深部調剖劑的調剖機理與礦場應用效果研究

何子昂

（大慶油田 采油三廠 第二油礦，黑龍江 大慶 163113）

近年來，我國為在石油資源的開采上保持可持續性的發展戰略，以注水開發油藏為主，對油氣資源進行開采。隨著注入水在油藏地層的長期注入，使得采出原油的采收率降低，采出液的含水率升高，多數油田的含水率高達80%以上[1,2]。導致原油采收率降低的原因是，長期注水使注入劑在驅替原油過程中，在油藏的高滲透層中形成了水流優勢通道，致使剩余油聚集在油藏低滲透層中。水流優勢通道的形成直接導致了油層的層內非均質性加劇，層間非均質性突出。為解決這一系列影響原油開發的問題，調剖劑成了調節油層非均質性、封堵水流優勢通道的有效措施，是國內外學者研究提高采收率方向的熱門[3,4]。因此，本文通過國內外調剖技術的發展史，結合近年來研究熱門的調剖劑，對不同類調剖劑調剖效果進行論述和研究。

1 國內外研究現狀

1.1 國外調剖技術研究現狀

國外的化學調剖堵水技術從上世紀50年代開始，主要用固態烴溶液、原油和油基水泥進行油水井的堵水調剖處理。60年代，國外學者研發了聚丙烯酰胺交聯聚合物技術，這為后來的調剖堵水技術開拓了新的方向。70年代，Needham[5]等人對聚丙烯酰胺的官能團在高含水層中的吸附性和捕集性進行了室內實驗。80年代，國外研制除了固相顆粒型調剖劑和水玻璃型調剖劑并在調剖技術的研究中得到了推廣。90年代后，TIORCO公司研制了膠態分散凝膠體系，并從29個油藏的調剖中成功試驗22個，但由于膠態分散凝膠的技術限制，該公司停止了對膠態分散凝膠技術的研究。后來隨著深部調剖劑的研發，聚合物凝膠類的調剖劑成為國外學者研究的熱門，并被廣泛的用于室內實驗中研究[6,7]。

近年來，國外學者在深部化學調剖劑的性能改良方面取得了突破性的進展。2016年，Ayman Almohsin[8]等人選用Supper-K調剖劑和含裂縫的碳酸鹽巖巖心為材料，研究巖心對新型強親水的三元共聚體的吸附效率。結果顯示，實驗研究的調剖劑很好的與碳酸鹽巖結合，并且凝膠在194°F下有足夠的穩定性，ESEM和EDS分析技術對滯留在巖心裂縫中的凝膠進行表征，后續驅油實驗由于凝膠的注入使得巖心的產水量減少。2018年Zulhelmi Amir[9]等人使用響應面方法（RSM）對儲層在高溫條件一致的條件下對交聯聚合物的最優配方進行研究。實驗以聚丙烯酰胺（PAM）和聚乙烯亞胺（PEI）為研究對象，通過中央復合設計（CCD）確定了有機交聯聚合物方程。2020年，Charles[10]等人通過配制有機交聯的接枝共聚物凝膠對注入井的剖面改善進行研究。結果顯示，選用聚丙烯酰胺與黃原膠在K2S2O8作為引發劑的條件下形成接枝共聚物，與六亞甲基四胺（HMTA）和對苯二酚（HQ）交聯形成的凝膠適合于調節高含水油田的剖面改善。

1.2 國內調剖技術研究現狀

國內的調剖堵水技術是從50年代到60年代期間，以油井堵水為主作用于國內各大油田，這一時期的主要調剖堵水劑有水泥漿、樹脂、油基水泥和活性稠油等。70年代，水溶性聚合物在國內得到廣泛應用，此時的調剖處理半徑有幾米到幾十米，屬于近井地帶調剖。80年代，國內的調剖技術得到了全面的發展。90年代，國內各大油田進入了高含水時期，為解決油井產水高的問題，調剖堵水劑從常規的調剖技術轉向了深部調剖（調驅）技術。2000年至今，國內學者一直致力于改良各種類型調剖劑的性能并在調剖劑對油藏深部高含水層的調節效果上一直進行突破性的研究，并將研究成果廣泛的應用到國內的各大油田中[11-14]。

近年來，為了滿足現場的生產需求，國內學者通過室內實驗和軟件模擬優化深部調剖劑的封堵性能力。2015年，于龍[15]等人選用支化預交聯凝膠顆粒（B-PPG）進行巖心封堵實驗。結果表明，B-PPG可以有效封堵單管填砂巖和雙管填砂巖的水竄問題，封堵率高達97%。2018年，劉爽[16]等人對強堿微生物進行室內驅油效果評價，在三元復合體系中加入0.3%～0.45%的脂肽，可以在水驅的基礎上提高采收率22個百分點。2019年，徐爽[17]通過室內實驗研究氮氣泡沫凝膠調剖劑，研制了凝膠體系和泡沫體系最優的合理體積比1∶60，并在冷家油田冷42塊進行8次現場試驗，最終累計增油2320.2t。2020年，楊洋[18]等人通過CMG對曙光采油廠含油污泥調剖劑進行蒸汽吞吐后的調剖效果分析。研究表明，含油污泥調剖劑在曙D1油藏的調剖效果良好，封堵率達75.8%～95.2%，可以在中、低滲透層中解決水竄的影響。

2 調剖劑的分類及適配性研究

2.1 凝膠類調剖劑

凝膠類調剖劑主要是由聚合物與交聯劑在一定的條件下進行交聯反應，形成膠態聚合物并應用于高滲透層進行堵塞作用。根據凝膠的成膠機理不同，凝膠在室內實驗和礦場應用的領域中分為弱凝膠型凝膠調剖劑、膠態分散型凝膠調剖劑、體膨顆粒型凝膠調剖劑、聚合物微球型凝膠調剖劑。弱凝膠的成膠過程是靠交聯分子間為主、分子內為輔的作用形成的三維網狀凝膠。膠態分散型凝膠（CDG）調剖劑是通過聚合物和交聯劑以分子內的作用形成的非三維網狀的結構。膠態分散凝膠可以在高溫、高礦化度的條件下保持成膠性能，但由于其低粘的特性使得膠態分散凝膠的研究存在一定的局限性。預交聯型凝膠調剖劑在凝膠的交聯反應過程中，由于凝膠的吸水特性，填入膨化劑使凝膠吸水膨脹，形成顆粒狀的膠體，經過吸水后的膠體可以使自身的體積擴大，注入地層后可以對高滲透層的水流優勢通道起到長期的堵塞作用。聚合物微球型調剖劑是利用納米技術，在凝膠顆粒與孔喉尺寸關系的基礎上形成彈性微球體，在注入水的驅動壓力作用下，沿著喉道運移到油藏深部實現調剖作用。

凝膠類調剖劑近些年來在油田調剖開發的領域一直被廣泛的研究與應用，2004年，王鑫[19]通過體膨顆粒凝膠注入杏北油田X7-2-F35井組進行現場調剖效果評價，結果顯示調剖后井組日產油增至60t，含水率降至91.9%。2007年，劉敏[20]等人對聚合物微球調剖劑注入東辛采油廠永8油藏的三口水井進行調剖效果研究，結果表明調剖后區塊累計增油7127.4t，綜合含水降至76.9%。2013年，馬紅星[21]等人對弱凝膠與預交聯顆粒調剖劑的組合體系注入長慶油田羅1長8區塊進行調剖效果評價，結果顯示調剖后累計增油2733t，降水1894m3。2020年，錢玲[22]根據奈曼油田的低滲孔隙特征，通過室內實驗優選了酚醛和有機鉻的組合凝膠體系，礦場試驗顯示注入組合段塞凝膠后累增油635t，含水率從89.9%降至46.4%。

2.2 微生物類調剖劑

微生物驅油的概念起源于1965年，于90年代微生物被用于現場的調堵試驗。微生物調剖高滲層的原理是將微生物與有利于微生物生存的營養液注入到目的層中，或者將微生物注入到適合微生物生存的目的層中，待注入后使微生物在油藏中進行發酵，前者的注入方法為地面微生物發酵法，后者為地下微生物發酵法。注入到油藏中的微生物會吸附于地層大孔道中并進行發酵繁殖，其產物會在地層孔道中增多和聚集，形成菌落群，增加高滲透層的阻力系數，并在后續水的沖刷過程中運移和重新堵塞大孔道，實現深部調驅的作用。在大量孔道聚集聚合物的油藏中注入微生物，會使微生物作用于聚合物后產生降解作用，并在微生物經過繁殖后對強非均質性、結構復雜的油藏進行調剖堵水。

篩選優良的聚合物菌落并對現場進行調剖試驗是提高采收率領域研究的熱門。2005年，楊朝光[23]等人通過微生物復合段塞對明一西區塊區塊進行試驗，最終單井日產油增至7.5t，含水降至73.6%。2006年，王文軍[24]等人在微生物對北二西西塊的調剖試驗研究中，3口井見效，日產增油10t，累計增油934t。2016年，譚婧[25]在朝陽溝油田朝50區塊中利用微生物結合聚合物和蒸汽吞吐技術，最終在試驗區塊提高采收率4.95個百分點。

2.3 含油污泥類調剖劑

從地層中產出的含油污泥與其油藏環境有良好的配伍性，并且可以使污泥變廢為寶，解決油田生產的環保問題。將含油污泥進行化學處理后會形成稠化的活性調剖劑，注入到原來的地層后不僅有較強的耐高溫性、耐鹽性、抗剪切性，還可以在高滲透層中進行封堵。向含油污泥中加入一定量的懸浮劑和分散劑，使得含油污泥中的固相顆粒（膠質、瀝青質）懸浮在溶液中，后續注入劑的沖刷會將乳化懸浮體裂解成細小顆粒。所得細小顆粒由于地層的吸附作用會聚集到巖石的大孔道中形成新的集合體，封堵油層的高滲透層。由于配制的含油污泥調剖劑的固相顆粒分布零散，與添加劑形成的調剖劑作用機理單一，常采用含油污泥調剖劑與聚合物交聯體系和聚合物溶液混合配制，形成凝膠型含油污泥調剖劑和聚合物溶液型調剖劑，從調剖和驅油的機理上使常規含油污泥調剖劑具有粘彈性和流動性，使含油污泥在巖石孔隙中可以作用于各大面積的高滲透通道，處理不同條件的油藏。

含油污泥類調剖劑在現場油田的應用中效果顯著，1998年，巨登峰[26]等人研制了HB-II型含油污泥調剖劑，并應用于華北油田調剖現場試驗，取得了單井增油432t、降水659m3的提采效果。2003年，李丹梅[27]等人在河南雙河油田437塊II4-6層進行含油污泥的調剖試驗，最終取得了796.5t的增油效果，累計處理污泥5309m3。2008年，陳國福[28]等人在大慶薩北油田含油污泥調剖劑的應用中，對北4-8-丙水56井區進行調剖，最終累計增油1135.2t，4口連通井含水率下降1.4%。2017年，李辰[29]將含油污泥調剖劑優化，應用于子北采油廠，結果顯示在8418-6井增油3.474t，含水率下降了10.1%。

2.4 泡沫類調剖劑

泡沫驅油技術起源于上世紀60年代，后隨著調剖藥劑的改良和革新，泡沫作為一種新型調剖技術應用于油田開發。泡沫由于自身的賈敏效應，會使自身注入地層后選擇性的流動到大孔道中。生成泡沫的條件主要為氣液兩相流體充分接觸，并向液相中加入起泡劑。研究泡沫調剖的關鍵在于形成泡沫的穩定性，所以起泡劑的耐高溫性和耐鹽性是這一技術主要研究的對象。泡沫調剖劑的大致分類可分為N2泡沫調剖劑、CO2泡沫調剖劑和空氣泡沫調剖劑，近些年來，前兩種泡沫多數用于高溫氣竄嚴重的油氣藏，研制的耐高溫性泡沫調剖劑解決熱采過程中不同韻律地層條件的氣竄問題；后者被多數學者將其與聚合物交聯技術結合，形成凝膠類泡沫調剖劑增加形成泡沫的穩定性，在高pH值和高礦化度的條件下保持泡沫對水的封堵性，進而控制油層出水嚴重的現象。

泡沫調剖劑在現場應用的防水竄、氣竄的封堵作用中均有顯著的效果，2005年，王東[30]等人在研究復合泡沫調剖劑注入孤島油田的試驗中成功調剖4口井，累計增油1688.4t，平均單井增油422.1t。2010年，信艷永[31]對凝膠型泡沫調剖劑注入遼河小洼油田進行試驗研究，調剖后原油產量增大，該油田最終累計增油300多萬t。2011年，蹇波、胡罡[32]對樂安油田草13區塊進行氮氣泡沫調剖，調剖后平均單井增油933t。

3 結論

結合國內外學者對深部調剖的研究現狀，可將深部調剖劑分為凝膠類調剖劑、含油污泥類調剖劑、微生物類調剖劑和泡沫類調剖劑4類。本文根據不同調剖劑對高含水層封堵的作用機理的調研，得出以下結論：

（1）凝膠類調剖劑的應用廣泛，種類多樣，對不同滲透層的水流優勢通道均有相應凝膠體系，主要的類型有弱凝膠型凝膠調剖劑、膠態分散型凝膠調剖劑、體膨顆粒型凝膠調剖劑和聚合物微球型凝膠調剖劑。

（2）微生物類調剖劑可用于適合微生物繁殖、生長的高含水地層中調剖，其自身對聚合物的降解性能可以很好的用于聚驅后提高采收率的措施應用。

（3）含油污泥類調剖劑可以很好的將地層中的污泥變廢為寶，解決了化學藥劑注入地層的環保問題，并且從污泥地層的產出物配制成的調剖劑與目標地層有良好的適配性。

（4）泡沫類調剖劑主要分為N2、CO2和空氣3種。N2和CO2的泡沫形成可以很好的解決高溫稠油地層中的氣竄問題；利用空氣和凝膠類調剖劑形成的復合型泡沫調剖劑穩定性良好，并且可以有效封堵高滲透層的水竄通道。