适于高矿化度地层水地层的稳油控水绒囊流体

朱立国黄波陈维余孙亮廖迪姜梦奇冯丽娟.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司；.北京华油科隆开发公司.中国石油大学（华东）；.华北油田分公司勘探开发研究院

适于高矿化度地层水地层的稳油控水绒囊流体

朱立国1黄波1陈维余1孙亮1廖迪2姜梦奇3冯丽娟4
1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司；2.北京华油科隆开发公司3.中国石油大学（华东）；4.华北油田分公司勘探开发研究院

为验证绒囊流体在含高矿化度地层水地层中稳油控水效用，在温度120 ℃、围压15 MPa、回压1.5 MPa条件下，采用恒流速法测定绒囊流体封堵前后，含不同矿化度盐水和煤油的人造砂岩柱塞稳定流动渗透率和注入压力变化。实验结果表明，0.1 mL/min恒定流速下，绒囊流体封堵前后，含Fe2++Ca2++Mg2+矿化度分别为1×104mg/L、10×104mg/L、20×104mg/ L盐水岩心驱替压力由0.46～0.63 MPa升至1.39～2.23 MPa，封堵能力提高205.83%～262.64%；渗透率140.82～193.30 mD降至66.96～109.85 mD，损失率43.15%～52.53%。以煤油模拟地层原油，相同条件下测定封堵前后效果，驱替压力0.48～0.52 MPa升至0.51～0.55 MPa，增幅5.83%～8.08%；渗透率232.05～272.52 mD降至211.09～249.25 mD，损失率2.26%～4.51%。在地层水矿化度8×104mg/L、4×104mg/L的Y井和Z井实施绒囊流体稳油控水，通过提高泵次、深抽等工艺，油井产水量分别降低46.38%、15.99%，产油量提高6 200%、180%。研究和应用表明，绒囊流体抗高矿化度堵水体系能够实现稳油控水。

堵水；绒囊流体；高矿化度地层水；稳油控水；室内实验；现场应用

封堵高矿化度地层水对封堵流体抗盐能力要求较高。常用的聚合物类堵剂通过改变聚合物单体类型［1］（党丽旻等，2002），增加耐盐基团［2］（王正良等，2003）抗盐能力达到20×104mg/L以上。树脂类堵剂利用交联作用［3］（蒲万芬等，2004）引入功能基团［4］（朱怀江等，2007）抗盐能力超过15×104mg/L。其他无机类堵剂如水泥、硅酸盐类等提高抗盐能力通过加强高矿化度下封堵结构强度实现。以上堵剂虽然提高了堵剂作业矿化度承受范围，但固态或接近固态封堵结构强度过大，堵水作业同时大幅度降低油井产量。高矿化度地层水条件下实现稳油控水作业，是困扰现场作业人员难点之一。能否实施渗流通道无损伤堵水，成为热门话题。海上油田X井地层水矿化度超过4×104mg/L，应用绒囊流体修井后，油井产水量下降［5］（王珊，2015），张媛（2014）用产油趋势法研究绒囊流体具有“稳油控水”作用［6］，认为可以用于堵水。

绒囊流体是由郑力会［7］（2010）为封堵漏失地层开发的仿生流体，通过堆积、拉抻、堵塞封堵地层渗流通道［8］（郑力会等，2016），实现集合大小封堵材料“模糊封堵”集合尺寸的漏失通道［9］。目前绒囊流体应用于常规油气井钻井作业可有效控制低压漏失层钻井流体漏失［10］，用于煤层气钻井可实现井壁稳定［11］，已较为广泛地应用于油井控制储层伤害［12］（李良川等，2011）、致密气井修井［13］（王金凤等，2015）以及老井提产的酸化转向［14］（温哲豪，2015）、储层改造的重复压裂转向［15］（郑力会等，2015）。笔者对绒囊流体封堵高矿化度地层水的适用性进行了室内研究。

1 室内实验Laboratory test

含高矿化度地层水地层环境中实现“稳油控水”效果，包括有效降低地层水产量和稳定地层油相产量。目前尚无室内流体稳油控水评价实验标准，部分研究人员常用稳定流速下水相和油相在岩心中渗透率［16］（齐志远等，2014）及压力［17］（杜忠磊，2014）2个参数表征2种介质流动能力。相同流速下，流体渗透率越低，注入压力越大，表明地层中流体流动能力越低。

1.1实验原理

Test principles

以含Fe2+、Ca2+、Mg2+高矿化度盐水的人造砂岩柱塞模拟含高矿化度地层水地层，先后稳定注入地层水和煤油，模拟地层初始油水赋存状态。分别对比测定绒囊流体注入前后，岩心柱塞中地层水和煤油稳定流动渗透率及注入压力变化，评价含高矿化度地层水地层中绒囊流体控水效果。

1.2实验方法

Methods

（1）配制体系囊核剂（十八碳非离子表面活性剂），囊膜剂（单十八酸丙三醇酯），囊层剂（分子量200万～500万聚丙烯酰胺复配物），绒毛剂（分子量1 000万聚丙烯酰胺），绒囊流体密度0.85～0.95 g/ cm3，塑性黏度25.8～29.3 mPa·s，表观黏度37.3～43.6 mPa·s，动塑比0.91～1.01 mPa·s/Pa。

（2）利用Fe2+、Ca2+、Mg2+配制矿化度1×104mg/ L、10×104mg/L、20×104mg/L地层水，以直径25 mm气测渗透率5 000 mD人造砂岩柱塞模拟地层，实验温度120 ℃、围压15 MPa、回压1.5 MPa。

（3）高矿化度环境下绒囊流体堵水效果评价。先后以地层水和煤油介质在0.1 mL/min流速下正向通入柱塞2 h。测定相同流速下柱塞中地层水渗透率kw以及注入压力ph。以绒囊流体在0.1 mL/min流速下反向通入柱塞2 h后，再测定地层水0.1 mL/min流速下渗透率k1以及注入压力p1。单一矿化度平行实验2组。

（4）高矿化度环境下绒囊流体稳油效果评价。先后以度地层水和煤油介质在0.1mL/min流速下正向通入柱塞2 h。测定相同流速下柱塞中煤油渗透率ko以及注入压力po。以绒囊流体在0.1 mL/min流速下反向通入柱塞2 h后，再测定煤油相同流速下渗透率k2以及注入压力p2。单一矿化度平行实验2组。

2 实验数据处理Test data processing

以地层水矿化度1×104mg/L、10×104mg/L、20×104mg/L条件下，相同矿化度下2枚柱塞渗透率及压力均值表征单一矿化度环境下绒囊堵水作业效果，如图1和图2。可以看出，地层水矿化度1×104～20×104mg/L环境下，柱塞原始地层水渗透率140.82～193.30 mD，注入压力0.46～0.63 MPa。绒囊封堵后降至66.96～109.85 mD，注入压力1.39～2.23 MPa。

图1　绒囊封堵前后地层水渗透率Fig.1 Formation water permeability before and after plugging by fuzzy-ball fluid

图2　绒囊封堵前后地层水注入压力Fig.2 Formation water injection pressures before and after plugging by fuzzy-ball fluid

3 实验数据分析与讨论Test data analysis and review

3.1绒囊流体堵水效果评价

Performance of the fuzzy-ball fluid in water plugging

定义绒囊流体注入前后地层水渗透率损失率η1及注入压力变化率θ1，按照式（1）和式（2）计算。式中，η1为渗透率损失率，%；k1为柱塞中地层水渗透率，mD；kw为绒囊流体注入前原始地层水渗透率，mD；θ1为压力变化率，%；p1为绒囊流体注入后地层水稳定注入压力，MPa；pw为绒囊流体注入前地层水稳定注入压力，MPa。

以相同矿化度下2枚柱塞渗透率及压力均值表征单一矿化度煤油实验效果，如图3和图4。可以看出，地层水矿化度1×104～ 20×104mg/L环境下，初始煤油渗透率252.29～257.40 mD，注入压力0.50～0.52 MPa。绒囊封堵后煤油渗透率230.17～234.28 mD，注入压力0.53～0.55 MPa。

图3　绒囊封堵前后煤油渗透率变化Fig.3 Changes in kerosene permeability before and after plugging by fuzzy-ball fluid

图4　绒囊封堵前后煤油注入压力变化Fig.4 Changes in kerosene injection pressures before and after plugging by fuzzy-ball fluid

对比矿化度1×104mg/L、10×104mg/L、20× 104mg/L下绒囊流体封堵地层水渗透率损失率及注入压力变化率，如图5。

图5　绒囊封堵后地层水渗透率及注入压力变化率Fig.5 Changes in formation water permeability and injection pressure before and after plugging by fuzzy-ball fluid

从图5可看出，地层水矿化度1×104mg/L、10×104mg/L、20×104mg/L，绒囊流体注入后地层水渗透率损失率为52.53%，50.49%，43.15%，地层水注入压力变化率为262.64%，216.30%，205.83%。实验表明矿化度20×104mg/L地层环境下，绒囊流体有效降低地层水流动能力。

3.2绒囊流体稳油效果评价

Performance of the fuzzy-ball fluid in stabilizing oil production

定义绒囊流体注入前后煤油渗透率损失率η2及注入压力变化率θ2，按照式（3）和式（4）计算。式中，η2为煤油渗透率损失率，%；k2为绒囊流体注入后煤油渗透率，mD；ko为绒囊流体注入前煤油渗透率，mD；θ2为压力变化率，%；p2为绒囊流体注入后煤油稳定注入压力，MPa；po为绒囊流体注入前柱塞中煤油稳定注入压力，MPa。

对比3种矿化度1×104mg/L、10×104mg/L、20× 104mg/L下绒囊流体注入前后煤油渗透率损失率及注入压力变化率，如图6。

图6　绒囊流体注入后煤油渗透率及注入压力变化Fig.6 Changes in kerosene permeability and injection pressure before and after plugging by fuzzy-ball fluid

从图6可以看出，地层水矿化度1×104mg/L、10×104mg/L、20×104mg/L条件下，绒囊流体封堵后煤油渗透率分别下降9.32%、8.77%、8.68%，注入压力分别上升6.06%、8.08%、5.83%，煤油流动能力稳定。实验表明绒囊流体在高达20×104mg/L矿化度地层中稳油能力良好。

4 应用实例Field applications

陆地油田Y井，地层水矿化度8×104mg/L地层注入105 m3绒囊流体18 d后提高泵次50%，至第42 d，油井产水量由26.71 m3/d降至14.42 m3/d，降幅46.01%；产油量由0.10 m3/d增至6.20 m3/d，增幅61倍，目前产油量稳定在4.10 m3/d累计超过100 d。

陆地油田Z井，地层水矿化度大于4×104mg/L地层注入120 m3绒囊流体60 d后实施深抽，至71 d产水量由15.71 m3/d降至13.20 m3/d，降幅15.99%；产油量由1.71 m3/d增至4.80 m3/d，增幅180%，目前持续稳产超过40 d。

绒囊流体应用2口井堵水作业中，通过增大泵效、引入深抽工艺，有效降低油井产水量的同时，提高产油量，绒囊流体稳油控水效果接近室内实验结果。现场应用表明绒囊流体适用于含高矿化度地层水地层的稳油控水。

5 结论与建议Conclusions and suggestions

（1）实验表明，绒囊流体注入地层后能够有效降低产水量，稳定地层产油量，实现稳油控水效果，为现场高矿化度地层堵水作业提供可靠手段。

（2）绒囊流体进入高含水地层后，能够显著增加地层水流动阻力，对油相流动阻力改变效果不明显。建议现场绒囊流体堵水作业中，注入绒囊流体后利用深抽、增大泵效等手段整体提高地层流体流动能量，提高地层产油量。

（3）绒囊流体在含高矿化度地层水地层中稳油控水机理还需要进一步研究，但室内实验及现场应用均表明，绒囊流体应用于高矿化度地层水油井稳油控水作业可行。

References：

［1］党丽旻，秦涛，肖良.凝胶型油井高温抗盐化学堵剂的研制与应用［J］.江汉石油学院学报，2002，24（3）：62-65.

DANG Limin， QIN Tao， XIAO Liang. Development and application of gel type high temperature and salt resisting plugging agent［J］. Journal of Jianghan Petroleum Institute， 2002， 24（3）： 62-65.

［2］王正良，周玲革. JST耐温抗盐聚合物冻胶体系的研究［J］.油田化学，2003，20（3）：224-226.

WANG Zhengliang， ZHOU Linge. Heat resistant and salts tolerant polymer gelling fluid JST for water control：laboratory results［J］. Oilfield Chemistry， 2003， 20（3）：224-226.

［3］蒲万芬，周明，赵金洲，罗宪波，杨燕，王加印.有机铬/活性酚醛树脂交联聚合物弱凝胶及其在濮城油田调驱中的应用［J］.油田化学，2004，21（3）：261-263.

PU Wanfeng， ZHOU Ming， Zhao Jinzhou， LUO Xianbo， YANG Yan， WANG Jiayin. Cr3+/Phenolic resin crosslinked weak gel and its use as permeability adjusting/ oil displacing agent in Pucheng Oil Field［J］. OilfieldChemistry， 2004， 21（3）： 261-263.

［4］朱怀江，王平美，刘强，熊春明，刘玉章，罗健辉，杨静波.一种适用于高温高盐油藏的柔性堵剂［J］. 石油勘探与开发，2007，34（2）：230-233.

ZHU Huaijiang， WANG Pingmei， LIU Qiang， XIONG Chunming， LIU Yuzhang， LUO Jianghui， YANG Jing. A kind of flexible water shutoff agent applicable to reservoirs with high temperature and salinity［J］.Petroleum Exploration and Development， 2007， 34（2）： 230-233.

［5］王珊，曹砚锋，姜文卷，周定照，靳勇，刘尧.渤海某油田绒囊暂堵流体修井工艺［J］石油钻采工艺，2015，37（3）：114-117.

WANG Shan， Cao Yanfeng， JIANG Wenjuan， ZHOU Dingzhao， JIN Yong， LIU Yao. ［J］. Workover technology using fuzzy-ball temporary plugging fluid in Bohai Oilfield［J］.Oil Drilling & Production Technology，2015， 37（3）： 114-117.

［6］张媛.产油趋势法评价绒囊修井液在海上SZ36-1油田修井效果［J］. 石油钻采工艺，2014，36（4）：61-63.

ZHANG Yuan. Evaluating the effect of fuzzy-ball workover fluid for offshore SZ36-1 Oilfield with oil production tendency method［J］.Oil Drilling & Production Technology， 2014， 36（4）： 61-63.

［7］郑力会，孔令琛，曹园，王慧云，韩子轩，何晓庆.绒囊工作液防漏堵漏机理［J］.科学通报，2010，55（15）：1520-1528.

ZHENG Lihui， KONG Lingchen， CAO Yuan， WANG Huiyun， HAN Zixuan， HE Xiaoqing. The mechanism for fuzzy-ball working fluids for controlling & killing lost circulation［J］. Chinese Science Bulletin， 2010， 55， （15）：1520-1528.

［8］郑力会，陈必武，张峥，汤继丹，孙昊.煤层气绒囊钻井流体的防塌机理［J］.天然气工业，2016，36（2）：72-77.

ZHENG Lihui， CHEN Biwu， ZHANG Zheng， TANG Jidan， SUN Hao. Anti-collapse mechanism of the CBM fuzzy-ball drilling fluid［J］. Natural Gas Industry， 2016，36（2）： 72-77.

［9］郑力会，张明伟.封堵技术基础理论回顾与展望［J］.石油钻采工艺，2012，34（5）：1-9.

ZHENG Lihui， ZHANG Mingwei. Review of basic theory for lost circulation control［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2012， 34（5）： 1-9.

［10］郑力会，曹园，韩子轩.含绒囊结构的新型低密度钻井液［J］.石油学报，2010，31（3）：490-493.

ZHENG Lihui， CAO Yuan， HAN Zixuan. Novel lowdensity drilling fluid containing fuzzy ball structure［J］. Acta Petrolei Sinica， 2010， 31（3）： 490-493.

［11］郑力会.仿生绒囊钻井液煤层气钻井应用现状与发展前景［J］ 石油钻采工艺，2011，33（3）：78-81.

ZHENG Lihui. Application state and prospects of bionic fuzzy-ball drilling fluids for coalbed methane drilling［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2011， 33（3）： 78-81.

［12］李良川，卢淑琴，彭通，张明伟，米凡.冀东油田绒囊修井液控制储层伤害应用研究［J］.石油钻采工艺，2011，33（3）：31-34.

LI Liangchuan， LU Shuqing， PENG Tong， ZHANG Mingwei， MI Fan. Fuzzy-ball workover fluids for formation damage control in Jidong Oilfield［J］.Oil Drilling & Production Technology， 2011， 33（3）： 31-34.

［13］王金凤，郑力会，张耀刚，邓金根，张儒鑫.天然气井的绒囊流体活塞修井技术［J］. 天然气工业，2015，35 （12）：1-5.

WANG Jinfeng， ZHENG Lihui， ZHANG Yaogang，DENG Jingen， ZHANG Ruxin. Fuzzy-ball fluid piston workover technology for natural gas wells［J］.Natural Gas Industry， 天然气工业， 2015， 35（12）： 1-5.

［14］温哲豪，薛亚斐，白建文，何平，张家富. GX-3绒囊流体暂堵重复酸化技术［J］.石油钻采工艺，2015，37（5）：85-88.

WEN Zhehao， XUE Yafei， BAI Jianwen， HE Ping，ZHANG Jiafu. Technology of re-acidizing Well GX-3 by temporary plugging with fuzzy-ball fluid［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2015， 37（5）： 85-88.

［15］郑力会，翁定为.绒囊暂堵液原缝无损重复压裂技术［J］.钻井液与完井液，2015，32（3）：76-78.

ZHENG Lihui， WENG Dingwei. Study on repeating fracturing while causing no damage to original fractures ［J］. Drilling Fluid & Completion Fluid， 2015， 32（3）：76-78.

［16］齐志远，王业飞，王涛，王桂杰，于维钊.相对渗透率调节剂的选择性堵水性能研究［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2014，36（5）：141-147.

QI Zhiyuan， WANG Yefei， WANG Tao， WANG Guijie，YU Weizhao. Review of basic theory for lost circulation control［J］. Journal of Southwest Petroleum University： Science & Technology Edition， 2014， 36（5）：141-147.

［17］杜忠磊.陆梁油田水平井堵水配方的研制与性能评价［D］.成都：西南石油大学，2014.

DU Zhonglei. Development and performance evaluation of water plugging formula for horizontal wells in the Luliang Oilfield ［D］. Chengdu： School of Petroleum Engineering， 2014.

（修改稿收到日期 2016-01-15）

〔编辑 朱 伟〕

Fuzzy-ball fluid for stabilizing oil production and water control in formations with high-salinity water

ZHU Liguo1， HUANG Bo1， CHEN Weiyu1， SUN Liang1， LIAO Di2
1. CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co.， Tianjin 300452， China； 2. Beijing Huayou KelongDevelopment Corp.， Beijing 100028， China；3. China University of Petroleum， Qingdao， Shandong 266580， China；4. Research Institute of Exploration and Development， Huabei Oilfield CO.， Renqiu， Hebei 062552， China

To clarify the performance of fuzzy-ball fluid in stabilizing oil production and water control in formations with highsalinity water， the constant flow velocity was used under temperature of 120 ℃， confining pressure of 15 MPa and backpressure of 1.5 MPa to determine changes in permeability and injection pressures of steady flow in man-made sandstone columns with kerosene and salt water of various salinities before and after plugging by fuzzy-ball fluids. Test results show that， under constant flow rate of 0.1 mL/ min， displacement pressures of formation water containing Fe2+， Ca2+and Mg2+with salinity of 1×104mg/L， 10×104mg/L， 20×104mg/L，respectively， increased from 0.46-0.63 MPa to 1.39-2.23 MPa， plugging capabilities increased by 205.83%-262.64%， and permeability decreased from 140.82-193.30 mD to 66.96-109.85 mD with a losing rate of 43.15%-52.53% after plugging by the fuzzy-ball fluid. In addition， kerosene was used to simulate formation oil to determine plugging performances under identical conditions. The results show that displacement pressures increased by 5.83%-8.08%， from 0.48-0.52 MPa to 0.51-0.55 MPa， and permeability decreased from 232.05-272.52 mD to 211.09-249.25 mD with losing rate of 2.26%-4.51%. Fuzzy-ball fluids were applied in Well Y and Well Z with formationwater salinity of 8×104mg/L and 4×104mg/L for stabilizing oil production and water control. By promoting pumping frequency and deeper pumping， water production in these wells decreased by 46.38% and 15.99%， whereas oil production increased by 6 200% and 180% respectively. These research results and application performances suggest that the fuzzy-ball fluids with resistance to high-salinity formation water can be deployed for stabilizing oil production and water control.

water plugging； fuzzy-ball fluid； high-salinity formation water； stabilizing oil production and water control； laboratory test； field application

ZHU Liguo， HUANG Bo， CHEN Weiyu， SUN Liang， LIAO Di， JIANG Mengqi， FENG Lijuan. Fuzzy-ball fluid for stabilizing oil production and water control in formations with high-salinity water［J］.Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（2）： 216-220.

TE358

A

1000 -7393（ 2016 ） 02 -0216-05

10.13639/j.odpt.2016.02.017

国家科技重大专项“三气合采钻完井技术与储层保护”（编号：2016ZX05066002-001）。

朱立国（1981-），2007年毕业于西北大学应用微生物专业，现从事调剖堵水及三次采油研究工作。通讯地址：（300452）天津市滨海新区港城大道农工新村中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司121室。电话022-66907731。E-mail：zhulg@ cnooc.com.cn

引用格式：朱立国，黄波，陈维余，孙亮，廖迪，姜梦奇，冯丽娟.适于高矿化度地层水地层的稳油控水绒囊流体［J］.石油钻采工艺，2016，38（2）：216-220.