呂柏林，邢向榮，樊靖文，胡鵬程，馬 鵬，楊 春

(1.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000；2.克拉瑪依國勘石油技術(shù)有限公司，新疆 克拉瑪依 834099)

0 引 言

中國陸上稠油油藏多數(shù)為陸相沉積，地質(zhì)條件復(fù)雜，以多層互層狀組合為主，儲集層以碎屑巖為主，具有高孔、高滲、膠結(jié)疏松的特征。常采用注蒸汽熱采方式開發(fā)稠油油藏，但存在2個問題：一是非均質(zhì)性嚴(yán)重，動用程度低，中低滲層動用狀況差，高滲層汽竄干擾嚴(yán)重；二是膠結(jié)疏松的砂巖稠油油藏具有砂粒松散、稠油攜砂能力強(qiáng)的特點，導(dǎo)致產(chǎn)出砂量較多。經(jīng)統(tǒng)計，90%以上的汽竄井均伴隨出砂，由于采出砂的特殊性質(zhì)，處理難度較大，處理成本高。相關(guān)學(xué)者對油田采出砂處理技術(shù)進(jìn)行了大量的探索和實踐：國外主要采用清洗法處理采出砂[1]；中國相關(guān)技術(shù)研究起步較晚，主要采用的方法主要為干燥焚燒法、生物降解法、坑內(nèi)密封法、固化法等[2]，均因技術(shù)不成熟或存在環(huán)保隱患而停用，目前僅有回注法仍在應(yīng)用。

采出砂的處理、回注調(diào)剖是稠油熱采增產(chǎn)的新技術(shù)，其難點在于對耐溫性、固化強(qiáng)度要求高。因此，針對新疆超稠油油藏，經(jīng)過大量室內(nèi)實驗和現(xiàn)場試驗研究，利用采出砂自主研制了新型KWF復(fù)合堵劑，并對該堵劑主要性能進(jìn)行了實驗評價。

1 研究區(qū)概況

新疆風(fēng)城油田為辮狀河三角洲、辮狀河流相沉積，油層埋深為200～429 m，有效厚度為7.6～20.0 m，孔隙度為27%～30%，滲透率為527～3 450 mD，50 ℃原油黏度為12 896～20 563 mPa·s，地層條件下原油黏度為10×104～100×104mPa·s。其中，Z32、Z18井區(qū)為主力開發(fā)區(qū)塊。開發(fā)初期，2個井區(qū)均采用蒸汽吞吐熱采方式。2013年，Z32井區(qū)開始進(jìn)行轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)試驗，目前有78個井組轉(zhuǎn)驅(qū)。2019年，Z18井區(qū)進(jìn)行綜合調(diào)整，目前有25個井組轉(zhuǎn)驅(qū)。截至2020年年底，采出程度達(dá)17%，綜合油汽比為0.107。

目前，研究區(qū)存在以下問題。

(1) 井間干擾嚴(yán)重，受影響油井比例大。風(fēng)城超稠油油藏埋深淺、物性好、非均質(zhì)性強(qiáng)。隨著蒸汽吞吐周期的增加，蒸汽易沿高滲層發(fā)生汽竄。截至2020年年底，Z32井區(qū)856口井發(fā)生汽竄干擾6858井次，占總井?dāng)?shù)的89%；Z18井區(qū)2 279口發(fā)生汽竄干擾19 246井次，占總井?dāng)?shù)的85%。

(2) 出砂嚴(yán)重，檢泵頻率高，生產(chǎn)效率低。截至2020年年底，Z32井區(qū)累計出砂836口井，占該區(qū)總井?dāng)?shù)的83%，井底砂面高度大于30 m、修井沖砂次數(shù)大于2次的嚴(yán)重出砂井共443口，出砂關(guān)停井65口，低能生產(chǎn)井12口；Z18井區(qū)累計出砂2 432口井，占該區(qū)總井?dāng)?shù)的87%，嚴(yán)重出砂井1 425口，出砂關(guān)停井156口，低能生產(chǎn)井35口。油井出砂造成井下泵卡，影響正常生產(chǎn)，需要檢泵，嚴(yán)重時需要沖砂。一般檢泵需要2～3 d，沖砂需要5 d，嚴(yán)重降低了生產(chǎn)效率。

(3) 油層縱向動用程度低。直井受籠統(tǒng)注汽、儲層縱向滲透率差異大、射孔跨度大以及蒸汽超覆等因素影響，縱向動用程度低，且各層動用差異不斷加劇。通過對吸汽剖面、產(chǎn)液剖面分析可知，油層上部動用程度(96.9%)高于下部(55.7%)，剩余油主要分布于油層下部。因此，亟需改善下部油層動用狀況，提高油層動用程度。

2 采出砂調(diào)剖體系

2.1 采出砂調(diào)剖體系的提出

稠油油藏調(diào)剖技術(shù)通過調(diào)整油井吸汽剖面來改善開發(fā)效果[3-5]。目前常用的稠油高溫調(diào)剖體系包括橡膠顆粒型調(diào)剖劑、高溫凝膠+耐高溫?zé)o機(jī)顆粒體系、氮?dú)馀菽瓡憾麦w系、熱(可逆)凝膠調(diào)剖體系等，這些體系中化學(xué)藥劑占比較高，成本高昂，推廣應(yīng)用范圍有限，因此，需要探索其他調(diào)剖體系。新疆風(fēng)城油田目前已進(jìn)入注蒸汽開發(fā)后期，油井大量出砂，面臨巨大的環(huán)保壓力。向采出砂中添加化學(xué)劑使之成為一種調(diào)剖體系，對環(huán)境保護(hù)和油田開發(fā)均具有積極意義。

超稠油油田采出砂主要由稠油、水、降解有機(jī)物、泥和超細(xì)砂等混合組成。通過分析化驗可知，采出砂存儲池中含水為60%～70%，含油為10%～15%，泥砂含量為15%～30%。固相中粒徑小于100 μm的占80%以上，主要為10～50 μm，平均為48 μm。而油藏儲層的平均孔徑為200 μm，大于采出砂顆粒的粒徑[6]，特別是汽竄大孔道有些孔徑已經(jīng)達(dá)到毫米級，采出砂進(jìn)入大孔道基本無障礙。因此，利用采出砂調(diào)剖具有可行性。

2.2 采出砂調(diào)剖體系研究思路及原理

存儲池中含水為70%的采出砂本身不具備流動性，必須添加一定量的水才能使其流動起來，但會導(dǎo)致采出砂的穩(wěn)定性變差，靜置半個小時即分層，不利于泵注，達(dá)不到調(diào)剖體系的要求。因此，選取膨潤土作為分散劑，使稀釋后的采出砂依然不沉降，便于泵送。泵送進(jìn)入油藏的采出砂在高溫高速蒸汽的驅(qū)使下應(yīng)滯留在大孔道中，否則調(diào)剖依然無效，因此，添加固化劑可使采出砂在油藏中凝固，并與地層膠結(jié)，達(dá)到調(diào)剖的目的。此外，采出砂調(diào)剖體系的凝固時間不可控，給調(diào)剖施工帶來安全隱患，需添加促凝劑來控制體系的凝固時間。最終，確定采出砂調(diào)剖體系的基本配方為采出砂+水+分散劑+固化劑+促凝劑。

采出砂調(diào)剖作用機(jī)理主要為固體礦物顆粒的物理堵塞作用。當(dāng)采出砂分散體系注入地層孔隙通道，由于相似相容原理，體系中的一部分乳化油可以吸附在地層巖石的親油表面，而分離出的無機(jī)礦物則橋接聚集形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，堵塞滲流大孔道，降低大孔道滲透率，改善吸汽剖面，使后續(xù)注入汽流轉(zhuǎn)向，動用未波及儲層，提高中低滲透層的動用程度，達(dá)到增油降水的目的。

2.3 采出砂調(diào)剖配方

經(jīng)過大量實驗篩選研究[7-9]，自主研制出新型KWF復(fù)合堵劑，其配方為：40.0%油田采出砂+3.0%～4.0%無機(jī)鹽類固化劑+0.6%膨潤土分散劑+0.2%片堿促凝劑+油田采出水。該體系密度為1.15～1.35 g/cm3，表觀黏度約為50 mPa·s。該體系具有以下優(yōu)勢：①采出砂處理過程安全環(huán)保，過程可控；②調(diào)剖封堵體系采用油田污水進(jìn)行配制，解決了部分污水處理問題；③可以進(jìn)行區(qū)域整體調(diào)剖，封堵大孔道或汽竄通道；④采出砂來自地層，與油層配伍性好；⑤主體原料為油田產(chǎn)出物，成本較低。

3 采出砂調(diào)剖體系性能評價

3.1 凝固時間

設(shè)定溫度為100℃，僅改變促凝劑的質(zhì)量，記錄體系的凝固時間(表1)[10]。由表1可知，凝固時間隨著促凝劑質(zhì)量的減少而增大，表明該體系凝固時間可控，可通過調(diào)整促凝劑的用量來改變凝固時間，避免封堵時間過早或過晚。

表1 油田采出砂調(diào)剖劑膠結(jié)凝固實驗數(shù)據(jù)

3.2 耐溫性評價

稠油熱采油藏溫度較高，對體系的耐溫性要求高，風(fēng)城油田現(xiàn)場要求耐溫應(yīng)達(dá)到350 ℃。通過實驗測得促凝劑質(zhì)量濃度為0.4%時，不同溫度下采出砂體系的凝固時間(圖1)。由圖1可知，該體系凝固時間隨溫度升高緩慢降低，在高溫情況下未出現(xiàn)較大幅度變化，表明該體系溫度敏感性低，可確?，F(xiàn)場順利施工[11]。

圖1 不同溫度下調(diào)剖體系凝固時間

將相同配比的KWF復(fù)合堵劑分別注入5個物性相近的人造巖心，測試其不同溫度環(huán)境下封堵前后的滲透率、封堵率和突破壓力，結(jié)果如表2所示。

表2 不同溫度下的巖心封堵率實驗結(jié)果

由表2可知：不同溫度下，調(diào)剖堵劑的封堵率均達(dá)到85.0%以上，封堵效果好，突破壓力均達(dá)到6.0 MPa以上，封堵強(qiáng)度高。綜合結(jié)果表明，該體系的耐溫性能好，能夠滿足熱采要求。

3.3 封堵效果

設(shè)定蒸汽出口溫度為200 ℃，注入速度為5 L/h，將相同配比的6份KWF復(fù)合堵劑注入6組物性相近的人造大孔道巖心，測試其不同注入量下封堵前后的滲透率，計算封堵率(表3)。由表3可知，隨著注入量的增大，封堵效果越來越好。

表3 不同滲透率下巖心封堵率實驗數(shù)據(jù)

3.4 油層保護(hù)效果

設(shè)定蒸汽出口溫度為200 ℃，注入速度為5 L/h，將相同配比的KWF復(fù)合堵劑分別注入3組不同滲透率級差的雙管并聯(lián)巖心，測試封堵前后的巖心滲透率，計算其封堵率(表4)[12]。由表4可知，采出砂調(diào)剖體系基本只進(jìn)入大孔道，同時大孔道封堵率較高，表明復(fù)合堵劑可有效保護(hù)油層。

表4 不同滲透率級差下巖心封堵率實驗數(shù)據(jù)

綜合上述實驗可知，采出砂調(diào)剖體系是通過以流體狀態(tài)進(jìn)入大孔道，在大孔道中凝固并與地層膠結(jié)在一起來達(dá)到封堵大孔道的目的，其具有以下特點：①初始黏度低于150 mPa·s，泵入性能好，可實現(xiàn)深部調(diào)剖；②沉降時間大于4 h，懸浮性能好；③膠結(jié)凝固時間可控制在3～300 h，保證施工安全；④耐溫大于350 ℃，滿足熱采注入生產(chǎn)要求；⑤封堵率大于85.0%，封堵效果好。

4 實例應(yīng)用

4.1 措施設(shè)計

2019年，在Z32井區(qū)直井汽驅(qū)區(qū)域和Z18井區(qū)蒸汽吞吐區(qū)域，選取采出程度大于30%、井間汽竄嚴(yán)重的40口井，實施采出砂調(diào)剖措施。注入體系設(shè)計為前置段塞、封堵段塞、后置段塞、頂替段塞(表5)。

表5 采出砂調(diào)剖措施井注入?yún)?shù)

4.2 實施效果

2019年4月，在施工難度較小的Z32井區(qū)直井汽驅(qū)區(qū)域中的6口井開展試驗，分析評價后，對該井區(qū)30口井及Z18井區(qū)4口井進(jìn)行批量施工(表6)。截至2019年12月底，措施井見產(chǎn)26口。措施前日產(chǎn)液平均為11.0 m3/d，日產(chǎn)油平均為0.37 t/d，措施后生產(chǎn)天數(shù)平均為71 d，日產(chǎn)液平均為84.8 m3/d，日產(chǎn)油平均為15.50 t/d，階段增油1 057 t。

表6 采出砂調(diào)剖措施井實際注入?yún)?shù)統(tǒng)計

此外，施工較早、見產(chǎn)時間較長的F00002井注入調(diào)剖體系18 d，施工壓力為3.0 MPa，注入總量2 285 m3，其中注入標(biāo)準(zhǔn)砂1 088 m3。措施前日產(chǎn)液為7.5 m3/d，日產(chǎn)油為0.3 t/d，含水為96.0%；措施后生產(chǎn)152 d，日產(chǎn)液為16.3m3/d，日產(chǎn)油為6.1 t/d，含水為62.9%，累計增油875 t。

5 結(jié) 論

(1) 風(fēng)城油田超稠油油藏埋深淺、物性好、非均質(zhì)性強(qiáng)。隨著注蒸汽開采時間的增長，80%的注采井沿高滲層發(fā)生汽竄，油層縱向動用程度低，下部動用程度僅為55.7%。

(2) 基于室內(nèi)實驗，自主研制出了基于采出砂的新型KWF復(fù)合堵劑，采出砂來自地層，又回注地層，與油層有良好配伍性，既解決了聯(lián)合站處理問題，又降低了稠油熱采開發(fā)成本。該體系具有固化時間可調(diào)(3～300 h)、抗壓大于6 MPa、耐溫大于350 ℃、封堵率大于85.0%的特點，能滿足超稠油油藏調(diào)剖的需求。

(3) 現(xiàn)場應(yīng)用表明，該體系在注入高滲汽竄通道后可與地層巖石膠結(jié)，可有效封堵大孔道，提高單井產(chǎn)油量，階段累計增油達(dá)1 057 t。采出砂調(diào)剖技術(shù)既解決了采出砂的聯(lián)合站處理問題，又降低了稠油熱采開發(fā)成本，對提高油田最終采收率和經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。