劉 陽(yáng) 葉銀珠，2 吳行才 許寒冰 李世超

（1. 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京 100083； 2. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司納米化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083）

0 引 言

中東擁有豐富的碳酸鹽巖油氣儲(chǔ)量， 據(jù)AAPG（美國(guó)石油地質(zhì)家協(xié)會(huì)） 資料， 其原油產(chǎn)量約占全球產(chǎn)量60%［1-5］。 然而， 由于中東碳酸鹽巖油藏天然能量普遍較弱且強(qiáng)非均質(zhì)， 使得油藏早期見(jiàn)水提前， 水驅(qū)波及體積小， 無(wú)效水驅(qū)嚴(yán)重， 油井含水率上升快， 油藏整體采出程度不高。 近些年， 圍繞相關(guān)問(wèn)題， 國(guó)內(nèi)外研究者進(jìn)行了大量研究工作［6-13］，但大多只是從油水井注采模式、 采油速度、 油藏描述等角度加以分析， 盡管一定程度上減緩了油井見(jiàn)水時(shí)間， 但未能從油藏的整體和水驅(qū)不均的實(shí)質(zhì)進(jìn)行問(wèn)題的解決， 而且油井一旦再次見(jiàn)水， 其含水上升速度將遠(yuǎn)大于治理前。 此外， 盡管聚合物類驅(qū)提高采收率技術(shù)在水驅(qū)油藏中獲得了顯著成功， 但因耐溫耐鹽性能有限， 在礦場(chǎng)的適用性受到限制， 并且在使用過(guò)程中還存在傷害儲(chǔ)層的問(wèn)題［14-23］。

為能更好改善以上問(wèn)題， 吳行才等［24］提出了一項(xiàng)新型提高采收率技術(shù)——波及控制技術(shù)（Swept Control Technology， SCT）， 其驅(qū)油機(jī)理不同于傳統(tǒng)的聚合物類提高采收率技術(shù)［25］， 該技術(shù)以一種新型顆粒型耐溫耐鹽聚合物（Soft Microgel，SMG）［26］為基礎(chǔ)， 輔以傳統(tǒng)聚合物， 二者合理使用， 實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層深部調(diào)驅(qū)， 改變水驅(qū)液流方向， 擴(kuò)大水驅(qū)波及體積， 改善油藏水驅(qū)效果， 進(jìn)而提高儲(chǔ)層動(dòng)用程度。 2007 年至今， SCT 技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和完善， 目前已在中東、 華北、 長(zhǎng)慶、 遼河、 青海、 大港以及渤海等多個(gè)油藏條件各異的油田進(jìn)行應(yīng)用， 取得了較理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果［22-33］。

中東阿曼B4 油藏為位于阿曼北部的高溫高鹽碳酸鹽巖低滲油藏， 油藏溫度87 ℃， 礦化度50 g／L，其中鈣鎂質(zhì)量濃度高達(dá)4 g／L， 為典型的CaCl2水型， 平均滲透率僅有（2 ～5） ×10-3μm2。本文以中東阿曼B4 油藏為研究對(duì)象， 開(kāi)展高溫高鹽碳酸鹽巖油藏水驅(qū)階段的SCT 研究與礦場(chǎng)試驗(yàn)，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)與完善該技術(shù)。

1 SMG 理化性能評(píng)價(jià)

1.1 形貌及顆粒大小

向納米級(jí)SMG 原液中加入酒精， 充分?jǐn)嚢枞芙獬暦稚⒑螅?反復(fù)抽濾—溶解—抽濾……， 制得納米級(jí)SMG 干粉（圖1 （a） ）。 采用透射電子顯微鏡觀察， 未溶脹的納米級(jí)SMG 呈較為規(guī)則的球形， 部分顆粒團(tuán)聚粘結(jié)在一起， 顆粒大小分布不均勻， 初始粒徑為30～80 nm （圖1 （b） ）。

圖1 納米級(jí)SMG形貌及顆粒大小Fig .1 Morphology and particle size of nanoscale SMG

1.2 膨脹性能

配制礦化度為200 g／L 的模擬地層水， 其中氯離子、 鈣離子、 鎂離子質(zhì)量濃度分別為118.538、52.060 、 2.127 g／L。 將納米級(jí)SMG 原液加入礦化度為200 g／L 的模擬地層水中， 配制成質(zhì)量濃度為3 g／L 的SMG 水分散液， 然后放入恒溫超聲箱， 進(jìn)行充分溶解分散， 15 d 后用MASTER SIZER 2 000激光粒度儀進(jìn)行粒度分布測(cè)定和膨脹性能分析。 納米級(jí)SMG 水化膨脹15 d 后， 粒徑為23.9 ～458 nm，粒徑中值為94.1 nm （圖2）。 此外， 與剛配制的水溶液相比， 水化膨脹15 d 后的納米級(jí)SMG 水溶液仍呈現(xiàn)淡乳白色， 整體分散性較好，未出現(xiàn)分層和沉降（圖3）。 分析測(cè)試表明， 納米級(jí)SMG 在高礦化度下具有較好的水化膨脹性能和分散性， 其膨脹倍數(shù)可達(dá)3～6。

圖2 水化膨脹15 d后的納米級(jí)SMG粒度分布Fig.2 Particle size distribution of the nanoscale SMG after15 days of hydration swelling

圖3 納米級(jí)SMG水溶液分散性Fig.3 Dispersion of the nanoscale SMG aqueous solution solution

1.3 封堵性能

以0.3 mL／min 的驅(qū)替速度將礦化度為200 g／L的模擬地層水注入經(jīng)預(yù)處理的人造碳酸鹽巖巖心，水驅(qū)至壓力穩(wěn)定在0.103 MPa； 然后將質(zhì)量濃度為3 g／L 的SMG 水溶液以同等驅(qū)替速度注入到人造碳酸鹽巖巖心中， 注入量為3 倍孔隙體積； 后續(xù)水驅(qū)至壓力趨于穩(wěn)定。 人造碳酸鹽巖巖心長(zhǎng)度為7 cm，直徑為3.8 cm， 氣測(cè)滲透率為4×10-3μm2，水測(cè)滲透率為3.05×10-3μm2。

納米級(jí)SMG 對(duì)與阿曼B4 油藏同滲透級(jí)別的低滲人造碳酸鹽巖巖心具有較好的封堵性能。 隨著SMG 水溶液的注入， 注入壓力逐漸上升， 注入量達(dá)到預(yù)設(shè)值（3 PV） 時(shí)， 注入壓力為0.283 MPa，阻力系數(shù)為2.75； 后續(xù)水驅(qū)階段， 壓力先是略微上升， 后經(jīng)小幅突降并逐漸趨于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定， 壓力穩(wěn)定在0.388 MPa， 殘余系數(shù)為3.77 （圖4）。

圖4 納米級(jí)SMG水驅(qū)壓力曲線Fig.4 Waterflooding pressure curveof nanoscale SMG

由SMG 注入孔隙體積倍數(shù)與注入壓力的關(guān)系曲線觀察到（圖4）， 后續(xù)水驅(qū)開(kāi)始階段的注入壓力并未如傳統(tǒng)聚合物測(cè)定時(shí)的突降， 而是有一個(gè)短暫的上升階段， 這是由于經(jīng)SMG 封堵后的低滲巖心啟動(dòng)壓力增大以及SMG 顆粒在壓力內(nèi)部運(yùn)移造成的。 同時(shí)隨著后續(xù)水驅(qū)的持續(xù)， SMG 顆粒不斷在巖心內(nèi)部暫堵—突破—暫堵—突破……使得壓力呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)波動(dòng)， 并且維持在較理想的狀態(tài)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 針對(duì)此類碳酸鹽巖巖心， 納米級(jí)SMG 具有較好的注入性能和深部調(diào)堵性能。

1.4 耐溫、 耐鹽性能

用礦化度為200 g／L 模擬地層水配制質(zhì)量濃度為100 g／L 的高濃度納米級(jí)SMG 水分散液， 放入恒溫超聲箱充分超聲后裝入老化罐； 將老化罐放入設(shè)定溫度為130 ℃的恒溫烘箱中， 經(jīng)過(guò)6 個(gè)月的高溫高鹽老化后取出； 將納米級(jí)SMG 老化液稀釋成質(zhì)量濃度為3 g／L 的水分散液， 同時(shí)將高濃度SMG老化液經(jīng)處理制得老化SMG 干粉， 并進(jìn)行顯微鏡下觀察。

老化SMG 干粉形成體積較大的不規(guī)則聚并體，無(wú)法直接進(jìn)行單顆粒的粒徑測(cè)量（圖5 （a） ）；高溫高鹽老化后的SMG 在水溶液中仍呈較為規(guī)則的球形， 粒徑分布不均且粒徑略有減小 （圖5（b） ）， 但未發(fā)生水化水解， 說(shuō)明長(zhǎng)時(shí)間高溫高鹽環(huán)境， 對(duì)納米級(jí)SMG 的膨脹性具有一定影響， 進(jìn)而影響礦場(chǎng)試驗(yàn)中納米級(jí)SMG 對(duì)高滲條帶／大孔隙的封堵效果。

圖5 老化后的納米級(jí)SMG顯微照片F(xiàn)ig.5 Microscope photographs of the aged nanoscale SMG

2 油藏地質(zhì)概況

中東阿曼B4 油藏位于阿曼北部， 為高溫高鹽碳酸鹽巖低滲油藏（溫度87 ℃， 礦化度50 g／L），平均儲(chǔ)層厚度18 m， 平均孔隙度25%～30%， 平均滲透率（2 ～5） ×10-3μm2， 油藏條件的原油黏度為0.8 mPa·s 油藏一次開(kāi)采方式為天然能量的衰竭式開(kāi)采， 2005 年后為水平井水驅(qū)開(kāi)采。 試驗(yàn)區(qū)包括2 口注水井 （W-56， W-87） 和3 口采油井（O-66、 O-91 和O-89）， 注采井井間距為100 m（圖6、 圖7）。

圖6 SCT技術(shù)試驗(yàn)區(qū)區(qū)域構(gòu)造Fig.6 Regional structure of SCT test area

該油藏存在嚴(yán)重的非均質(zhì)性， 注水后水沿高滲條帶／大孔道快速突進(jìn)， 水驅(qū)嚴(yán)重不均， 水驅(qū)開(kāi)發(fā)效率低， 水驅(qū)開(kāi)發(fā)僅10 a， 主力油藏平均含水率達(dá)到75%， 試驗(yàn)區(qū)平均含水率高達(dá)87%， 而采收率僅有40%。 由于高溫高鹽的油藏條件、 滲透率極低以及當(dāng)?shù)剌^高的環(huán)保要求， 傳統(tǒng)聚合物或聚合物凝膠驅(qū)技術(shù)無(wú)法適用。 而SCT 技術(shù)針對(duì)于低滲／特低滲油藏所使用的驅(qū)替相納米級(jí)SMG 水溶液黏度接近于水， 且具有較好的注入性、 耐溫耐鹽性以及環(huán)保性， 因此有望用于改善該試驗(yàn)區(qū)的現(xiàn)有水驅(qū)問(wèn)題（表1）。

表1 SCT 技術(shù)對(duì)B4 油藏的適用性Table 1 Applicability of SCT to Reservoir B4

3 礦場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 SMG 注入流程與裝置

SMG 注入流程和裝置非常簡(jiǎn)單， 由SMG 儲(chǔ)罐、 SMG 注入設(shè)備以及計(jì)量泵三部分組成， 可直接用產(chǎn)出水配制SMG 水溶液， 而且可將SMG 水溶液注入管線直接接入注水主管線中。 因此， 施工時(shí)一般都不需要對(duì)原有注水主管線進(jìn)行調(diào)整， 直接將SMG 撬裝裝置出液管線連接到對(duì)應(yīng)的單井的注水干線中即可。 此外， 該套撬裝裝置， 既可以在當(dāng)?shù)刂圃欤?也可以經(jīng)由中國(guó)國(guó)內(nèi)制造好后直接運(yùn)到試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。

3.2 礦場(chǎng)試驗(yàn)及實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)整

通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等各方面綜合考慮（圖8），確定先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)采用2 注3 采的技術(shù)方案（圖9）。2018 年1 月開(kāi)始注入SMG 水溶液， 為實(shí)現(xiàn)對(duì)水驅(qū)高滲條帶或大孔隙的封堵，先期注入的SMG為微米級(jí)， 注入微米級(jí)SMG 后， 注入壓力快速升至5.5 MPa， 為將壓力控制在限定范圍， 隨后轉(zhuǎn)注納米級(jí)SMG 水溶液。 化學(xué)驅(qū)實(shí)施過(guò)程中根據(jù)注入壓力和注采平衡狀況， 先后進(jìn)行多次注入?yún)?shù)（注入濃度、 注入速度等） 調(diào)整， 截至2018 年12 月底累計(jì)注入SMG 水溶液0.05 PV。 如圖10 所示為2口注入井的SMG 水溶液注入壓力曲線。

圖8 試驗(yàn)區(qū)含油飽和度地質(zhì)模型Fig.8 Geological model of the oil saturation in the test area

圖9 SMG驅(qū)注采井位示意Fig.9 Schematic diagram of SMG flooded well location

圖10 SMG水溶液注入壓力曲線Fig.10 Injection pressure curve of SMG aqueous solution

3.3 礦場(chǎng)試驗(yàn)初步效果

SCT 技術(shù)先導(dǎo)試驗(yàn)從正式注入SMG 水溶液開(kāi)始， 根據(jù)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)， 利用跟蹤調(diào)整技術(shù)對(duì)注入方案進(jìn)行了多次調(diào)整， 試驗(yàn)區(qū)塊原有水驅(qū)高滲條帶／大孔隙得到了有效封堵， 采油井含水率顯著降低， 且取得了明顯增油效果， 采收率大幅提高。 具體來(lái)講， 截至2018 年10 月底實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)油量提高63.9%， 累計(jì)增油量4 210 t； 中心井增油降水效果尤為顯著， 日產(chǎn)油量提高83%， 含水率下降12 百分點(diǎn)， 累計(jì)增油量2 447 t， 其生產(chǎn)曲線見(jiàn)圖11。

圖11 試驗(yàn)區(qū)中心井生產(chǎn)曲線Fig.11 Production curve of the central well in the test area

目前， 先導(dǎo)試驗(yàn)增油降水效果仍在持續(xù)顯現(xiàn)，并且油田現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)SCT 技術(shù)已在目標(biāo)試驗(yàn)區(qū)塊取得初步明顯增油降水效果， 確認(rèn)該技術(shù)能在阿曼高溫高鹽碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)揮有效提高采收率作用。

4 結(jié) 論

（1） 納米級(jí)SMG 分散體系在比阿曼B4 儲(chǔ)層條件更加苛刻的測(cè)試條件下， 具有較好的耐溫耐鹽性。 經(jīng)長(zhǎng)期高溫高鹽老化后， 其粒徑略有縮小， 但未發(fā)生水解水化， 仍具有波及控制所需要的基本理化性能。

（2） SCT 技術(shù)在中東阿曼B4 區(qū)塊的礦場(chǎng)初步試驗(yàn)取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果， 持續(xù)10 月的SMG 水分散液的注入， 增油效果顯著， 日產(chǎn)油量提高63.9%， 累計(jì)增油量4 210 t。 其中， 中心井增油降水效果尤為顯著， 日產(chǎn)油量提高83%， 含水率下降12 百分點(diǎn)， 累計(jì)增油量2 447 t。 后期需將在SCT 施工的基礎(chǔ)上繼續(xù)通過(guò)緊密跟蹤、 及時(shí)調(diào)整進(jìn)行礦場(chǎng)施工， 力爭(zhēng)最大限度延長(zhǎng)SCT 的技術(shù)試驗(yàn)井組的增油降水效果。