異常高溫高鹽碳酸鹽巖油藏水驅波及控制技術實驗研究
——以阿布扎比X油田為例

劉 陽，吳行才，管保山，葉銀珠，許寒冰，王小聰，李世超，肖沛文

（中國石油勘探開發研究院，北京 100083）

阿布扎比X 油田為異常高溫高鹽碳酸鹽巖油田，該油田是中國對外投資最大的油田之一，油藏溫度為115～139 ℃，地層水礦化度為15×104～20×104mg/L，其類型在中東地區具有典型的代表性。其開發效果的好壞對本項目投資是否成功、中國石油企業能否進一步開拓海外市場有巨大的影響力。該油田為裂縫孔隙型碳酸鹽巖油藏，受儲層非均質性強、儲層內高滲透條帶和局部發育微裂縫的影響，水驅嚴重不均，油井見水快，含水率上升快，油田投入注水開發區域含水率在短短5 a 內即上升到60%～80%。如何控制水驅波及體積、擴大有效波及是該油田水驅開發是否成功的關鍵。

以聚合物（HPAM）為基礎的聚合物一、二、三元驅技術，以及交聯聚合物凝膠技術在世界范圍內取得了顯著成功［1-9］。此類傳統成熟技術主要通過擴大水驅波及體積實現提高采收率，但聚合物基礎材料耐溫耐鹽能力有限，且作為連續相高黏流體其驅油機理也存有不足［10-17］。鑒于聚合物類驅技術的現有理論缺陷和應用問題，吳行才等采用水分散體系靶向驅油的理論，建立了水驅波及控制技術方法，并研制出相應的新型顆粒型聚合物（SMG）［10-12，16-17］。以SMG 為基礎的水驅波及控制技術不僅在中國多個砂巖、礫巖油田應用取得了較好的效果，而且在中東地區某碳酸鹽巖油田的試驗也取得了較好效果［17-24］。為此，以阿布扎比X 油田的油藏條件為基礎，利用該油田天然巖心、原油以及模擬地層水開展SMG 水驅波及控制技術的實驗室可行性研究，重點考察SMG 在高溫高鹽條件下的長期穩定性能及其經高溫高鹽長期老化后的波及控制驅油性能。

1 SMG理化性能評價

1.1 SMG水分散液老化前后形貌對比

根據阿布扎比X 油田的油藏條件，配制礦化度為20×104mg/L的模擬地層水，其中鈣鎂離子質量濃度約為2×104mg/L，為典型的CaCl2水型。用模擬地層水配制質量濃度為5×104mg/L 的亞毫米級SMG和10×104mg/L 的微米級SMG 母液，超聲分散，充分溶脹后，裝入高溫高壓老化罐，放入130 ℃恒溫烘箱中，分別于1，3 和6 個月后取出觀察老化情況，并與老化前的SMG水分散液進行對比。

實驗結果（圖1）表明：老化前，亞毫米級和微米級的SMG 水分散液均為乳白色液體；老化后，兩者開罐總液量均與老化前基本一致，無液量損失，上部漂浮有高溫高鹽下SMG 與水中礦物固結形成的大塊圓柱狀固體，下部為水溶液。該固形物質地柔軟，經處理后可重新分散于水中。由此表明，SMG具有較好的耐溫耐鹽性能，在高溫高鹽下可穩定存在，并且無傳統聚合物高溫高鹽下的水解水化現象。

1.2 顆粒大小和形態特征

將亞毫米級和微米級的SMG 原液去油提取出可分離固形物，即干粉顆粒，兩者顆粒的顯微鏡微觀形貌如圖2 所示。兩者的平均粒徑統計結果表明，水化溶脹前SMG 顆粒為球形顆粒，平均粒徑為1～68 μm，其中亞毫米級和微米級SMG溶脹前平均粒徑分別為6～68 和1～23 μm，此外SMG 顆粒的粒徑還可以依據油藏孔喉尺寸進行設計。

將老化1個月的亞毫米級和微米級SMG水分散液充分攪拌均勻，然后吸取少量老化SMG 水分散液于燒杯中，加入酒精，反復抽濾洗滌，提取出可分離固形物，裝入干凈樣品瓶，在60 ℃下恒溫5 h，即可獲得老化后的2種粒徑級別的SMG干粉顆粒。

通過顯微鏡觀察2種粒徑級別SMG老化后的顆粒大小與形態，發現經高溫高鹽老化后的SMG 雖存在團聚現象，粒徑略微變小，但仍為球形顆粒（圖2，圖3）。

1.3 膨脹性能

圖1 老化前和不同老化時間后的亞毫米級和微米級SMG水分散液形貌對比Fig.1 Morphology comparison of aqueous dispersion for submillimeter-scale SMG and micron-scale SMG before and after aging

圖2 亞毫米級和微米級的SMG老化前形貌顯微鏡照片Fig.2 Morphology images of submillimeter-scale SMG and micron-scale SMG before aging

SMG 具有遇水膨脹、在油中不發生變化的特點。用礦化度為20×104mg/L 的模擬地層水配制質量濃度為3 000 mg/L 的SMG 水分散液，并置于超聲清洗儀進行超聲處理，使其充分溶脹并分散于水中，溶脹15 d 后測定SMG 水分散液的粒徑分布。結果（圖4，圖5）表明：亞毫米級SMG 初始粒徑中值為11.39 μm，完全溶脹后粒徑為13.75～52.03 μm，粒徑中值為29.16 μm；微米級SMG 初始粒徑中值為3.21 μm，完全溶脹后粒徑為1.77～35.46 μm，粒徑中值為10.382 μm。說明SMG 在高礦化度環境下仍具有較好的水化膨脹性，膨脹倍數能達到5～11倍。將老化后的高質量濃度SMG 母液稀釋成質量濃度為3 000 mg/L 的水分散液，抽濾去除老化生成的固體顆粒，然后測定老化SMG 水分散液的粒徑中值。結果（圖6）表明，在長期高溫高鹽下，隨時間推移，SMG 發生聚并，使得所測粒徑中值比實際偏小。盡管所測粒徑中值偏小，但0.5 a后亞毫米級和微米級SMG 水分散液粒徑中值仍能分別維持為11.555 和2.963 μm。

圖3 亞毫米級和微米級的SMG老化1個月后形貌顯微鏡照片Fig.3 Morphology images of submillimeter-scale SMG and micron-scale SMG after aging for 1 month

圖4 亞毫米級SMG水化溶脹前后粒徑分布Fig.4 Particle size distribution of submillimeter-scale SMG before and after hydration swelling

圖5 微米級SMG水化溶脹前后粒徑分布Fig.5 Particle size distribution of micron-scale SMG before and after hydration swelling

1.4 流變性能

圖6 SMG高溫高鹽長期老化后的粒徑中值Fig.6 Median particle size of SMG after long-term aging in high-temperature and high-salinity conditions

利用礦化度為20×104mg/L的模擬地層水配制質量濃度為3 000 mg/L的亞毫米級和微米級SMG水分散液，測定不同溫度下SMG 水分散液黏度隨著剪切速率的變化。結果（圖7）表明：隨著剪切速率和溫度的增加，亞毫米級和微米級SMG 水分散液黏度逐漸降低，并趨于定值，分別僅為0.8～2.6 和0.8～3.3 mPa·s，并且高溫高剪切速率下二者黏度接近于水。同等條件下，其相比聚合物溶液具有更低的黏度，且更易于注入儲層。說明SMG 水分散液具有低黏、抗剪切、易注入地層的特點。

圖7 亞毫米級和微米級SMG水分散液流變曲線Fig.7 Rheological curve for aqueous dispersion of submillimeter-scale SMG and micron-scale SMG

1.5 封堵性能

適合對應儲層的聚合物溶液能較好地改善儲層非均質性，改善儲層流體的流度比，進而提高水驅波及體積和驅油效率。老化前SMG 水分散液封堵性能測試具體實驗步驟為：①將滲透率為2 000和20 mD的碳酸鹽巖巖心進行干燥，抽真空，飽和水后測定水測滲透率。②用礦化度為20×104mg/L 的模擬地層水配制質量濃度為3 000 mg/L 的亞毫米級和微米級SMG 水分散液進行封堵性能測試評價。以1 和0.5 mL/min 的速度水驅巖心至壓力穩定（水驅），然后分別以相同的速度注入配制好的SMG 水分散液3 PV（SMG 驅），最后以相同速度水驅6 PV（后續水驅）。

老化后SMG 水分散液封堵性能測試具體實驗步驟為：①選取SMG 有效成分聚并較少的老化樣品（老化1 個月）配制成質量濃度為3 000 mg/L 的水溶液，過濾除去其中的固體，獲得可用于驅替的老化SMG 水分散液。②進行老化后的SMG 水分散液的封堵性能測試并與未老化的實驗進行對比，其實驗過程和注入量完全與未老化SMG 水分散液的封堵性能測試實驗一致。

封堵性能測試結果（圖8，圖9）顯示：SMG驅時，老化前后SMG 水分散液的注入壓力均隨著SMG 注入量的增加而升高，但由于SMG 老化后，SMG 水分散液中有效成分發生聚并同時顆粒粒徑略微變小，使得SMG 驅結束時壓力均低于老化前，從側面表現為其封堵能力低于老化前的SMG 水分散液；后續水驅壓力均呈現穩中略升的特征，壓力反復波動體現了SMG 顆粒在巖心中反復暫堵和被突破的運移過程。相比傳統聚合物，SMG 在巖心微觀孔隙結構中具有更好的滯留和運移性能，并且老化后的SMG 不僅能穩定存在，而且仍然具有較好的封堵性能。

圖8 亞毫米級SMG封堵性能測試曲線Fig.8 Shutoff performance test curve of submillimeter-scale SMG

圖9 微米級SMG封堵性能測試曲線Fig.9 Shutoff performance test curve of micron-scale SMG

2 SMG波及控制驅油機理

傳統水驅時，注入水快速沿高滲透通道突破，而中低滲透孔隙中還存在大量剩余油未被動用，持續水驅和傳統常規手段很難充分動用這一部分剩余油（圖10a）。傳統聚合物類驅技術是通過聚合物的黏度來改善油藏油水流度比，從而擴大水驅波及體積，進而提高油藏水驅效率和綜合采收率，但該體系耐溫耐鹽性能有限（礦化度≤10×104mg/L，溫度≤90 ℃）且驅油機理上也存在一定缺陷（圖10b），即它作為連續相流體無法區別儲層的高低滲透層或大小孔隙，類似于“盲驅”。此外，當聚合物黏度較大時，可能會堵塞中低滲透層進而造成儲層傷害，使得中低滲透層孔隙中的大量剩余油更難采出。

新型顆粒型聚合物——SMG 為一種非連續型分散液體系，該體系的水分散液表觀黏度低，易于進入儲層深部且具有較高的耐溫耐鹽性能（礦化度≤20×104mg/L，溫度≤130 ℃），其結構和驅油機理均不同于傳統的聚合物類（連續相黏性聚合物溶液或交聯聚合物凝膠）。其驅油機理為：驅替相為黏度接近于水的SMG 水分散液，水分散液中的聚合物顆粒在微觀上通過對水流通道（孔喉）暫堵—突破—再暫堵—再突破等一系列過程實現對高中滲透層或大中孔隙的逐級暫堵（圖10c），進而實現對油水流度比的調整，從而實現水驅調剖轉向，提高對中低滲透層或中小孔隙中剩余油的動用，提高油藏綜合采收率。

3 SMG波及控制物理模擬實驗

將天然碳酸鹽巖巖心進行干燥、稱重和飽和礦化水等一系列處理后，用阿布扎比X 油田原油進行飽和并老化48 h 后進行驅油實驗。具體實驗步驟為：首先水驅巖心至含水率為98%；然后分別轉注質量濃度為3 000 mg/L 的老化1 個月的SMG 水分散液以及同質量濃度現配制并充分溶脹7 d 的SMG 水分散液，高低滲透巖心分別以1 和0.5 mL/min 的速度驅替，SMG水分散液的注入量均為0.7 PV；最后后續水驅至含水率為98%。

3.1 亞毫米級SMG老化前后驅油效果對比

對于亞毫米級SMG，注入未老化的SMG 水分散液的巖心綜合采收率為56.62%，采收率增幅為10.06%；注入老化1 個月的SMG 水分散液的巖心綜合采收率為55.08%，采收率增幅仍達6.70%（表1，圖11）。注入SMG 后，SMG 不斷進入巖心內部并發生運移，隨著SMG 注入量不斷增加，進入巖心的SMG 逐漸增多，使得對巖心微裂縫及大孔道的封堵能力逐漸增強，兩巖心的注入壓力增大，但老化后封堵能力降低，使得SMG 驅后整體壓力增幅小于老化前；同時注入未老化SMG的巖心后續水驅SMG能長期滯留于巖心，不斷運移到巖心深部，進而維持壓力穩定，但對于老化后的SMG，由于SMG 高溫高鹽下聚并生成固體造成有效濃度降低、SMG 粒徑變小以及天然巖心內部存在微觀高滲透條帶和微裂縫使其不能長期滯留，難以實現深部運移，進而造成后續水驅壓力降低。

3.2 微米級SMG老化前后驅油效果對比

對于微米級SMG，注入未老化的SMG 水分散液的巖心綜合采收率為69.67%，采收率增幅為8.04%；注入老化1個月的SMG水分散液的巖心綜合采收率為66.96%，采收率增幅仍達5.67%（圖12）。后續水驅兩巖心的注入壓力均維持穩定，SMG 呈現出較好的封堵能力，同時后續水驅注入壓力呈現起伏波動，進一步體現了SMG 在巖心內部暫堵運移的過程。

老化的亞毫米級和微米級SMG 水分散液天然巖心驅油實驗結果表明，盡管SMG 在長期高溫高鹽老化后存在水溶液中有效成分發生聚并、SMG 粒徑變小的現象，但其仍具較好的暫堵能力和深部調驅能力，進而擴大水驅波及體積，提高綜合采收率。同時SMG 也表現出了較好的熱穩定性，通過老化后SMG 干粉的顯微鏡下觀察，其形態與未老化樣相比，顆粒仍呈球狀，整體保持得非常好。

表1 亞毫米級和微米級SMG水分散液驅油效果Table1 Oil displacement effect of aqueous dispersion of submillimeter-scale SMG and micron-scale SMG

圖11 高滲透巖心采收率、含水率和注入壓力與注入量的關系Fig.11 Relation curves of recovery，water cut，and injection pressure with injection volume of high-permeability cores

圖12 低滲透巖心采收率、含水率和注入壓力曲線與注入量的關系Fig.12 Relation curves of recovery，water cut，and injection pressure with injection volume of low-permeability cores

4 結論

SMG 水分散液在阿布扎比X 油田的異常高溫高鹽條件下，具有優異的長期熱穩定性能。經長期高溫高鹽靜置老化后，其粒徑有一定程度縮小，但未發生水解水化，仍然具有波及控制所需的基本理化性能。

采用阿布扎比X油田原油和天然巖心所做的物理模擬驅油實驗均取得較好效果。長期高溫高鹽老化后的亞毫米級和微米級SMG 水分散液驅油提高采收率幅度分別達到6.70%和5.67%。說明這一技術可望解決阿布扎比地區異常高溫高鹽碳酸鹽巖油田水驅不均的開發問題，應積極開展礦場試驗，驗證其技術經濟可行性。