温敏凝胶辅助多元热流体防窜机理及在渤海油田的应用

冯 祥，宫汝祥，王 莉

（1．中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津塘沽 300459；2．中海油能源发展股份有限公司边际油田开发项目组，北京 100010）

稠油在渤海海域的储量发现及产能建设中占着重要地位。目前，渤海海域已发现秦皇岛 32-6、南堡35-2和埕北等20多个稠油油田。海上稠油开发受制于平台空间、经济、环保及安全等因素，蒸汽吞吐和蒸汽驱等常规热力采油方式难以开展。多元热流体吞吐是一种高效的稠油热采技术。2008年，首次在渤海南堡35-2油田开展了海上稠油井多元热流体吞吐热力采油试验，取得了成功[1-4]。多元热流体吞吐开采稠油机理复杂，多轮次方案设计和效果预测与常规热采有较大差异。地层原油黏度大，油层非均质性强，开发过程中容易发生气窜。因此，针对多元热流体多轮次吞吐，开展防气窜油藏研究；针对井间气窜特征，开展改善开发效果的泡沫辅助多元热流体吞吐可行性研究[5-8]。

1 温敏凝胶的封堵机理及实验

1.1 温敏凝胶的封堵机理

当温度升高超过一定值时，温敏可逆凝胶溶液变为水基凝胶；当温度降低时发生相反的过程，由水基凝胶变为较高黏度水溶液。温度升高和降低时发生的溶液-凝胶的转变都是物理性质的可逆转变。若温度过高时，温敏凝胶会发生高分子化合物结构的破坏，可导致其物理性质不可逆的变化。

水溶性的温敏可逆溶胶溶液作为调剖暂堵剂。注入凝胶溶液后，再开始注热流体，水溶性的温敏凝胶溶液遇热转变为凝胶，对地层进行封堵，达到防窜效果。开井生产后，井底温度不断降低，地层中形成的凝胶恢复为水基溶液，油层可以正常生产。凝胶为高分子水溶液注入地层时，主要进入冲洗过的地层高渗透条带，生成凝胶屏障，导致渗流场发生改变，使注气井的吸气剖面更均匀。

1.2 凝胶封堵性测试

将可逆温敏凝胶在低温下注入到实验岩心管内，然后把恒温水加热到实验温度；凝胶成胶后，用相同温度的热水进行驱替，测量驱替压差，用驱替压差表征凝胶封堵性能的强弱。分别在50 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃和 160 ℃6个温度下进行温敏可逆凝胶岩心驱替实验，测量驱替压差，实验中的温敏凝胶质量分数为1%，注入速度为3 cm3/s，实验结果见图1 。可以看出，在低温阶段（温度为50℃和70 ℃时），驱替压力先增加后下降，最后保持较低值不变。这是由于在低温阶段，凝胶黏度升高，初始驱替压力变大，压差迅速上升；当后续注水突破后，凝胶封堵效果弱，驱替压差下降。在中温阶段（温度 80 ℃、90 ℃、100 ℃时），驱替压差迅速增加后，之后保持不变。不同温度时，凝胶的封堵作用不同，当温度为 80 ℃时封堵效果最好，大于80 ℃的驱替压差随着温度增加而降低，封堵效果减弱；当温度达到160 ℃时，由于凝胶的高分子结构发生了破坏，基本没有封堵效果。

图1 不同温度下驱替压差对比

2 防窜影响因素分析

2.1 基础模型的建立

对影响温敏凝胶泡沫封堵性能的参数进行敏感性分析研究，建立了一注四采五点法井网概念模型。模型中岩石流体参数与油藏参数保持一致，渗透率为 4 000×10-3μm2，孔隙度为 0.36，含油饱和度为0.68，气液比为3，原油黏度689 mPa·s，并对井周围网格进行加密，建立注采井间的高渗通道。

2.2 注入温度对温敏凝胶封堵性影响

研究注入温度分别为56 ℃、120 ℃、160 ℃、200 ℃、240 ℃和300 ℃时对温敏凝胶封堵性的影响（图2）。以B04P井和B0P井为例，随着注入温度的增加，B04P井最高日产气量不断减小，即气窜程度降低；B0P井增油量不断增加，当温度达240℃时增油量开始下降。

图2 B04P井最高日产气量与B0P井增油量

注气结束时，气相残余阻力系数和含气饱和度分布与温度的关系见图3、图4。可以看出，温度影响凝胶的封堵能力明显。注入温度为120℃时，地层气相残余阻力系数数值和波及范围小，注入凝胶对地层的封堵作用较小；注入温度为200℃时，地层的气相残余阻力系数数值较大，波及范围较广，对地层的影响大。从含气饱和度来看，注入温度为120℃时，凝胶封堵作用小，气窜量大，地层含气饱和度低；注入温度为200℃时，气窜量小，地层含气饱和度较高。

2.3 凝胶含量对温敏凝胶封堵性影响

图3 注气相残余阻力系数分布

图4 含气饱和度分布

注入凝胶质量分数分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%时对温敏凝胶泡沫封堵性的影响。由图5可以看出，凝胶质量分数由0.5%增加到1.0%时，B04P井最高日产气量大幅下降；随着凝胶质量分数增大，最高日产气量保持不变，封堵性保持不变。

图5 B04P井最高日产气量与B0P井增油量

2.4 凝胶用量对温敏凝胶封堵性影响

研究凝胶注入量分别为 50 m3、100 m3、150 m3、200 m3和250 m3时对温敏凝胶泡沫封堵性的影响。由图6可以看出，随着凝胶注入量的增加，B04P井最高日产气量减小，之后变化趋势逐渐变缓，趋于不变状态，在注入量为150 m3时达到最低值。这是由于注入量的增加封堵了近井地带，导致气体更易从高渗通道窜流。随着凝胶注入量的增加，B0P井增油量增加；当凝胶注入量达200 m3时，增油量随着凝胶注入量增加开始下降。

图6 B04P井最高日产气量与B0P井增油量

3 应用实例

2016年，在海上稠油油田NB35-2现场应用了“两井同注+温敏调堵+防乳增效”气窜防治技术。吞吐注热前，实施了调堵段塞的注入，根据优化，温敏可逆凝胶质量分数为1.5%，溶液用量为200 m3，注热中进行了增效剂的伴注，顺利完成了面积注热施工作业，措施防窜增油效果良好。

试验前，单井约注入350 t多元热流体时，邻井发生气窜，最高产气量达12 000 m3/d，导致3口邻井停产，停产27～48天；试验后，单井注入1 000 t多元热流体后，邻井产气量由 24 m3/d上升至 440 m3/d，最高产气量1 000 m3，均正常生产，多元热流体吞吐井平均单井增油1 100 m3。

4 结论

（1）针对井间气窜问题，采用温敏凝胶等化学调堵技术，可抑制气体窜流。

（2）通过实验确定了相应的特征参数，可准确预测温敏凝胶辅助多元热流体开采效果。

（3）运用数值模拟方法，优化分析了注入温度、凝胶含量、凝胶用量对温敏凝胶胶封堵性的影响。

（4）现场应用表明，采用温敏凝胶辅助多元热流体吞吐能够抑制气窜发生，提高油藏压力和原油动用程度，一定程度上提高热采效果。