適于高礦化度地層水地層的穩油控水絨囊流體

朱立國黃波陳維余孫亮廖迪姜夢奇馮麗娟.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司；.北京華油科隆開發公司.中國石油大學（華東）；.華北油田分公司勘探開發研究院

適于高礦化度地層水地層的穩油控水絨囊流體

朱立國1黃波1陳維余1孫亮1廖迪2姜夢奇3馮麗娟4
1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司；2.北京華油科隆開發公司3.中國石油大學（華東）；4.華北油田分公司勘探開發研究院

為驗證絨囊流體在含高礦化度地層水地層中穩油控水效用，在溫度120 ℃、圍壓15 MPa、回壓1.5 MPa條件下，采用恒流速法測定絨囊流體封堵前后，含不同礦化度鹽水和煤油的人造砂巖柱塞穩定流動滲透率和注入壓力變化。實驗結果表明，0.1 mL/min恒定流速下，絨囊流體封堵前后，含Fe2++Ca2++Mg2+礦化度分別為1×104mg/L、10×104mg/L、20×104mg/ L鹽水巖心驅替壓力由0.46～0.63 MPa升至1.39～2.23 MPa，封堵能力提高205.83%～262.64%；滲透率140.82～193.30 mD降至66.96～109.85 mD，損失率43.15%～52.53%。以煤油模擬地層原油，相同條件下測定封堵前后效果，驅替壓力0.48～0.52 MPa升至0.51～0.55 MPa，增幅5.83%～8.08%；滲透率232.05～272.52 mD降至211.09～249.25 mD，損失率2.26%～4.51%。在地層水礦化度8×104mg/L、4×104mg/L的Y井和Z井實施絨囊流體穩油控水，通過提高泵次、深抽等工藝，油井產水量分別降低46.38%、15.99%，產油量提高6 200%、180%。研究和應用表明，絨囊流體抗高礦化度堵水體系能夠實現穩油控水。

堵水；絨囊流體；高礦化度地層水；穩油控水；室內實驗；現場應用

封堵高礦化度地層水對封堵流體抗鹽能力要求較高。常用的聚合物類堵劑通過改變聚合物單體類型［1］（黨麗旻等，2002），增加耐鹽基團［2］（王正良等，2003）抗鹽能力達到20×104mg/L以上。樹脂類堵劑利用交聯作用［3］（蒲萬芬等，2004）引入功能基團［4］（朱懷江等，2007）抗鹽能力超過15×104mg/L。其他無機類堵劑如水泥、硅酸鹽類等提高抗鹽能力通過加強高礦化度下封堵結構強度實現。以上堵劑雖然提高了堵劑作業礦化度承受范圍，但固態或接近固態封堵結構強度過大，堵水作業同時大幅度降低油井產量。高礦化度地層水條件下實現穩油控水作業，是困擾現場作業人員難點之一。能否實施滲流通道無損傷堵水，成為熱門話題。海上油田X井地層水礦化度超過4×104mg/L，應用絨囊流體修井后，油井產水量下降［5］（王珊，2015），張媛（2014）用產油趨勢法研究絨囊流體具有“穩油控水”作用［6］，認為可以用于堵水。

絨囊流體是由鄭力會［7］（2010）為封堵漏失地層開發的仿生流體，通過堆積、拉抻、堵塞封堵地層滲流通道［8］（鄭力會等，2016），實現集合大小封堵材料“模糊封堵”集合尺寸的漏失通道［9］。目前絨囊流體應用于常規油氣井鉆井作業可有效控制低壓漏失層鉆井流體漏失［10］，用于煤層氣鉆井可實現井壁穩定［11］，已較為廣泛地應用于油井控制儲層傷害［12］（李良川等，2011）、致密氣井修井［13］（王金鳳等，2015）以及老井提產的酸化轉向［14］（溫哲豪，2015）、儲層改造的重復壓裂轉向［15］（鄭力會等，2015）。筆者對絨囊流體封堵高礦化度地層水的適用性進行了室內研究。

1 室內實驗Laboratory test

含高礦化度地層水地層環境中實現“穩油控水”效果，包括有效降低地層水產量和穩定地層油相產量。目前尚無室內流體穩油控水評價實驗標準，部分研究人員常用穩定流速下水相和油相在巖心中滲透率［16］（齊志遠等，2014）及壓力［17］（杜忠磊，2014）2個參數表征2種介質流動能力。相同流速下，流體滲透率越低，注入壓力越大，表明地層中流體流動能力越低。

1.1實驗原理

Test principles

以含Fe2+、Ca2+、Mg2+高礦化度鹽水的人造砂巖柱塞模擬含高礦化度地層水地層，先后穩定注入地層水和煤油，模擬地層初始油水賦存狀態。分別對比測定絨囊流體注入前后，巖心柱塞中地層水和煤油穩定流動滲透率及注入壓力變化，評價含高礦化度地層水地層中絨囊流體控水效果。

1.2實驗方法

Methods

（1）配制體系囊核劑（十八碳非離子表面活性劑），囊膜劑（單十八酸丙三醇酯），囊層劑（分子量200萬～500萬聚丙烯酰胺復配物），絨毛劑（分子量1 000萬聚丙烯酰胺），絨囊流體密度0.85～0.95 g/ cm3，塑性黏度25.8～29.3 mPa·s，表觀黏度37.3～43.6 mPa·s，動塑比0.91～1.01 mPa·s/Pa。

（2）利用Fe2+、Ca2+、Mg2+配制礦化度1×104mg/ L、10×104mg/L、20×104mg/L地層水，以直徑25 mm氣測滲透率5 000 mD人造砂巖柱塞模擬地層，實驗溫度120 ℃、圍壓15 MPa、回壓1.5 MPa。

（3）高礦化度環境下絨囊流體堵水效果評價。先后以地層水和煤油介質在0.1 mL/min流速下正向通入柱塞2 h。測定相同流速下柱塞中地層水滲透率kw以及注入壓力ph。以絨囊流體在0.1 mL/min流速下反向通入柱塞2 h后，再測定地層水0.1 mL/min流速下滲透率k1以及注入壓力p1。單一礦化度平行實驗2組。

（4）高礦化度環境下絨囊流體穩油效果評價。先后以度地層水和煤油介質在0.1mL/min流速下正向通入柱塞2 h。測定相同流速下柱塞中煤油滲透率ko以及注入壓力po。以絨囊流體在0.1 mL/min流速下反向通入柱塞2 h后，再測定煤油相同流速下滲透率k2以及注入壓力p2。單一礦化度平行實驗2組。

2 實驗數據處理Test data processing

以地層水礦化度1×104mg/L、10×104mg/L、20×104mg/L條件下，相同礦化度下2枚柱塞滲透率及壓力均值表征單一礦化度環境下絨囊堵水作業效果，如圖1和圖2。可以看出，地層水礦化度1×104～20×104mg/L環境下，柱塞原始地層水滲透率140.82～193.30 mD，注入壓力0.46～0.63 MPa。絨囊封堵后降至66.96～109.85 mD，注入壓力1.39～2.23 MPa。

圖1　絨囊封堵前后地層水滲透率Fig.1 Formation water permeability before and after plugging by fuzzy-ball fluid

圖2　絨囊封堵前后地層水注入壓力Fig.2 Formation water injection pressures before and after plugging by fuzzy-ball fluid

3 實驗數據分析與討論Test data analysis and review

3.1絨囊流體堵水效果評價

Performance of the fuzzy-ball fluid in water plugging

定義絨囊流體注入前后地層水滲透率損失率η1及注入壓力變化率θ1，按照式（1）和式（2）計算。式中，η1為滲透率損失率，%；k1為柱塞中地層水滲透率，mD；kw為絨囊流體注入前原始地層水滲透率，mD；θ1為壓力變化率，%；p1為絨囊流體注入后地層水穩定注入壓力，MPa；pw為絨囊流體注入前地層水穩定注入壓力，MPa。

以相同礦化度下2枚柱塞滲透率及壓力均值表征單一礦化度煤油實驗效果，如圖3和圖4。可以看出，地層水礦化度1×104～ 20×104mg/L環境下，初始煤油滲透率252.29～257.40 mD，注入壓力0.50～0.52 MPa。絨囊封堵后煤油滲透率230.17～234.28 mD，注入壓力0.53～0.55 MPa。

圖3　絨囊封堵前后煤油滲透率變化Fig.3 Changes in kerosene permeability before and after plugging by fuzzy-ball fluid

圖4　絨囊封堵前后煤油注入壓力變化Fig.4 Changes in kerosene injection pressures before and after plugging by fuzzy-ball fluid

對比礦化度1×104mg/L、10×104mg/L、20× 104mg/L下絨囊流體封堵地層水滲透率損失率及注入壓力變化率，如圖5。

圖5　絨囊封堵后地層水滲透率及注入壓力變化率Fig.5 Changes in formation water permeability and injection pressure before and after plugging by fuzzy-ball fluid

從圖5可看出，地層水礦化度1×104mg/L、10×104mg/L、20×104mg/L，絨囊流體注入后地層水滲透率損失率為52.53%，50.49%，43.15%，地層水注入壓力變化率為262.64%，216.30%，205.83%。實驗表明礦化度20×104mg/L地層環境下，絨囊流體有效降低地層水流動能力。

3.2絨囊流體穩油效果評價

Performance of the fuzzy-ball fluid in stabilizing oil production

定義絨囊流體注入前后煤油滲透率損失率η2及注入壓力變化率θ2，按照式（3）和式（4）計算。式中，η2為煤油滲透率損失率，%；k2為絨囊流體注入后煤油滲透率，mD；ko為絨囊流體注入前煤油滲透率，mD；θ2為壓力變化率，%；p2為絨囊流體注入后煤油穩定注入壓力，MPa；po為絨囊流體注入前柱塞中煤油穩定注入壓力，MPa。

對比3種礦化度1×104mg/L、10×104mg/L、20× 104mg/L下絨囊流體注入前后煤油滲透率損失率及注入壓力變化率，如圖6。

圖6　絨囊流體注入后煤油滲透率及注入壓力變化Fig.6 Changes in kerosene permeability and injection pressure before and after plugging by fuzzy-ball fluid

從圖6可以看出，地層水礦化度1×104mg/L、10×104mg/L、20×104mg/L條件下，絨囊流體封堵后煤油滲透率分別下降9.32%、8.77%、8.68%，注入壓力分別上升6.06%、8.08%、5.83%，煤油流動能力穩定。實驗表明絨囊流體在高達20×104mg/L礦化度地層中穩油能力良好。

4 應用實例Field applications

陸地油田Y井，地層水礦化度8×104mg/L地層注入105 m3絨囊流體18 d后提高泵次50%，至第42 d，油井產水量由26.71 m3/d降至14.42 m3/d，降幅46.01%；產油量由0.10 m3/d增至6.20 m3/d，增幅61倍，目前產油量穩定在4.10 m3/d累計超過100 d。

陸地油田Z井，地層水礦化度大于4×104mg/L地層注入120 m3絨囊流體60 d后實施深抽，至71 d產水量由15.71 m3/d降至13.20 m3/d，降幅15.99%；產油量由1.71 m3/d增至4.80 m3/d，增幅180%，目前持續穩產超過40 d。

絨囊流體應用2口井堵水作業中，通過增大泵效、引入深抽工藝，有效降低油井產水量的同時，提高產油量，絨囊流體穩油控水效果接近室內實驗結果。現場應用表明絨囊流體適用于含高礦化度地層水地層的穩油控水。

5 結論與建議Conclusions and suggestions

（1）實驗表明，絨囊流體注入地層后能夠有效降低產水量，穩定地層產油量，實現穩油控水效果，為現場高礦化度地層堵水作業提供可靠手段。

（2）絨囊流體進入高含水地層后，能夠顯著增加地層水流動阻力，對油相流動阻力改變效果不明顯。建議現場絨囊流體堵水作業中，注入絨囊流體后利用深抽、增大泵效等手段整體提高地層流體流動能量，提高地層產油量。

（3）絨囊流體在含高礦化度地層水地層中穩油控水機理還需要進一步研究，但室內實驗及現場應用均表明，絨囊流體應用于高礦化度地層水油井穩油控水作業可行。

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（修改稿收到日期 2016-01-15）

〔編輯 朱 偉〕

Fuzzy-ball fluid for stabilizing oil production and water control in formations with high-salinity water

ZHU Liguo1， HUANG Bo1， CHEN Weiyu1， SUN Liang1， LIAO Di2
1. CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co.， Tianjin 300452， China； 2. Beijing Huayou KelongDevelopment Corp.， Beijing 100028， China；3. China University of Petroleum， Qingdao， Shandong 266580， China；4. Research Institute of Exploration and Development， Huabei Oilfield CO.， Renqiu， Hebei 062552， China

To clarify the performance of fuzzy-ball fluid in stabilizing oil production and water control in formations with highsalinity water， the constant flow velocity was used under temperature of 120 ℃， confining pressure of 15 MPa and backpressure of 1.5 MPa to determine changes in permeability and injection pressures of steady flow in man-made sandstone columns with kerosene and salt water of various salinities before and after plugging by fuzzy-ball fluids. Test results show that， under constant flow rate of 0.1 mL/ min， displacement pressures of formation water containing Fe2+， Ca2+and Mg2+with salinity of 1×104mg/L， 10×104mg/L， 20×104mg/L，respectively， increased from 0.46-0.63 MPa to 1.39-2.23 MPa， plugging capabilities increased by 205.83%-262.64%， and permeability decreased from 140.82-193.30 mD to 66.96-109.85 mD with a losing rate of 43.15%-52.53% after plugging by the fuzzy-ball fluid. In addition， kerosene was used to simulate formation oil to determine plugging performances under identical conditions. The results show that displacement pressures increased by 5.83%-8.08%， from 0.48-0.52 MPa to 0.51-0.55 MPa， and permeability decreased from 232.05-272.52 mD to 211.09-249.25 mD with losing rate of 2.26%-4.51%. Fuzzy-ball fluids were applied in Well Y and Well Z with formationwater salinity of 8×104mg/L and 4×104mg/L for stabilizing oil production and water control. By promoting pumping frequency and deeper pumping， water production in these wells decreased by 46.38% and 15.99%， whereas oil production increased by 6 200% and 180% respectively. These research results and application performances suggest that the fuzzy-ball fluids with resistance to high-salinity formation water can be deployed for stabilizing oil production and water control.

water plugging； fuzzy-ball fluid； high-salinity formation water； stabilizing oil production and water control； laboratory test； field application

ZHU Liguo， HUANG Bo， CHEN Weiyu， SUN Liang， LIAO Di， JIANG Mengqi， FENG Lijuan. Fuzzy-ball fluid for stabilizing oil production and water control in formations with high-salinity water［J］.Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（2）： 216-220.

TE358

A

1000 -7393（ 2016 ） 02 -0216-05

10.13639/j.odpt.2016.02.017

國家科技重大專項“三氣合采鉆完井技術與儲層保護”（編號：2016ZX05066002-001）。

朱立國（1981-），2007年畢業于西北大學應用微生物專業，現從事調剖堵水及三次采油研究工作。通訊地址：（300452）天津市濱海新區港城大道農工新村中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司121室。電話022-66907731。E-mail：zhulg@ cnooc.com.cn

引用格式：朱立國，黃波，陳維余，孫亮，廖迪，姜夢奇，馮麗娟.適于高礦化度地層水地層的穩油控水絨囊流體［J］.石油鉆采工藝，2016，38（2）：216-220.