深部液流轉向調驅工藝在靖安油田的應用

長江大學石油工程學院陳自立 徐方向

遼河油田 李文苗

中石化華北分公司 覃兆輝

冀東油田南堡作業區 劉虎

深部液流轉向調驅工藝在靖安油田的應用

長江大學石油工程學院陳自立 徐方向

遼河油田 李文苗

中石化華北分公司 覃兆輝

冀東油田南堡作業區 劉虎

一、靖安油田油藏概況

靖安油田白于山開發區位于陜西省靖邊縣境內。該區構造主要為西傾單斜背景上由差異壓實作用形成的一系列由東向西傾沒的低幅鼻狀隆起，鼻狀隆起軸線近于東西向，寬度近5km。白于山區主要的沉積微相為水下分流河道與分流間灣相沉積。白于山區主力含油層系為長4+5與長6。長6油層探明含油面積14.6km2，石油地質儲量417×104t，長4+5油層探明含油面積53.0km2，石油地質儲量2376×104t。

該油藏屬于低滲透裂縫性油藏，在開發過程中主要存在兩個特點：一是針對長4+5油藏的開發工作始于1998年。初期對部分油井進行試產油，產量為10～11t/d，含水率17%～ 20%。由于注水工作滯后，油井遞減很快，2002年對續開發油井部署超前注水開發，致使油井注水開采時間長，單井產水量高。二是儲層非均質性強、滲透率級差大，平面和縱向上矛盾突出。油藏水驅不均，注入水沿裂縫推進速度快，主向油井水淹低產，側向油井見效程度低造成低產，影響區塊的整體開發效果。

二、調驅機理及室內實驗

深部液流轉向技術是近年來發展起來的一種有效調剖技術。結合靖安油田注水開發是時間長、低滲透裂縫性油藏的特點，深部液流轉向調剖技術的關鍵在于研發合適的深部液流轉向劑。通過室內試驗，筆者主要選擇應用了預交聯顆粒和弱凝膠等堵劑用在該區塊調剖堵劑，在室內對其配方進行了研究和優化。

1.預交聯凝膠顆粒的研制及性能評價。預交聯凝膠顆粒是一種具有三維交聯網狀結構的新型功能高分子材料，基本組成為含有大量親水基團的合成柔性高分子。由于它具有不溶于水和有機溶劑，其吸水和保水能力特別強，因此在油田調剖堵水領域應用十分廣泛。其親水特性使其在不同條件下能顯著改變體積大小，三維骨架結構通過交聯作用產生，使其具有一定的強度，能在地層深部形成堵塞，改變流體流向。更為重要的是，吸水膨脹后的預交聯凝膠顆粒在外力作用下能發生變形，并且這種變形是可逆的，當外力減小時形變在一定程度上能夠恢復。深部調剖可以充分利用這些特性，結合油藏壓力場的變化，實現使深部流體轉向的目的。

預交聯凝膠顆粒主要是由主劑丙烯酰胺（AM）、引發劑、交聯劑、增強劑以及添加劑等聚合而成。合成方法采用爆聚合成法。將經過科學篩選的目標組分混合均勻，在一定條件下通過爆聚反應形成高強度凝膠團，再經過干燥、粉碎、造粒等工序，形成一定膨脹倍數和強度的顆粒。

主劑、引發劑、交聯劑、增強劑以及添加劑質量分數的不同對凝膠顆粒的性能有著重要的影響，因此應選擇最佳的比例。

2.預交聯凝膠顆粒的配方優化。通過實驗，固定反應體系中的丙烯酰胺、引發劑、交聯劑的用量，分別考察各因素對聚合物顆粒調剖劑性能的影響。

（1）丙烯酰胺質量分數對凝膠性能的影響。如圖1所示，隨著丙烯酰胺質量分數增加，每克干顆粒吸水量基本不變，而膨脹后凝膠強度則是先緩慢增加而后有所下降，其峰值出現在主劑質量分數15%左右。因此，在生產過程中采用丙烯酰胺15%～20%的質量分數，以確保顆粒達到較好的黏彈性。

（2）引發劑對凝膠性能的影響。如圖2所示，引發劑質量分數對凝膠強度和交聯時間影響的實驗結果。當引發劑質量分數低于1000mg/L時，隨著引發劑質量分數增加，交聯時間大大縮短。但凝膠強度基本不變，說明交聯時間對凝膠強度沒有大的影響。因此生產時采用較高質量分數（大于1000mg/L）的引發劑。

（3）交聯劑對凝膠性能的影響。由圖3可以看出，交聯劑質量分數對膨脹后顆粒的交聯時間有較大影響。300～400mg/L交聯劑質量分數范圍形成的預交聯凝膠時間曲線斜率最高，這說明此時凝膠的拉伸性能最佳、韌性最好。因此在生產過程中采用400mg/L的交聯劑。

3.弱凝膠的研制及性能評價。弱凝膠是以聚丙烯酰胺為原料，采用甲醛和間苯二酚為交聯劑，通過氯化銨來調節體系的酸堿環境。實驗所采用的材料如下：聚丙烯酰胺，相對分子量1800萬，水解度27%，固含量大于等于90%；甲醛含量為38%；間苯二酚、氯化銨和六次甲基四胺為分析純。

弱凝膠深部調驅技術是用于注水井深部處理以改善井組水驅開發效果的一項提高采收率新技術，該技術使用接近于聚合物驅質量分數的聚合物，加入少量延緩型交聯劑，使之在地層內緩慢生成弱凝膠。一方面弱凝膠具有一定的強度，能對地層中的高滲透通道產生一定封堵作用，使后續注入水繞流至中低滲透層，起到調剖作用；另一方面，由于交聯強度不高，弱凝膠在后續注入水的推動下在該高滲透通道中還能緩慢向地層深部移動，產生像聚合物一樣的驅油效果。弱凝膠的交聯體系有多種，大致可以分為聚丙烯酰胺/高價金屬離子交聯體系，聚丙烯酰胺/有機酚醛交聯體系以及一些其他樹脂型交聯體系。

三、現場應用結果分析

2011年對白于山區塊實施深部液流轉向技術工藝試驗8口井，主要采用預交聯顆粒+無機凝膠+弱凝膠的復合體系。該區塊水井實施深部液流轉向后，水井的壓降曲線、吸水指數收到了顯著的影響，如圖4、圖5所示。

1.吸水能力下降，吸水指示曲線上移。從圖4中可以看出，吸水指示曲線上移并且斜率明顯變大，表明其吸水能力下降，注水啟動壓力增加。

2.壓降曲線變緩。由圖5可以看出，調剖后壓力下降趨勢比調剖前明顯變緩，下降的幅度也比調剖前小，壓力降落后期穩定值明顯增大，表明調剖后堵劑進入地層后一定程度上封堵了大孔道和裂縫，導致注入水在地層中的流動能力變差，說明地層中高滲透層得到了有效封堵。

四、結論

1.預交聯凝膠顆粒具有較好的深部調剖作用，其解決了地下交聯凝膠成膠條件難控制、適用范圍窄，不受溫度、礦化度的影響等施工工藝復雜的弊端，不失為惡劣地層條件下的高含水區塊穩油控水提供簡單適用成本低廉的先進采油技術。

2.通過對8口調剖井周圍油井調剖前后的生產動態對比分析，結果表明8口水井調剖后周圍油井累計增油524.05t，累計降水562.09m3，說明深部液流轉向工藝技術在白于山區起到了很好的控水增油的效果。