特低滲油藏氮氣微球交替驅技術研究

譚俊領，張 濤，馬麗萍，黎曉茸

（1.中油長慶油田分公司，陜西 西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西 西安 710018）

引 言

長慶油田董志區于2005年投入開發，屬低孔、低滲、低壓、低黏度、高飽和壓力儲層，水驅驅替系統難以建立[1]，水驅波及效率低，目前原油采出程度僅為3.63%。開發過程中油井產能下降明顯，“注不進，采不出”矛盾顯著。且由于天然微裂縫的存在，平面上產液量、含水分布不均。目前，氮氣驅是改善特低滲油藏開發效果的一種有效方法，注氮氣可有效解決低滲透油藏能量難補充和儲層敏感性強的問題[2-7]。為抑制氣竄，注氮氣時常采用氮氣/水交替注入，但由于油藏的非均質性，注入水多沿水竄孔道和微裂縫向前指進，抑制氣竄效果有限。聚合物微球可有效封堵水流優勢通道，使注入水在地層中更均勻推進，更好地與氮氣混合形成氣液兩相區，從而抑制氣竄。因此，將注氮氣和注微球相結合，提出氮氣微球交替驅開發特低滲油藏技術。根據董志區的油藏條件確定實驗條件：實驗壓力為14MPa，實驗溫度為 60℃，實驗所用模型為天然巖心拼接的長巖心驅替模型。針對該區塊開展了注氮氣微球提高采收率實驗研究，為特低滲油藏注氮氣開發礦場試驗提供依據。

1 實驗方法

1.1 水驅后注氮氣實驗

以單管長巖心模型模擬均質油層，進行了5組實驗，研究水驅后注氮氣的提高采收率效果，并優化氮氣的注入時機。實驗時先進行水驅，然后轉注氮氣，注入1倍孔隙體積氮氣后轉后續水驅，至產水率達到98%時結束實驗。實驗方案見表1。

表1 水驅后注氮氣實驗方案

1.2 水驅后注微球實驗

以雙管長巖心模型模擬非均質油層，進行水驅后注微球提高采收率實驗，研究聚合物微球的調驅性能與提高采收率效果。2個長巖心滲透率分別為0.65×10-3、2.91×10-3μ m2，滲透率級差為4.48。實驗時先水驅，至產水率90%時注入0.5倍孔隙體積的聚合物微球，后續水驅至產水率98%時結束實驗。

1.3 氮氣微球交替驅實驗

以雙管長巖心模型進行氮氣微球交替驅實驗，對比氮氣水交替驅效果，研究氮氣/微球交替驅的提高采收率效果，并研究了交替段塞大小對提高采收率效果的影響。實驗時先水驅，至最佳注氣時機時交替注入氮氣和聚合物微球，氣液比為1:1，氮氣總注入量為孔隙體積的0.5倍，后續水驅至產水率98%時結束實驗。實驗方案見表2。

表2 氮氣微球交替驅實驗方案

2 結果與討論

2.1 水驅后注氮氣

水驅后注氮氣提高采收率實驗結果見表3。

表3 水驅后注氮氣提高采收率效果

2 22.93 27.31 23.17 73.41 3 46.73 20.18 4.91 71.82 4 59.52 5.24 4.53 69.29 5 52.67 7.33 2.44 62.44

（1）與單純水驅相比，水驅后注氮氣可顯著提高特低滲長巖心的原油采收率，無水采油期結束時注氮氣的原油采收率比單純水驅的采收率高13.04個百分點。這是因為特低滲巖心的孔喉結構復雜，而且極其微細，水驅油時的液阻效應很強，注入水很難進入微小孔隙驅替其中的原油，導致巖心微小孔隙中剩余油較多；而氮氣與原油之間的界面張力較小，注入的氮氣較易擴散進入小孔喉中，驅動水無法波及的原油，從而提高采收率[8-9]。

（2）氮氣注入時機對原油采收率有較大影響，無水采油期結束時注氮氣的采收率最高，可達73.41%，比單純水驅采收率高13.04個百分點，產水率90%時注氮氣的采收率最低，為62.44%，僅比單純水驅采收率高2.07個百分點，即注氮氣越晚，與單純水驅相比采收率提高幅度越小，這是因為產水率越高時形成的水竄通道越多，氮氣注入后越易沿流動阻力較小的水竄通道迅速氣竄，降低注氮氣的效果。因此氮氣注入時機應盡早，推薦注入時機為無水采油期結束至產水率為30%之間。

2.2 水驅后注微球

水驅至產水率90%時轉注0.5倍孔隙體積微球，之后繼續轉水驅，實驗結果見圖1～3。其中，注入孔隙體積倍數0.53～1.06為注微球。

圖1 微球調驅實驗注入壓差變化

圖2 微球調驅實驗采出程度變化

由圖1可知，剛開始進行水驅時，注入壓差迅速上升，這是由于巖心中飽和的原油流動時阻力較大，需要較大的注入壓差來驅動。隨著地層水的不斷注入，由于水油流度的差異，在高滲長巖心中迅速形成水流優勢通道，注入壓差由3.9MPa迅速下降到2.55MPa。微球注入后，壓力不斷升高，注入0.5倍孔隙體積微球時注入壓差可達到 11MPa，由此說明聚合物微球能有效封堵水流通道，提高注入壓差，有很強的封堵性能。后續水驅過程中，壓力呈波動式緩慢下降，這說明聚合物微球具有很好的深部調驅性能。聚合物微球在多孔介質中流動時，會通過吸附、架橋等滯留在孔喉處產生封堵，使注入壓差升高，迫使后續流體轉向，壓差達到一定值后微球發生變形通過孔喉，向更深部地層運移，壓差下降；微球在地層中運移時不斷發生“滯留—變形—滯留”，在宏觀上表現為“封堵-運移-封堵”的過程。

由圖2可知，注聚合物微球前，注入水只能驅動高滲長巖心中的原油，低滲長巖心不能啟動，無原油產出。該階段注入的地層水全部進入高滲長巖心，使得高滲巖心迅速水竄，出口端產水率迅速達到90%，此時高滲巖心原油采出程度為65.56%，而低滲巖心采出程度為0，即單純水驅時，非均質特低滲油藏各層吸水不均，開發效果較差。

由圖3可知，聚合物微球注入后，優先進入水流通道進行封堵，驅動壓力不斷升高，當壓力達到6MPa時低滲巖心被啟動。注微球過程中，產水率呈下降趨勢，注入結束時產水率由 90%降為 68%。注微球及后續水驅階段，原油采出程度的增加主要源于低滲巖心采出程度的增加，在此階段高滲巖心采出程度僅增加 12.2%，而低滲巖心采出程度增加了45%，這說明微球能有效的封堵水流通道，改善吸水剖面，提高非均質特低滲油藏的采收率，具有很好的深部調驅性能。

2.3 氮氣微球交替驅

圖3 微球調驅實驗產水率變化

雙管長巖心模型水驅至產水率 30%時轉氮氣微球交替驅，交替周期為 1～3，氣液比為1:1，氮氣注入總量為0.5倍孔隙體積，實驗結果見表4。

表4 氮氣微球交替驅提高采收率效果

（1）氮氣微球交替驅可顯著提高并聯長巖心的原油采收率，氮氣微球分3個交替周期注入時，2個長巖心的綜合采收率可達81.36%，比氮氣水交替驅的采收率高9.88個百分點，即氮氣微球交替驅可顯著提高非均質特低滲油藏的原油采收率，且其增油效果顯著優于氮氣水交替驅效果，這是因為注入的微球優先進入水流優勢大孔道，通過吸附、架橋等在孔喉處滯留，對水竄通道形成封堵，使后續注入流體轉向高含油飽和度的小孔隙，擴大注入流體波及體積[10-11]，提高原油采收率。氮氣微球交替驅綜合了注氮氣和注微球的優點，氮氣和微球在地層中通過協同作用可進一步提高原油采收率。

（2）氮氣注入總量一定時，交替周期越多，注氮氣微球提高原油采收率的效果越好[12-13]，氮氣分3個周期注入時的采收率比1個周期注入時的采收率高9.2個百分點，這是因為交替周期越多，氣與液在多孔介質中的混合越充分，氣液兩相流動在多孔介質中所占比例越大，賈敏效應等氣液相互作用越明顯，越有利于氮氣和微球通過協同作用提高原油采收率。

3 現場應用

在以上實驗的基礎上，在董志區內進行了2個井組的現場應用，注入方式為氮氣/微球交替注入，氣液比為1:1。截至2013年4月，共累計注入氮氣101×104m3，2個井組對應的15口油井平均日增油幅度為15%以上，試驗區綜合遞減由5.3%下降到目前的-5.1%，自然遞減由5.2%下降到目前的-3.2%，年含水上升率由6.6%下降到目前的-20.3%。其中，已測的1口側向井地層壓力由施工前的10.8MPa上升到施工后的17.0MPa（原始地層壓力為14.4MPa），即地層壓力保持水平由74.9%上升到118.1%，氮氣/微球交替驅在長慶特低滲透油藏的應用取得了顯著的效果。

4 結 論

（1）水驅后注氮氣可顯著提高特低滲油藏的采收率，且注入時機對采收率提高幅度有很大影響，氮氣注入越晚，采收率提高幅度越小，推薦氮氣注入時機為無水采油期結束至產水率為30%之間。

（2）聚合物微球在地層中的運移是一個多次“滯留—變形—滯留”的過程，非均質特低滲油藏注微球可顯著提高注入壓差，調整高低滲層的吸水剖面，降低油藏產水率，提高原油采收率。

（3）氮氣微球交替注入可顯著提高非均質特低滲油藏的原油采收率，且提高采收率效果優于氮氣水交替注入效果，氮氣注入總量一定時，交替周期數越多，氮氣微球交替驅提高原油采收率的效果越好。現場應用表明氮氣微球交替驅降水增油效果顯著。

[1]岳湘安，魏浩光，劉峰剛，等.層間非均質性對特低滲油藏注水開采的影響［J］.大慶石油地質與開發，2011，30（1）：99-102.

[2]郭平，李士倫，杜志敏，等.低滲透油藏注氣提高采收率評價[J].西南石油學院學報，2002，24(5)：46-50.

[3]郭萬奎，廖廣志，邵振波，等.注氣提高采收率技術[M].北京：石油工業出版社，2003：10-15.

[4]董平志.大蘆湖油田氮氣驅提高厚層低滲透油藏采收率先導試驗[J].特種油氣藏，2011，18(2)：104-106.

[5]魏浩光，馬坤，岳湘安.特低滲透油藏水驅后氮氣驅油實驗[J].大慶石油地質與開發，2013，32(2)：118-121.

[6]楊元亮，沈國華，宋文芳，等.注氮氣控制稠油油藏底水水錐技術[J].油氣地質與采收率，2002，9（3）：83-84，88.

[7]何秋軒，王志偉.低滲透油田注氣開發的探討[J].油氣地質與采收率，2002，9（6）：38-40.

[8]Sinanan B，Budri M. Nitrogen injection application for oil recovery in Trinidad[C].SPE156924，2012：1-11.

[9]Necmettin Mungan. High pressure nitrogen injection for miscible/immiscible enhanced oil recovery[C].SPE81008，2003：1-7.

[10]Tian Yuqin，Wang Lushan，Tang Yanyan，et al.Research and application of nano polymer microspheres diversion technique of deep fluid[C].SPE156999，2012：1-6.

[11]Lei Guanglun，Li Lingling，Hisham A，Nasr-EⅠ—Din.New gel aggregates to improve sweep efficiency during waterflooding[J].SPE Reservoir Evaluation &Engineering，2011，14(1)：120-128.

[12]黃海，劉易非，王衛娜，等.鄂爾多斯盆地低滲透油藏水氮氣交注非混相驅影響因素研究[J].西北大學學報：自然科學版，2012，42(6)：985-988.

[13]趙明國，丁先運，李金珠.低滲透油田水/CO2交替驅注入參數優選[J].科學技術與工程，2012，20(27)：7068-7070.