趙 林，高申領(lǐng)，陳 淵，梅東風(fēng)，侯寶峰，王 瑞，李新丹

(1.中國石化河南油田分公司，河南 南陽 473132；2.中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124109；3.長江大學(xué)，湖北 武漢 430100；4.油氣鉆采工程湖北省重點實驗室 長江大學(xué)，湖北 武漢 430100)

0 引 言

河南雙河油田聚合物驅(qū)油藏注聚合物井堵塞嚴(yán)重，導(dǎo)致注入壓力升高，采油井液量下降，嚴(yán)重影響開發(fā)效果。其中，核二段儲集層為典型的湖盆陡坡扇三角洲沉積砂巖油藏，平面層間非均質(zhì)性強，聚合物驅(qū)初期產(chǎn)液能力好，見效后即發(fā)現(xiàn)地層堵塞，產(chǎn)液量下降。近年來，主要采用過硫酸銨體系配套酸化措施開展聚合物解堵，但存在措施有效期短、投入產(chǎn)出比高等問題，急需開展聚合物驅(qū)長效解堵技術(shù)研究。堵塞半徑、堵塞位置和堵塞機理是解堵施工作業(yè)成功的關(guān)鍵[1-2]。目前相關(guān)研究手段都較為單一，主要通過油藏數(shù)值模擬方法和注采動態(tài)數(shù)據(jù)擬合方法來探究聚合物在多孔介質(zhì)中的堵塞位置等參數(shù)[3-5]。針對河南油田聚合物驅(qū)中存在的實際情況，采用長填砂管多點測壓驅(qū)替實驗、油藏工程方法、電鏡掃描(SEM)、CT和核磁共振等手段，開展堵塞半徑和堵塞機理的室內(nèi)實驗研究，以期為聚合物驅(qū)開發(fā)技術(shù)的研究提供一定的理論指導(dǎo)。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

實驗中所用巖心的基本參數(shù)如表1(巖心直徑均為2.5 cm)所示。

實驗所用聚合物為陰離子聚丙烯酰胺，固含量為90.75%，水解度為28.60%，平均相對分子質(zhì)量為2 836×104。油樣來自于雙河油田北塊雙觀1井。模擬地層砂由石英砂、長石、方解石按照質(zhì)量比為6∶3∶1配制而成。實驗所用地層水礦化度為8 400 mg/L，具體組成見表2。

多點測壓填砂管模型長度為1 000 mm，內(nèi)徑為36 mm。在填砂管模型入口端和出口端各設(shè)置2個測壓點(記為P1、P6)，在距入口端1/8、1/4、1/2、3/4處設(shè)置4個測壓點(記為P2—P5)。

1.2 實驗方法

1.2.1 聚合物堵塞半徑測定實驗

實驗步驟如下：①在長填砂管中填充模擬地層砂進(jìn)行驅(qū)替實驗，飽和油后進(jìn)行一次水驅(qū)，水驅(qū)至含水率達(dá)98%之后，以0.5 mL/min的速度注入0.6倍孔隙體積的聚合物溶液。②后續(xù)水驅(qū)直至含水率達(dá)到98%，密切記錄整個實驗過程的注入壓力和采出液量等數(shù)據(jù)。③驅(qū)替結(jié)束后，根據(jù)不同位置的壓力梯度確定具體的堵塞位置。

表1 實驗選用巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表2 實驗用地層水礦物組成

1.2.2 聚合物堵塞機理研究

實驗步驟如下：在巖心夾持器中放入巖心，實驗前2個步驟同上，驅(qū)替結(jié)束后，將不同位置的巖心切片采用SU9000型日立掃描電子顯微鏡進(jìn)行SEM掃描分析；利用MicroMR02-050v核磁共振致密巖心分析儀和V|Tome|X S 180 & 240微納米雙射線管巖心CT掃描系統(tǒng)得到聚合物堵塞前后巖心的孔隙度、滲透率、可動流體飽和度、束縛流體飽和度等參數(shù)，研究聚合物堵塞機理。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 堵塞半徑研究

在聚合物驅(qū)過程中，聚合物在多孔介質(zhì)中還沒有達(dá)到吸附和捕集滯留平衡[6-9]，因此，通過分析后續(xù)水驅(qū)過程中填砂管不同位置的注入壓力梯度來確定聚合物的堵塞半徑(圖1)。由圖1可知：在后續(xù)水驅(qū)過程中，測壓點P2和測壓點P3間的壓力梯度最大，其次是測壓點P1與測壓點P2之間的壓力梯度，即在測壓點P1與測壓點P3之間聚合物堵塞比較嚴(yán)重。測壓點P1至測壓點P3的距離為整個填砂管長度的1/4，位于填砂管的前端，因此，聚合物堵塞主要發(fā)生在靠近填砂管注入端的0～1/4處。

圖1 填砂管不同測壓點之間的壓力梯度曲線

利用油藏工程方法計算聚合物驅(qū)堵塞半徑[10-13]。在擬穩(wěn)定流條件下，聚合物堵塞半徑計算公式為：

(1)

基于研究區(qū)油藏參數(shù)(表3)，計算得到最終的堵塞半徑為7.4 m。該區(qū)塊注采井距通常在150.0 m左右，故計算得到的堵塞位置區(qū)域為7.4/150.0=0.04(0～1/4)，即油藏工程方法計算結(jié)果驗證了多點測壓驅(qū)替實驗結(jié)果。

表3 堵塞半徑計算所需油藏參數(shù)

2.2 聚合物驅(qū)堵塞機理研究

2.2.1 SEM掃描

將聚合物驅(qū)前后巖心不同堵塞位置進(jìn)行切片，自然干燥后噴金鍍膜，用掃描電鏡觀察聚合物微觀附著形貌，分析堵塞位置、堵塞類型和堵塞特征(圖2、3)。一般來講，當(dāng)巖心孔喉比較大且聚合物的線團直徑小于巖心孔喉直徑時，聚合物分子易吸附在高滲巖心的大孔隙內(nèi)壁處和巖心表面[14-16]。圖2為高滲巖心(16號巖心，415.21 mD)不同位置處聚合物附著微觀形貌。由圖2可知：在0～1/8處和1/8～1/4處，高滲巖心的孔喉內(nèi)壁處和巖心外表面吸附了大量的聚合物，且1/8～1/4處聚合物在高滲巖心表面的吸附量比0～1/8處的吸附量還大(圖2b，c)，而1/4～1/2處、1/2～3/4處(深部地層)及尾端(生產(chǎn)井)巖心表面吸附的聚合物都比較少，聚合物滯留量很小(圖2d、e、f)。由于高滲條帶儲層的孔喉半徑比聚合物分子線團尺寸大很多，聚合物的機械捕集量小，聚合物的吸附量大，聚合物堵塞主要是由吸附引起的，水動力學(xué)滯留作用處于次要地位。

圖3為低滲巖心(6號巖心，7.46 mD)不同位置處聚合物微觀附著形貌。由圖3可知：在0～1/8處和1/8～1/4處，低滲巖心孔喉處滯留堆積了大量的聚合物(黃色圈處)，部分孔喉被聚合物堵塞，即聚合物在低滲巖心小孔喉處的機械捕集量大(圖3a、b)；在1/2～3/4處及尾端，巖心孔喉處的機械捕集量比較小(圖3c、d)。低滲巖心的孔喉直徑一般比聚合物線團尺寸小，聚合物分子在孔喉處被機械捕集；另外，低滲巖心微觀上比表面積要比高滲巖心大，縫隙部位、狹口部位、夾角部位等也比高滲透巖心多，聚合物分子更易被機械捕集[17-18]。

圖2 高滲巖心不同位置聚合物的微觀附著形貌

圖3 低滲巖心不同位置聚合物的微觀滯留形貌

2.2.2 核磁共振實驗

采用核磁共振分析儀對多孔介質(zhì)聚合物驅(qū)前后的端面分別進(jìn)行掃描得到相應(yīng)的T2譜，并獲得巖樣的孔隙度曲線和累計孔隙度曲線。在T2譜圖中，流體在大孔喉中的弛豫速率比較小，弛豫時間較長，流體在小孔喉中的弛豫速率比較快，弛豫時間短，即在橫坐標(biāo)軸上大弛豫時間對應(yīng)大孔隙，小弛豫時間對應(yīng)小孔隙。因此，可從T2譜中曲線峰值的強弱變化及曲線的左右移動情況來判別巖心孔喉孔徑及孔隙度的變化。圖4為聚合物驅(qū)前后高滲巖心的T2譜圖。由圖4可知：相比于一次水驅(qū)，后續(xù)水驅(qū)T2譜曲線整體左移，并出現(xiàn)與中、小孔隙度相對應(yīng)的曲線峰值。其原因為：聚合物驅(qū)后，聚合物吸附在高滲巖心的大孔隙內(nèi)壁處，孔隙孔徑縮小，小孔隙數(shù)量相對增加。核磁共振實驗研究結(jié)果和SEM掃描結(jié)果也相互得到驗證。

圖4 巖心注聚前后的核磁共振T2譜

2.2.3 CT掃描

通過CT掃描獲得高滲巖心的孔喉半徑和配位數(shù)分布曲線(圖5、6)，其中，配位數(shù)反映了每個孔道所連通的喉道數(shù)。由圖5、6可知：聚合物驅(qū)后的巖心孔喉半徑和配位數(shù)均減少，巖心平均孔喉半徑由42.2 μm降至39.9 μm，平均喉道配位數(shù)由3.36降至3.19。聚合物吸附層一般較薄，孔喉平均半徑和平均喉道配位數(shù)均下降幅度較小，而聚合物機械捕集一般會造成上述參數(shù)的大幅度下降。因此，由圖5、6的曲線變化趨勢可推斷高滲巖心中聚合物堵塞以吸附為主。

由以上實驗分析可知：聚合物堵塞主要是由于聚合物在巖心表面和孔喉處的吸附和機械捕集滯留作用導(dǎo)致的?；谠撜J(rèn)識，優(yōu)化采用氧化劑+聚合物防吸附劑相結(jié)合的解堵+預(yù)防一體化技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場解堵試驗。其中，氧化劑可氧化降解孔喉和巖石表面處的滯留聚合物，防吸附劑可預(yù)防解堵之后聚合物在巖石表面的再次吸附滯留。

圖5 孔喉半徑分布曲線

圖6 配位數(shù)分布曲線

3 應(yīng)用實例

雙河油田為典型的湖盆陡坡扇三角洲沉積。開發(fā)目的層核二段油層埋深為880～1 055 m，油層平均有效厚度為18.7 m；孔隙度為19.0%～30.0%，平均為23.4%；滲透率為0.2～1.2 D，平均為0.5 D。儲層壓實程度低，成巖作用差，膠結(jié)疏松，物性較好。在雙河油田K0206井組進(jìn)行了聚合物驅(qū)開發(fā)試驗，初期取得了較好的開發(fā)效果，后期由于出現(xiàn)聚合物堵塞現(xiàn)象，聚合物驅(qū)效果下降。該井組中的HB井在解堵前，聚合物注入壓力高，由初始的10.5 MPa增至堵塞后的14.6 MPa左右，日注入量僅為1～2 m3/d。對HB井的聚合物驅(qū)固態(tài)返排物質(zhì)的含量進(jìn)行了分析(表4)。由表4可知：固態(tài)返排物質(zhì)中聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)90.62%，說明該井發(fā)生了嚴(yán)重的聚合物堵塞，對聚合物驅(qū)生產(chǎn)效果產(chǎn)生了不利影響。

表4 聚合物驅(qū)固態(tài)返排物質(zhì)含量分析

基于上述對聚合物驅(qū)堵塞位置和堵塞半徑的研究，決定采用JD-2000解堵劑對儲層解堵。JD-2000解堵劑的主要成分包括過氧化物類氧化劑、硅氧烷類聚合物防吸附劑及其他添加劑，JD-2000解堵劑對聚合物具有很好的氧化降解能力，最終降解產(chǎn)物為液態(tài)，無固相存在，不會對地層產(chǎn)生二次堵塞，同時還能有效防止聚合物在巖石表面的二次吸附滯留。設(shè)計施工參數(shù)為：解堵半徑為7 m，解堵劑用量為183 m3，施工排量為設(shè)備限壓條件下的最大排量。

解堵施工后，HB井的視吸水指數(shù)為0.488～0.917 m3/(d·MPa)，平均為0.691 m3/(d·MPa)；解堵前的視吸水指數(shù)為0.040～0.121 m3/(d·MPa)，平均為0.066 m3/(d·MPa)，解堵后的視吸水指數(shù)為解堵前的10.5倍。聚合物日注入量為1 210 m3/d，達(dá)到了配注要求。HB井對應(yīng)的生產(chǎn)井受效明顯，相比聚合物驅(qū)前，日產(chǎn)液由17.5 t/d升至47.6 t/d，日產(chǎn)油由1.9 t/d升至8.5 t/d，每噸聚合物的換油率由5.2 t/t升至10.3 t/t。

4 結(jié) 論

(1) 利用長填砂管多點測壓驅(qū)替實驗和油藏工程方法確定了聚合物堵塞半徑，聚合物堵塞位置主要在靠近填砂管注入端的0～1/4處。

(2) 高滲巖心聚合物堵塞主要是由吸附引起的，低滲透巖心聚合物堵塞主要是由機械捕集引起的。聚合物堵塞導(dǎo)致部分大孔隙孔徑縮小，小孔隙數(shù)量相對增加?？缀砥骄霃接?2.2 μm降至39.9 μm，平均喉道配位數(shù)由3.36降到3.19。

(3) 現(xiàn)場實例證明，基于對聚合物堵塞機理和堵塞半徑的認(rèn)識，利用氧化劑+聚合物防吸附劑一體化技術(shù)可以取得很好的解堵效果。