特低滲透裂縫油藏調(diào)剖實(shí)踐與認(rèn)識

吳篤俊

（中國石化股份有限公司江漢油田分公司石油工程技術(shù)研究院 ，湖北 武漢430035）

引 言

坪北油田位于陜西省延安市安塞縣和子長縣境內(nèi)，地處我國黃土高原中部，地面海拔1 250～1 651m，構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地東部的陜北斜坡，屬巖性油藏，主要開發(fā)層系為 C4＋52、C61、C62，平均孔隙度為 11.9%，滲透率為1.5×10－3μm2，油層溫度為50℃，地層水為 CaCI2型，總礦化度為8.4×104mg／L，CI－含量為5.3×104mg／L。

坪北油田屬于特低滲透裂縫油藏，地層微裂縫發(fā)育，種類為天然裂縫和人工裂縫。其中：天然裂縫主要有兩組，一組方位為 NE25°～NE45°，一組方位為 NW20°～NW45°，個(gè)別井有NW70°的微裂縫；人工裂縫主要方位為NE75°。因這些微裂縫都具有不穩(wěn)定性的特性，從而加大了調(diào)剖工藝控水難度。坪北油田微裂縫通常情況下呈閉合狀態(tài)，穩(wěn)定性差，開啟壓力低，隨注水壓力升高微裂縫具有彈性擴(kuò)張?zhí)匦浴４蟛糠肿⑺?～6MPa下不吸水，停泵后井口壓力擴(kuò)散慢，一旦壓力高出啟動(dòng)壓力后吸水能力大大提高，壓力隨注水量變化不明顯。裂縫的這一特性給調(diào)剖工藝有效地抑制裂縫水竄帶來一定困難，主要存在以下三個(gè)方面的問題。

1）裂縫水竄通道大，對堵劑強(qiáng)度要求高。

2）裂縫的不穩(wěn)定性引起繼續(xù)水竄。調(diào)剖后堵劑在裂縫中形成一定程度堵塞，引起注水壓力上升，但壓力上升后裂縫繼續(xù)擴(kuò)張，致使裂縫壁面與堵劑脫離，形成新的水竄通道。

3）調(diào)剖帶來的污染減產(chǎn)。由于坪北油田微裂縫存在易張開的特性，水竄裂縫與含油裂縫啟動(dòng)壓力差異較小，堵劑在封堵水竄裂縫的同時(shí)可能進(jìn)入含油裂縫而造成污染。

為了解決坪北油田裂縫水竄問題，長慶油田坪北經(jīng)理部先后研究和試驗(yàn)了三種類型的調(diào)剖劑，即顆粒凝膠、鉻凍膠、地下合成凝膠。現(xiàn)場試驗(yàn)證明，地下合成凝膠調(diào)剖劑試驗(yàn)效果較好。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)溫度為20℃和50℃。

1.2 試驗(yàn)配方

（10%～12%）AM＋0.1%YFJ＋0.02%JLJ＋0.02%穩(wěn)定劑。

1.3 試驗(yàn)方法

先將丙烯酰胺單體用清水溶解，然后按配方要求加各種添加劑，攪拌均勻。將配好的堵劑裝入帶塞比色管中密封，分別在20℃ 和50℃ 的溫度下保持恒溫，觀察在常溫和地層溫度條件下發(fā)生聚合反應(yīng)的時(shí)間。

1.4 堵劑交聯(lián)時(shí)間及性狀

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，堵劑在20℃ 和50℃下發(fā)生聚合反應(yīng)的時(shí)間分別為72h和5h，聚合反應(yīng)前液體粘度為1mPa·s（如清水），聚合反應(yīng)后堵劑成整體凝膠（如橡皮塊狀），凝膠體具有較好的壓縮和彎曲彈性變形特性。

1.5 堵劑對裂縫的封堵性能

在人造巖心上用鋸條在平行于巖心軸心處鋸入深度為7～8mm，寬度為2～3mm的裂縫。將人造裂縫巖心裝入巖心夾持器，然后擠入堵劑，關(guān)閉巖心夾持器兩端閥門，將巖心夾持器置于水浴鍋中，在50℃ 溫度條件下恒溫10h，然后取出巖心，小心清理巖心表面堵劑；再將巖心裝入巖心夾持器，在2mL／min排量下擠入清水，測定在裂縫中最高突破壓力，計(jì)算巖心突破壓力梯度（圖1）。

圖1 模擬裂縫巖心實(shí)驗(yàn)流程圖

突破壓力梯度表征調(diào)剖劑的強(qiáng)度，為單位長度上的突破壓力。

式中：PL－突破壓力梯度，MPa／m；Pb－調(diào)剖劑在裂縫中被突破時(shí)的最大壓力，MPa；L－調(diào)剖劑段塞長度，m。

依據(jù)巖心模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算出不同堵劑對同尺寸裂縫巖心的封堵情況（表1）。

表1 不同堵劑對同尺寸裂縫巖心封堵情況數(shù)據(jù)表

2 聚合反應(yīng)及調(diào)剖機(jī)理

2.1 聚合反應(yīng)機(jī)理

凝膠是由丙烯酰胺單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑及穩(wěn)定劑通過聚合反應(yīng)形成的，反應(yīng)大致分兩步進(jìn)行。

第一步：丙烯酰胺單體（CH2＝CHCONH2）在引發(fā)劑作用下 “C＝C”雙鍵斷開并相互連接聚合成長鏈分子（粘度升高）。

第二步：長鏈分子上的酰胺基團(tuán)“C＝O”雙鍵斷裂，產(chǎn)生橋連，形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的彈性凝膠。

2.2 調(diào)剖機(jī)理

該工藝是將單體、引發(fā)劑等化學(xué)試劑用清水分別溶解，現(xiàn)場施工時(shí)按一定比例混合均勻后注入地層，調(diào)剖劑在施工參數(shù)（低排量、低壓力）下優(yōu)先進(jìn)入水竄通道，在地層條件下經(jīng)過一定時(shí)間發(fā)生聚合反應(yīng)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的彈性凝膠（圖2）。凝膠在注水壓力作用下被壓縮膨脹后緊貼擴(kuò)張的裂縫壁面，避免了調(diào)剖后因裂縫擴(kuò)張產(chǎn)生的堵劑與裂縫壁面脫離現(xiàn)象，有效地抑制易擴(kuò)張裂縫水竄，達(dá)到提高水驅(qū)效率的目的。

圖2 凝膠實(shí)驗(yàn)照片

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

坪北油田自2006年開始地下合成凝膠調(diào)剖試驗(yàn)，于2009年取得突破性進(jìn)展，試驗(yàn)4井次，當(dāng)年累計(jì)增油1 250t。于2010年開始規(guī)模化推廣應(yīng)用，同時(shí)改進(jìn)現(xiàn)場試驗(yàn)設(shè)備，截至2014年11月已累計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)71井次，工藝成功率100%，有效率80%，累計(jì)增油8 630t。

調(diào)剖技術(shù)的應(yīng)用較好地控制了裂縫水竄，使得因嚴(yán)重水竄而停注的6口注水井恢復(fù)了連續(xù)注水，控制了8條水竄通道和兩條注水外溢通道，主向水竄得到控制，側(cè)向油井見效較好。特別是在試驗(yàn)井?dāng)?shù)較多的北二區(qū)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量穩(wěn)中有升，綜合含水上升率低于全油田0.7個(gè)百分點(diǎn)，自然遞減低于全油田2個(gè)百分點(diǎn)，開發(fā)效果變好。

4 典型井例

4.1 抑制了由裂縫引起的強(qiáng)水竄通道，對應(yīng)油井增油效果明顯的井組

4.1.1 P50－108井組

調(diào)剖前：P50－108井注水引起P50－110井水淹（裂縫方向見圖3），只能間歇注水，每月注水時(shí)間為15d，日注水量為5m3，注水壓力為0MPa。P50－108井于2010年10月12日施工，累計(jì)注調(diào)剖劑50m3，其中，地下合成凝膠為30m3。

圖3 P50－108井組對應(yīng)關(guān)系平面圖

調(diào)剖后：可連續(xù)注水，注水壓力為5MPa。不僅控制了P50－110方向含水，而且與之反方向的P50－106井含水從62%下降到20%，日產(chǎn)油則從0.4t最高上升到1.9t，目前，穩(wěn)定在1.3t左右，累計(jì)增油430t（圖4）。

圖4 P50－106井組采油曲線

4.1.2 P41－77井組

P41－77井于2001年9月注水，日注水量為10 m3，2003年引起P41－79水淹（圖5），隨后改間歇注水（月注水為10d），2006年4月停注。2012年5月7日進(jìn)行調(diào)剖施工，調(diào)剖后水竄方向油井P41－79井產(chǎn)油量上升，含水下降，日產(chǎn)油從0.3t上升到1.2t，綜合含水從78%下降到52%，截至2014年11月累計(jì)增油560t。

P41－77井調(diào)剖后能夠恢復(fù)連續(xù)注水，主向水竄得到抑制，增油效果較好，能量得到有效補(bǔ)充，側(cè)向油井產(chǎn)量穩(wěn)定，達(dá)到了調(diào)剖目的。

圖5 P41－77井組對應(yīng)關(guān)系平面圖

4.1.3 P40－92井組

P40－92井于2006年轉(zhuǎn)注3個(gè)月后引起P41－91水淹（圖6），此后，一直處于停注狀態(tài)。2011年3月進(jìn)行調(diào)剖，累計(jì)注調(diào)剖劑60m3，其中地下合成凝膠40m3。調(diào)剖后在連續(xù)注水情況下主向油井沒有水竄，P41－91井產(chǎn)量穩(wěn)定，側(cè)向油井P39－91、P39－92、P41－90井見到增油效果，日增油0.7t，累計(jì)增油347t。

圖6 P40－92井組對應(yīng)關(guān)系平面圖

4.2 抑制了注水外溢通道，促使本油區(qū)油井見效的井組

P58－82井位于本油田西南邊部，與延長油礦相鄰，于1998年開始注水，累計(jì)注水達(dá)5.7×104m3，長期以來該井組所對應(yīng)的油井不見效，而相鄰的延長油礦油井產(chǎn)量較好。分析認(rèn)為，P58－82井注入水在沿裂縫方向（NE75°左右）向延長油礦方向外溢，才使得本油區(qū)油井見不到注水效果。2011年4月對該井進(jìn)行調(diào)剖，一個(gè)月后周圍的3口油井（P3426、P59－83、P57－83井）都見到動(dòng)態(tài)反應(yīng)，日產(chǎn)液量、油量也明顯上升，井組日增油0.9t，累計(jì)增油345t。

5 結(jié)論與認(rèn)識

1）坪北油田地層微裂縫的不穩(wěn)定特性加大了調(diào)剖控水難度，常規(guī)的調(diào)剖劑不能抑制裂縫繼續(xù)擴(kuò)張引起的水竄，只有利用高強(qiáng)度彈性凝膠的彈性變形才能抑制不穩(wěn)定裂縫水竄。

2）地下合成凝膠調(diào)剖劑地面配液后粘度低，可泵性好，有利于選擇性地進(jìn)入吸水能力強(qiáng)的水竄裂縫，但必須在低排量、低壓力下施工，否則堵劑會進(jìn)入非竄層段造成污染，引起調(diào)剖后井組減產(chǎn)。

3）地下合成凝膠調(diào)剖劑強(qiáng)度高，彈性變形好的特點(diǎn)，對坪北油田不穩(wěn)定裂縫水竄封堵效果較好，增油控水效果明顯，同時(shí)對與鄂爾多斯盆地油藏同類的長慶油田、延長油礦也具有推廣價(jià)值。

4）本工藝適合于地層溫度低于60℃的地層施工。既可以籠統(tǒng)施工，也可以在不動(dòng)原分層注水管柱的情況下分層施工。聚合反應(yīng)是一個(gè)連鎖的快速反應(yīng)，一旦反應(yīng)開始即難以控制，因此必須有可靠的配套調(diào)剖施工設(shè)備，并在專業(yè)人員指導(dǎo)下施工。

［1］劉一江.化學(xué)調(diào)剖堵水技術(shù)［M］.北京：石油工人出版社，1999：6－10.

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