展注入井吸液剖面測(cè)試，據(jù)此確定調(diào)驅(qū)劑和調(diào)剖劑最高注入壓力或注入速率。