颗粒调剖剂性能评价及其在复杂油藏的应用

2022-12-30吴晨宇

石油石化节能 2022年12期

吴晨宇

（1.大庆油田有限责任公司采油工程研究院；2.黑龙江省油气藏增产增注重点实验室）

塔木察格油藏主要为砂岩油藏，主力产区在地质上呈现“地层倾角大、非均质性强、主力层相对单一”的特征。在开发过程中，受层间非均质性强影响，注水沿高渗流条带或人工裂缝方位指进，造成储层整体动用效果差，层间矛盾突出；受地层倾角大影响，水驱重力作用明显，造成低部位油井注水突进和高部位油井供液不足问题突出，常规注水调整效果较差。颗粒类调剖剂目前被广泛应用于国内各油田进行调剖施工[1-5]，对于大孔道及存在裂缝的地层，通过颗粒类调剖剂[6-10]可获得明显的调剖效果。针对塔木察格区块层间矛盾突出、重力作用明显的水驱开发井组，优选出适合该类地层条件的颗粒类调剖剂，并利用其开展水井调剖作业，提高井组储层整体动用情况，改善调剖井组的开发效果，同时为塔木察格油田大倾角油藏含水迅速上升阶段的开发调整提供实践依据。

1 室内研究

1.1 实验药剂和仪器

1）实验药剂。缓膨颗粒；阴离子型聚丙烯酰胺，相对分子质量1 900×104。

2）实验用水为模拟地层水，总矿化度为6 111.5 mg/L，其中Cl-为1 099.3 mg/L，K++Na+为1 865.3 mg/L，HCO3-为2 623.9 mg/L，Ca2+为20.0 mg/L，Mg2+为9.7 mg/L，CO32-为330.0 mg/L和SO42-为163.3 mg/L；实验温度为地层温度（90℃）。封堵实验采用ϕ3.8 cm×30 cm石英砂人造岩心模型，水测渗透率为510×10-3μm2。

3）主要仪器。鼓风烘箱、电子分析天平、磁力搅拌器、颗粒过孔强度测定装置、抽空加压饱和装置、驱替装置等。

1.2 实验方法

颗粒过孔压力测定：称取一定质量缓膨颗粒样品，放入广口瓶中，按实验要求加入一定量的模拟地层水，保证颗粒完全浸泡于地层水中。密封置于90℃烘箱中，待颗粒质量不再发生变化，取一定质量浸泡好的颗粒样品放入过孔强度测定装置中，安装上孔板，测量颗粒通过孔板的压力，即为颗粒的过孔强度。

颗粒岩心驱替实验：将岩心抽真空饱和水，测定岩心的孔隙体积和水相渗透率。将一定浓度的缓膨颗粒调剖剂样品注入岩心，恒温放置5 d后，对岩心进行后续水驱。当岩心出口流出第一滴水时，记录压力表压力，继续驱替10 PV，记录驱替过程中的稳定压力。

1.3 实验结果与讨论

1.3.1 缓膨颗粒膨胀性能评价

采用质量法进行缓膨颗粒膨胀倍数的测定。在90℃条件下，称取质量为M的缓膨颗粒样品放入试剂瓶，加入一定量的模拟地层水，在颗粒溶胀的不同时间内持续测量颗粒吸水后的质量M1。缓膨颗粒的体积膨胀倍数为(M1-M)/M。

颗粒膨胀时间与膨胀倍数关系见图1，颗粒1#初膨时间为7 d，体积初始膨胀7倍，随着浸泡时间增加，颗粒不断吸水膨胀，终膨时间为55 d，终膨倍数为32倍；颗粒2#初膨时间为7 d，体积初始膨胀3倍，终膨时间为30 d，终膨倍数为12倍；通过对比两种颗粒的浸泡膨胀情况可知，颗粒1#达到终膨时间更长，终膨倍数更高，说明该颗粒在高温条件下表现出较好的膨胀性能，抗高温能力较好。

图1 颗粒膨胀时间与膨胀倍数关系Fig.1 Relationship between particle expansion time and expansion multiple

1.3.2 缓膨颗粒过孔强度评价

采用过孔压力测试法对颗粒强度进行评价。对于达到终膨倍数的颗粒分别使其通过0.3 mm、0.4 mm的孔板，观察其通过孔板时的压力。

过孔强度数据见表1，颗粒1#在过孔板过程中未发生破碎，表明颗粒强度较高，有较好的弹性，可以进行裂缝及大孔道的封堵。然而颗粒2#通过孔板时，发生破碎，未能准确记录过孔压力，标明颗粒弹性较弱，抗压能力有待改善。

表1 过孔强度数据Tab.1 Perforation strength data

1.3.3 缓膨颗粒抗剪切性能评价

通过上述对两颗粒的膨胀性能及过孔强度进行评价及对比，优选出膨胀性能好、抗压能力高的颗粒1#进行后续评价实验。颗粒类调剖剂注入地层后，会受到地层及岩石颗粒的摩擦，粒径有所损失，进而影响颗粒的封堵性能。通过利用岩心及高速搅拌器对缓膨颗粒进行剪切，观察颗粒粒径剪切前后的变化借以评价缓膨颗粒的抗剪切性能。

颗粒经岩心剪切实验结果见图2，用ϕ3.8 cm×30 cm石英砂人造岩心模型进行缓膨颗粒的过岩心反复剪切实验后，由于缓膨颗粒具有缓慢膨胀特性，经过岩心剪切后颗粒能够再次膨胀，过岩心十二次剪切后，粒径损失低于18%，表明其抗剪切性能好，注入到油层深部后粒径保留率较高。

图2 颗粒经岩心剪切实验结果Fig.2 Experimental results of particle shear through core

颗粒在高速搅拌器不同转速下粒径变化对比见表2，将在水中浸泡达到终膨的缓膨颗粒用高速搅拌器进行不同转速搅拌剪切实验后，由于缓膨颗粒韧性较好，搅拌转速为2 000 r剪切3 min后，粒径未发生变化；随着搅拌转速增加，颗粒粒径减小；但即使搅拌转速达10 000 r剪切3 min后，颗粒仍能保持一定的粒径，表明其抗剪切性能较好。

表2 颗粒在高速搅拌器不同转速下粒径变化对比Tab.2 Comparison of particle size variation under different speed of high speed agitator

1.3.4 缓膨颗粒恢复性能评价

将达到终膨的缓膨颗粒进行回弹性能实验以此评价颗粒的恢复性能，回弹率为：回弹高度/下压高度×100%。缓膨颗粒恢复性能见表3，缓膨颗粒的回弹率可以达到70%以上，恢复性能较好。

表3 缓膨颗粒恢复性能Tab.3 Recovery performance of slow swell particles

1.3.5 缓膨颗粒封堵性能评价

室内用ϕ3.8 cm×30 cm石英砂人造岩心模型，对缓膨颗粒进行了岩心封堵评价。该颗粒突破压力大于11 MPa，可大幅提高后续水驱注入压力，能满足封堵高渗透部位的需要，岩心封堵率在99%以上颗粒岩心实验数据见表4。

表4 颗粒岩心实验数据Tab.4 Particle core test data

2 调剖施工工艺研究

由于需采用聚合物携带颗粒调剖体系进行调剖施工，聚合物需使用现场水进行配制，该区块调剖施工环境较为恶劣，现场来水管线压力失稳，导致配制水中经常伴有地层返吐油和杂质，聚合物黏度低，聚合物性能受到影响。此外，施工现场位于草原深处，为环境敏感区域，环保要求严格。为解决施工现场存在的以上问题，研究并建立了与其配套的施工工艺。

2.1 对现有调剖工艺流程进行设计优化

通过设计增加自动加药控制系统，人工加药时间由之前的3 h/d缩减至目前的0.5 h/d，解决了人工操作繁琐、劳动强度大的问题，改良后的调剖工艺示意见图3。定期对设备进行维护和保养，确保施工过程无漏、滴现象。对于高压管线要固定牢固，施工中严禁敲打。

图3 改良后的调剖工艺Fig.3 Profile control technology after improvement

针对施工现场水质变化大的问题，利用静止沉淀原理对沉降罐中大块原油进行悬浮处理，通过筛网进行过滤，对污水中原油进行预处理，实现水与油的分离，利用该方法反复进行3次，对原油进行去除。

2.2 加强管控现场施工药剂

设计了“隔离水泥槽+防水布”双重施工药品临时储存方式，既能防止药品外泄造成环境污染，又便于日常管理。利用电子液位计的监测方式，能防止配制过程中冒罐造成料液外泄，降低对环境造成污染。配备专车专人严格执行药剂包装回收制度，不许排入附近农田或生活区，满足施工现场环保要求。配制药剂、取样等过程，操作人员必须穿戴劳动保护用品，避免药剂对人体造成的伤害。

3 调剖方案及现场应用效果评价

3.1 调剖方案

由于调剖井属于低渗透类型油藏，压裂人工裂缝发育，调剖过程中可能出现以下几种情况：

1）调剖剂注入压力上升较快，造成注入量达不到方案设计要求。

2）调剖剂注入裂缝时注入能力强，裂缝封堵后地层基质注入能力差，造成注入量达不到方案设计要求。

3）调剖过程中压力升幅慢，调剖剂沿裂缝窜流。

针对上述可能出现的情况，采取以下针对措施：

1）如果以现场注入能力和压力升幅为主要考核指标，现场压力达到设计方案要求后，无法继续完成注入，按照方案设计提前注入替挤液。结束调剖施工之后按照地质方案恢复后续注水。

2）如果注入压力升幅慢，调剖剂存在沿裂缝窜流的情况，需提高调剖剂的封堵强度，增加颗粒的浓度，达到注入压力缓慢上升的目的。

3）注入过程中根据压力升幅情况，及时调整调剖剂的注入浓度、日注入量、总注入量等参数，达到压力平稳升幅的目的，确保调剖措施效果。

3.2 现场试验及评价

根据对井组油层发育特征及开发状况的认识，对塔木察格某区块的4个井组进行了现场调剖施工。现场试验过程中调剖剂日注入量在不超过干线注入压力的情况下，接近调剖前配注，避免地层亏空，影响调剖效果的评价。进行施工后，与4口措施井连通的17口生产井中，受效井比例超过58%，受效井平均含水下降了14.06%，连通采出井受效统计见表5。措施后累计增油14 735 t，直接经济效益2 136.84万元。