海上Q油田聚合物微球在線深部調剖技術研究與應用

張勇

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津　300452）

海上Q油田聚合物微球在線深部調剖技術研究與應用

張勇

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

本文針對目前渤海海上稠油油田經過長期注水開發，指進現象嚴重，竄流通道導致注入水低效循環的現狀，油田的主要矛盾及對策：由于地層非均質性、油水黏度差異導致主力層注水水竄，波及體積小，油藏采出程度低，注水調驅（擴大水驅波及體積）勢在必行。在弱凝膠調驅、氮氣泡沫驅和可動凝膠調驅技術的基礎上，運用新型納米微球具有良好注入性和選擇性的封堵特性，開展了聚合物微球技術的室內研究和礦場先導試驗。結果表明：新型納米微球技術能有效封堵稠油油田開發中后期疏松砂巖形成的大孔道，改變液流方向，提高注入水利用率，擴大注入水波及體積，顯著改善水驅開發效果。新型納米微球技術的推廣應用對海上稠油油田的控水穩油工作的深入開展具有重要意義。

非均質性；深部調剖；聚合物微球；稠油；波及體積；采收率

深部調剖改善水驅提高采收率技術［1，2］，在陸地油田已經取得良好的應用效果，但針對海上油田的系統深入研究與應用才剛起步［3，5］。海上油田的油藏環境和生產條件獨特，如海上平臺生產作業空間受限，繞絲篩管礫石充填防砂完井，大井距，長井段，一套井網多層開采，強注強采措施既不利于水驅，又加劇了油藏非均質及水指進程度等［10］。鑒于海上油田的上述特點，陸地油田成功的深部調剖技術及經驗不能滿足海上油田作業要求，需深入開展適合海上油田特點的改善水驅技術研究及應用，提高海上油田采收率［11-13］。

聚合物微球是由交聯聚合物溶液（LPS）發展出來的，通過地面預合成，避免地層環境干擾的新型調驅材料［6-9］。初始尺寸為納米級或亞微米級。隨注入水注入至調驅目的儲層，待微球膨脹到合適的尺寸，在巖石的孔喉處形成封堵，實現后續注入水的微觀改向，進入至未波及的儲層［4］。

（1）膨脹后彼此吸附封堵（主要針對大孔道，高滲通道）（見圖1，圖2）。

圖1　結構特點Fig.1 Structure characteristics

圖2　吸附封堵機理Fig.2 Adsorption plugging mechanism

（2）膨脹后架橋封堵（主要針對弱水洗的中滲地層，擴大水驅波及體積）（見圖3）。

圖3　架橋封堵機理Fig.3 Bridge plugging mechanism

（3）聚合物微球綜合特點：初始尺寸小，黏度低，注入性好；水化膨脹周期可控，可保證進入深部地層；有彈性，可移動，可實現逐級深部封堵；適用范圍廣，可耐溫130℃、幾乎不受礦化度影響；聚合物凝膠內核，抗剪切，長期有效；單一藥劑注入，易于控制；施工設備簡單，適于海上油田作業。

1　聚合物微球室內性能評價

1.1聚合物微球粒徑特性評價

應用掃描電鏡和動態激光粒度儀對聚合物微球進行了測定，測定結果（見圖4和圖5，表1，表2）。掃描電鏡照片、光學顯微鏡照片和粒徑分布圖和表1及表2表明，微球的初始粒徑為納米級，在水中水化膨脹后粒徑可以達到幾個甚至幾十微米。

圖4　初始粒徑（480 nm）Fig.4 Initial particle size（480 nm）

表1　聚合物微球體系黏度（mPa·s）Tab.1 System viscosity polymer microspheres（mPa·s）

表2　聚合物微球不同體系水化膨脹情況Tab.2 Different polymer microspheres system hydration expansion

1.2室內高低滲填砂管微球運移封堵實驗（非均質油藏）

實驗采用高低滲并聯填砂管巖心，長度1 m，直徑2.5 cm，橫截面：5.3 cm2，油田采出砂：840 g；孔隙體積160 mL。注入微球：未膨脹，秦皇島32-6A油田生產污水，70℃，1 500 mg/L，0.5 mL/min，0.2 PV（見圖6）。

壓力升高、波動顯示微球封堵及向深部運移。在通過低滲斷面后，在高滲斷面仍然可以形成有效封堵，說明微球耐剪切、耐突破、可移動。由于高滲巖心的流動阻力較低，因此微球會優先進入高滲巖心。微球注入后，在巖心孔喉處發生聚并、吸附封堵及架橋封堵，使得中滲巖心滲透率明顯下降，擴大水驅波及體積，實現后續注入水的微觀改向，進入至未波及的儲層。

1.3室內高低滲并聯填砂管微球運移封堵驅油實驗（非均質油藏）

圖5　60℃水化5 d和15 d后的粒徑分布曲線Fig.5 60℃the particle size distribution curve of hydration 5 days and 15 days later

圖6　微球注入后滲透率變化情況Fig.6 Microsphere injection after permeability changes

實驗采用高低滲并聯填砂管巖心，長度1 m，直徑2.5 cm，橫截面：5.3 cm2，油田采出砂：840 g；孔隙體積160 mL。注入微球：未膨脹，秦皇島32-6A油田生產污水，70℃，1 800 mg/L，0.5 mL/min，0.5 pV。

表3　注入0.5 PV時不同濃度微球體系的雙驅管驅油試驗結果Tab.3 0.5 PV system of different concentration of microspheres injection of double drive pipe oil displacement test results

實驗步驟：（1）裝填模擬巖心，測量滲透率、孔隙體積及孔隙度；（2）飽和原油，在80℃（實驗原油黏度為56 mPa·s）下老化2 d；（3）注入油田污水驅替至采出液含水達到98％時，注入0.5 PV的不同濃度的微球調驅體系，在120℃烘箱中恒溫5 d；（4）進行水驅，至采出液含水率達到98％時停止。實驗結果（見表3，圖7）。由表3和圖7可以看出，注雙管巖心驅油效率在水驅基礎上提高8.74％，效果顯著。注入微球，高滲及低滲管滲透率均得到調整并趨向均勻，表明具有良好層間/縱向調整效果。注入微球時，采收率均有較大程度的提高，其中低滲管采收率的提高幅度較大，因為微球優先進入并封堵高滲管，啟動了低滲層，改善了油藏的非均質性，因此總的采收率提高主要來自于低滲層。

2　聚合物微球在海上稠油油田的礦場實踐

圖7　雙管并聯驅油試驗曲線Fig.7 The double tube parallel oil displacement test curve

圖8　A09注水井動態/壓力變化Fig.8 A09 injection well dynamic/pressure changes

聚合物微球在線深度調剖技術先后在中海油南海油田和渤海油田等礦場多個井組進行試驗，現場試驗表明，采取注聚合物微球深度調剖后，微球可以調節（降低）高滲條帶的滲透率，可以連續膨脹并逐級運移到地層深部，對高滲條帶的注入水不斷改向擴大波及體積，現場注采井組取得了比較明顯的效果，是一項有效的深部調驅技術。

2.1注入聚合物微球后注水井動態/壓力變化情況

注水井A09的壓力變化顯示了典型的見效特征，注入微球后壓力逐漸上升2.3 MPa左右，說明注入聚合物微球后具有一定的封堵作用。A09井注水動態顯示了微球良好的封堵運移效果，注微球后增注對地層能量起到了較好的補充（見圖8）。

圖10　A09壓降曲線計算結果Fig.10 A09 the pressure drop curve calculation results

圖11　A09a霍爾曲線Fig.11 A09a hall curve

從壓降曲線和霍爾曲線顯示封堵較好（見圖9～圖11），地層能量恢復的井組，可適當降低后續注入微球的濃度，使其分散體積擴大，微球作用最大化。對于工藝參數設計，從A09井組的動態反映和實施效果看，微球的注入性和傳播性與預測相符，Ⅰ型核殼球達到了封堵優勢滲流通道的目的，Ⅱ型、Ⅲ型微球進入地層深部，發揮逐級封堵作用。

2.2注入聚合物微球后油井動態/壓力變化情況

表4　A09井組注入聚合物微球后增油量統計Tab.4 A09 well group after injection of polymer microspheres increased amount of oil

從表4可以看出，注入不同的聚合物微球后，井組內不同的油井見效時間和見效期長短有較大差異。尤其是A10井，停注聚合物微球后有效期長達將近2年時間，含水仍在持續下降，增油降水效果顯著。井組內原主要水竄方向上都有明顯的降水或降液效果。從見效速度和累計見效時間看，小規模下微球注入，主要作用于優勢滲流條帶，為局部調剖的效果。

3　聚合物微球在海上稠油油田的礦場實踐總結

聚合物微球室內試驗表明該技術初始粒徑為納米、微米級，可以用于深部調剖。聚合物微球不同體系水化膨脹情況，Ⅰ型微球以封堵高滲條帶為主，Ⅱ型和Ⅲ型微球以擴大波及體積為主。經過對油田現場試驗效果來看，注入聚合物微球后注水井一般壓力上升，呈現典型的見效特征，微球的注入性和傳播性與預測相符，Ⅰ型核殼球達到了封堵優勢滲流通道的目的，Ⅱ型、Ⅲ型微球進入地層深部，發揮逐級封堵作用。注水井吸水剖面明顯改善，區塊水驅效果變好。

通過渤海海上稠油油田聚合物微球現場試驗，從聚合物微球適應性方面、微球調驅實施策略和整體調驅效果綜合評價可以得出以下規律：（1）含水較低、主力層單一（油水系統不復雜）、采出程度低、壓力保持水平高，主要受注入水控制，適宜應用微球調驅技術，并且調驅效果較好；（2）在連通性較好的井組/區塊應用，越容易見效，將會取得更好的調驅效果；（3）針對主力砂體，轉注早、長期注水沖刷的井組，例如北區秦皇島32-6油田Nm13 Nm43和南區Nm13小層應以“堵調結合”為主要實施方針，即高強度自交結段塞加小尺度納米微球長段塞注入；（4）對于在地層邊部轉注時間較短以恢復或保持地層能量為主的井組，應注入低濃度、大段塞、小尺度的微球，以“調”為主；（5）注水井調剖后，吸水能力增加的層位對應的是尚未突破的生產井的主力產層則油井有降水增油效果；吸水能力下降的層位對應的是油井已經突破的主力層也有降水增油的效果；（6）注水井調剖后，吸水能力增加的層位對應的是注入水已經突破的主力產層則油井液量、含水增加，油量不變或降低；吸水能力下降的層位對應的是生產井的主力產油層，則產液、產油量降低；（7）調新型納米微球技術能有效封堵稠油油田開發中后期疏松砂巖形成的大孔道，改變液流方向，提高注入水利用率，擴大注入水波及體積，顯著改善水驅開發效果，對海上稠油油田的控水穩油工作的深入開展具有重要意義。同時，聚合物微球調驅施工設備簡單，適于海上油田作業。新型納米微球技術的推廣應用具有良好的經濟效益和推廣價值。

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The Bohai offshore oilfield polymer microspheres online deep profile control technology research and application

ZHANG Yong
（CNOOC China Limited Tianjin Branch，Tianjin 300452，China）

In this paper，aiming at Bohai sea oilfield after a long period of water injection development of heavy oil，fingering phenomenon is serious，channeling circulation way lead to the present situation of the injected water inefficient circulation，oilfield the main contradictions and countermeasures，because the formation heterogeneity，oil/water viscosity differences lead to main layer water injection water channeling，swept volume is small，low degree of reservoir，water flooding displacement（enlarge sweep volume water drive）is imperative.In weak gel flooding，nitrogen foam flooding and movable gel flooding technology，on the basis of using the new type of nanometer microspheres with good injection and selective plugging properties，a technique of polymer microspheres indoor research and field pilot test.The re-sults show that the new technology of nanometer microspheres can effectively block develop-ment of loose sand formation in the second half of the thick oil oilfield development macroscopic throats，change flow direction，to improve the utilization rate of injected water，sweep volume expansion of injected water，improve water flooding development effect.New technology popularization and application of nanometer microspheres for water control in offshore viscous crude oilfield oil work thorough development is of great significance.

heterogeneity；deep profile control；polymer microspheres；heavy oil；swept volume；recovery

TE357.46

A

1673-5285（2016）08-0019-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.005

2016-07-04

中國海洋石油總公司“十二五”重大科技專項“海上在生產油氣田挖潛增效技術研究”部分成果，項目編號：CNOOC-KJ125ZDXM06LTD。

張勇，男（1972-），1996年畢業于吉林化工學院工業自動化專業，現主要從事海上油氣田提高采收率采油工藝技術的研究和推廣應用工作，郵箱：zhangyong12@cnooc.com.cn。