低滲透裂縫性油藏兩級封竄擴大波及體積技術*

王鳳剛，侯吉瑞，趙鳳蘭，唐永強，張 震

（1.中海油能源發展工程技術公司，天津300459；2.中國石油大學（北京）提高采收率研究院，北京102249；3.中國石化勘探開發技術研究院，北京100083）

低滲透油藏具有孔隙結構復雜、喉道狹窄、裂縫發育、非均質性嚴重等特點［1-4］，能量補充和有效驅替系統的形成均較困難，導致水驅采收率較低［5-8］。由于CO2具有低黏度、易膨脹和降低原油界面張力的特性［9-10］，注CO2是低滲油藏開發的重要技術手段［11］。然而，低滲透油藏裂縫發育廣泛，若要啟動基質中的原油，必須對裂縫進行封堵［12-13］，而且CO2與原油之間不利的流度比也會在基質中形成氣體竄流通道［14-15］。這就需要分別針對裂縫及基質進行兩級精細封竄研究。

針對裂縫竄流通道，選用改性淀粉凝膠調堵劑。該調堵劑以改性淀粉為剛性骨架［16］，結合丙烯酰胺柔性支鏈，形成立體交聯網狀大分子共聚物［17-18］，在油藏中具有良好的運移性和選擇注入性［19-20］；同時，成膠后封堵強度高，可保證后續注入水啟動低滲透層［21］。針對氣竄通道，侯吉瑞等［22］研制了一種低滲透油藏基質二氧化碳驅油用的防竄劑。該防竄劑以乙二胺為主劑，當油藏溫度達到或者超過乙二胺沸點時，乙二胺的流態接近氣態［23］，能保證主劑有較好的注入性能，通過乙二胺與CO2反應生成的氨基甲酸鹽選擇性封堵氣竄通道來擴大波及體積［24］?？紤]到巖心的尺寸和幾何形狀對實驗結果影響較大，筆者選取了低滲、非均質的二維巖心，用壓裂設備逐漸加壓，對巖心造大裂縫和微裂縫，采用反五點法對模型進行了水驅及改性淀粉凝膠封堵裂縫的一級封竄及CO2驅和有機胺封竄的系列化實驗，研究了超前注水后低滲油藏CO2驅輔以兩級封竄擴大波及體積技術對反五點法井網模型的增油效果。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

延長油田某區塊脫氣原油，黏度平均值9.8 mPa·s；地層水礦化度102 g/L，離子組成（mg/L）為：HCO3-152、Cl-62600、Ba2+218、Mg2+918、Ca2+5740、K++Na+32100；無水乙醇、乙二胺、丙烯酰胺、過氧化物類交聯劑、偶氮類引發劑，化學純，國藥集團化學試劑北京有限公司；改性淀粉凝膠，自制，配方為［25］：4.5%數7%改性淀粉＋5%數7%丙烯酰胺＋0.05%數0.2%過氧化物類交聯劑＋0.1%數1%偶氮類引發劑；天然露頭巖心，切割成圓餅狀，巖心直徑40 cm，厚5.5 cm，孔隙體積670 mL，孔隙度13.67%，含油飽和度61.94%。巖心正中間的注入端0#代表油田現場的注入井，1數4#表示巖心的不同取樣點，代表油田現場的采出井，注采井距18.9 cm（圖1）。

高壓恒速恒壓泵，中間容器，餅狀巖心加持器，手搖泵，氣體計量裝置，液體收集裝置，傳感器及配套計算機設備等（圖1）。其中，餅狀巖心加持器能提供30 MPa的壓力，用于放置直徑40 cm、厚度4數6 cm 的巖心，巖心腔室下部有活塞可以提供軸壓，周圍有橡膠套筒可以提供圍壓來固定巖心。

圖1 徑向流模型驅替流程圖

1.2 實驗方法

（1）實驗條件以延長油田某反五點井網區塊的地層條件為依據：溫度50℃，平均滲透率3.7×10-3μm2，平均孔隙度11.9 %，地層壓力7.5數 8.5 MPa，原油黏度9.8 mPa·s。采用反五點井網相對滲透率的簡易計算算法，通過驅替數據計算巖心各方向上的水測滲透率［26］。其中1#、2#、3#、4#取樣點方向的基質水測滲透率分別為4.6×10-3、7.4×10-3、8.4×10-3、10.0×10-3μm2。測定基質滲透率后，用壓裂設備逐漸加壓對巖心造裂縫。

（2）一級封竄。①從巖心正中間的注入井以0.5 mL/min 的速度進行水驅，待取樣點采出液含水率超過90%時，停止水驅，記錄數據；②從注入井以0.3 mL/min 的速度注入10 mL 改性淀粉凝膠+5 mL清水段塞，候凝48 h 待其成膠，其中凝膠的用量可根據實際情況調整；③重復步驟①、②，待各井無含水率陡升現象、提高采收率幅度緩慢時停止實驗。

（3）一次CO2驅。在4 個取樣點的出口端連接回壓閥，并設置回壓為3000 kPa，通過恒壓泵控制注入井的注入壓力為5000 kPa，采用恒壓方式從注入井進行CO2驅油；當4個取樣點不出油時停止CO2驅油實驗。

（4）二級封竄。①通過恒壓泵設置注入井注入壓力為5500 kPa，從注入井注入10 mL 無水乙醇段塞+30 mL 乙二胺段塞+10 mL 后置乙醇段塞，候凝24 h 待其完全反應；②通過恒壓泵控制注入井壓力為6000 kPa，采用恒壓方式進行CO2連續驅油；當4個取樣點不出油時停止CO2驅油實驗。

2 結果與討論

2.1 一級封竄

通過注水啟動裂縫、微裂縫及巖心中大孔道的原油和通過注入改性淀粉凝膠對裂縫、微裂縫進行一級封竄。改性淀粉凝膠可在不同油藏溫度（30數90℃）、不同礦化度（5數200 g/L）的地層水條件下成膠，成膠時間15數60 h可調。多輪次水驅實驗中，1數4#取樣點驅替過程的數據見表1。水驅及改性淀粉凝膠封堵裂縫過程的總采收率為23.4%。在一次水驅過程中，只有1#和3#見油，驅替壓力僅約為28 kPa（圖2），可見水驅動1#和3#附近裂縫中的原油。由1#取樣點一級封竄動態曲線（圖3）可見，注入改性淀粉凝膠和后續二次水驅過程中，1#取樣點含水率從80%增至91%，說明改性淀粉凝膠封堵住1#附近的大裂縫，后續水啟動了大裂縫之外的原油；注入改性淀粉凝膠和后續第三次水驅過程中，與二次水驅結果相比，含水漏斗深且寬，采收率增幅高，說明后續第三次水驅啟動了高滲層大孔道中的原油。

表1 巖心一級封竄的水驅采收率

圖2 注入井注入壓力動態曲線

圖3 1#取樣點一級封竄動態曲線

2.2 一次CO2驅

經過多輪次調堵后，由裂縫及微裂縫造成的地層的非均質性得到了有效地改善，再通過注入CO2啟動低滲層中的原油。把CO2驅的開始時間設為0 min，開始驅替時各井的采收率設為0。從表2 數據可知，一次CO2驅過程中，1數4#取樣點的采收率均有所增加，且增幅相近，區塊總采收率增幅為21.3%，說明改性淀粉凝膠堵劑堵住裂縫，CO2啟動了低滲層中的原油。

表2 巖心一次CO2驅采收率*

以1#取樣點為例，繪制出口端含水率、采收率、瞬時流量與時間的關系曲線（圖4）。由于流度、密度差等因素，氣體在巖心中逐漸形成指進，在驅替前緣形成油氣帶，油氣帶推動著油到達出口。隨著油被驅出，油氣帶到達出口，此時表現為出口端出油，伴有少量氣泡冒出，表現為油為連續相，氣為分散相，此時稱為“見氣”；隨后氣泡越來越多，直至氣體為連續相，油伴隨著氣泡噴出、為分散相，出口端的出氣量陡然上升，此時定義為“氣竄”。由出口端瞬時流量曲線可見，氣體流量經歷了無氣、逐漸增加、平緩三個階段，當曲線出現平緩時即形成了氣竄通道。從310 min開始，出口端見氣，此階段為提高采收率的主要階段；789 min 后，氣體曲線平緩形成了氣竄通道，含水率降為0，采收率曲線增加，增幅為0.79%，占1#取樣點一次CO2驅總采收率（4.5%）的17.5%，說明氣竄階段仍是提高采收率的重要階段。

圖4 1#取樣點CO2驅替動態曲線

2.3 二級封竄

在CO2濃度高的氣體通道，乙二胺與CO2反應可生成足夠多的氨基甲酸鹽封堵基質中的指進通道。由于CO2與原油不利的流度比形成了氣竄通道，注入乙二胺堵劑封堵氣竄通道，再通過后續二次CO2驅啟動低滲油層基質中的殘余油和剩余油。

把乙二胺開始注入的時間設為0 min，采收率為0，去除候凝時間，4個取樣點的CO2驅采收率見表3。4#取樣點出口端氣竄時間較短，并且氣竄后長時間不出液，在283 min 對4#取樣點進行關井處理。有機胺封竄及二次CO2驅過程中，1數4#取樣點的采收率均有所增加，區塊總采收率增幅為15.0%，說明有機胺封堵了竄流通道，后續CO2驅提高了原油采收率。

表3 巖心二級封竄的采收率*

2.4 兩級封竄匯總

整理徑向流驅油各階段實驗數據，得出CO2驅兩級封竄實驗的數據（表4）和動態曲線（圖5）。從表4數據可知，反五點法模型CO2驅油效果實驗中，1數4#取樣點的采收率均有所增加，總采收率為59.6%。在水驅階段，驅替壓差最終穩定在6000 kPa 左右，CO2驅階段的驅替壓差為2500 kPa，說明在低滲透油藏，CO2驅啟動原油的壓差遠小于水驅。

表4 徑向流驅油實驗采收率匯總表

由圖5可見，隨著驅替時間的增加，采收率曲線呈階梯狀增加，含水率曲線先上升后迅速降至0。在一級封竄過程中，由于改性淀粉凝膠對竄流通道的封堵，后續水驅啟動了地層中的原油，采收率曲線增加，含水率最后升至66.2%；一次CO2驅階段，含水率曲線在短暫的升高后迅速下降，采收率大幅提高，此階段為提高采收率的主要階段，當形成氣竄通道后，含水率降為0，地層中為氣、油兩相流動，采收率增幅變緩；二級封竄階段，采收率提高了15.0%，說明乙二胺封堵了氣竄通道，二次CO2驅啟動了地層中的剩余油和殘余油。一次水驅過程中，壓力基本穩定在28 kPa 左右。在注入堵劑和后續二次水驅過程中，壓力升高到1500 kPa，然后穩定在650 kPa 左右，明顯高于一次水驅，說明改性淀粉凝膠起到了封堵裂縫的作用。在注入凝膠堵劑和后續三次水驅過程中，壓力升高到8152 kPa，然后穩定在6400 kPa，采收率進一步升高，說明凝膠起到了封堵高滲層的作用，且后續水驅未驅動凝膠（圖2）。注入有機胺后，以3000 kPa的注采壓差進行后續二次CO2驅過程中，瞬時流量明顯降低，且各取樣點的采收率增加，說明乙二胺能進入地層與孔隙中的CO2反應，封堵住氣竄通道。

圖5 CO2驅兩級封竄動態曲線

3 結論

改性淀粉凝膠堵劑注入性和穩定性好，封堵能力強，可用來封堵裂縫及深部調堵。乙二胺能封堵低滲層氣竄通道，擴大CO2波及體積。在反五點法巖心物理模擬實驗中，水驅及水驅后改性淀粉凝膠一級封竄地層中裂縫+CO2非混相驅后有機胺二級封竄氣竄通道總采收率59.6%，為我國陸相沉積的裂縫性低滲透油藏的開發提供了研究思路。