調剖調驅劑合理注入壓力及液流轉向驅效果研究*
——以渤海LD5-2油田為例

孟祥海，劉義剛，王傳軍，柴世超，魏 偉

（1.中海油（中國）有限公司 天津分公司 渤海研究院，天津300450；2.東北石油大學 提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶163318）

渤海油田群具有注采井距較大、注采強度較高、儲層厚度較大、平均滲透率較高、非均質性較強、原油黏度較高和巖石膠結強度較低等特點，水驅開發效果較差[1-3]。LD5-2油田位于渤海遼東灣海域，區域上位于遼東灣海域遼西凹陷中段，東側緊靠遼西低凸起，屬于遼西1號斷層下降盤上的一個斷塊構造，儲層平均滲透率超過1000×10-3μm2。長期高強度注水沖刷造成儲層結構破壞，形成優勢通道，目前，油田開發已經進入中高含水開發期[5]，亟待采取深部液流轉向措施[4,5]。近年來，渤海油田調剖調驅技術研究和礦場試驗取得重要進展，為油田穩油控水做出了重要貢獻[6,7]。但也必須看到，隨著調剖調驅輪次增加，調剖調驅效果逐漸變差[8-11]。分析發現，除了調驅劑油藏適應性和延緩成膠性等方面存在問題和不足外，調剖調驅施工過程中注入壓力過高致使藥劑進入中低滲透層也是重要原因。一旦藥劑進入中低滲透層，滯留作用就會產生附加滲流阻力，進而引起吸液壓力大幅度升高，最終造成吸液壓差和吸液量減小[12-15]。由此可見，調剖調驅施工過程中注入壓力低于中低滲透層吸液啟動壓力就可以避免傷害中低滲透層，進而獲得較好增油降水效果。近年來，有關儲層巖石滲透率與吸液啟動壓力關系研究受到石油科技工作者高度重視。葛嵩等通過對無機地質聚合物凝膠的啟動壓力測試，證明高低滲透層極差越大，低滲層啟動壓力越低[16]；趙樹成等通過LH2500新型抗鹽聚合物現場試驗，認為油層啟動壓力與滲透率、流體性質密切相關，只有當注入壓力達到油層中液體流動壓力，油層才開始動用[17]；楊樹坤等通過對實驗數據回歸分析，得到啟動壓力梯度與溫度關系曲線，認為熱膨脹和降低啟動壓力是致密油藏熱水驅主要增油機理[18]。雖然相關工作成果已經證實，調剖劑注入速度與液流轉向效果密切相關，但由于施工設計時無法預先確定儲層吸液啟動壓力，也就難以有效控制注入壓力，往往因注入壓力過高造成低滲透儲層傷害和影響液流轉向效果。為滿足目標油藏調剖調驅技術需求，本文擬采用物理模擬方法，開展調驅劑最低注入壓力優化及調驅效果研究，研究成果對于礦場技術決策具有重要參考價值。

1 測試條件

1.1 測試材料

調剖劑為Cr3+聚合物凝膠，其中聚合物為部分水解聚丙烯酰胺（相對分子質量1900×104，固含量88%），交聯劑為有機鉻。調驅劑為聚合物微球（初始粒徑中值3.5μm，完全水化時間5d左右）。上述藥劑由中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海研究院提供。

實驗用水為LD5-2油田注入水，注入水水質分析見表1。

表1 水質分析Tab.1 Salty analysis

實驗用油為模擬油，由LD5-2油藏原油與輕烴混合組成，55℃下黏度17.0mPa·s。

巖心為石英砂環氧樹脂膠結人造方巖心[19,20]，幾何尺寸：寬×高×長=4.5cm×4.5cm×30cm，滲透率Kg=5600×10-3、3200×10-3和800×10-3μm2。

1.2 儀器設備和測試步驟

巖心驅替實驗儀器設備主要包括氣瓶、手搖泵、平流泵、壓力傳感器（壓力表）、巖心夾持器和中間容器等，除平流泵和手搖泵外，其它部分置于恒溫箱內。實驗設備流程見圖1。

圖1 設備及流程示意圖Fig.1 Equipment and process diagram

測試步驟（1）室溫下巖心抽真空飽和地層水，測量孔隙體積，計算孔隙度；（2）55℃條件下單塊巖心水測滲透率；（3）55℃條件下單塊巖心飽和油，計算含油飽和度；（4）將高中低3塊巖心組成并聯巖心，以1mL·min-1進行水驅，記錄該速度下各巖心分流率，直到綜合含水率95%，取此時注入壓力P1為基準參考壓力；（5）以不同注入壓力（P1的倍數）和“恒壓”方式注入調剖劑或“調剖劑+調驅劑”；（6）調剖劑候凝24h（調驅劑緩膨3d）后，以1mL·min-1后續水驅至綜合含水率98%；（7）建立注入壓力與分流率間關系。

1.3 方案設計

（1）調剖劑注入壓力對驅油效果和分流率的影響

溶劑水 注入水；

調剖劑 聚合物（2000mg·L-1）+Cr3+交聯劑（1000mg·L-1）；

注入壓力 方案1-1，1.0P1；方案1-2，1.5P1；方案1-3，2.0P1；方案1-4，5.0P1；方案1-5，10.0P1,其中，P1為水驅到含水95%時的穩定壓力。

段塞尺寸0.1PV；

評價指標 調剖劑注入壓力對驅油效果和分流率關系。

（2）“調剖劑+調驅劑”注入壓力對驅油效果和分流率的影響

溶劑水 注入水；

組成 調剖劑“聚合物（2000mg·L-1）+Cr3+交聯劑（1000mg·L-1）”，調驅劑（3000mg·L-1）；

方案內容 根據方案1-1～方案1-5實驗結果，優選調剖劑的注入壓力P2，再分別以小于P2、或等于P2、或大于P2的壓力設計“方案2-1”、“方案2-2”和“方案2-3”中調驅劑注入壓力，并開展驅替實驗。

段塞尺寸0.1PV調剖劑+0.2PV調驅劑；

評價指標“調剖劑+調驅劑”注入壓力對驅油效果和分流率關系。

2 結果分析

2.1 調剖劑注入壓力對驅油效果和分流率的影響

將并聯巖心以“恒速”方式（1mL·min-1）水驅到含水率95%，此時注入壓力P1=0.004MPa。采用1.0P1、1.5P1、2.0P1、5.0P1和10.0P1注入壓力和“恒壓”方式注入0.1PV調剖劑，候凝24h后再以“恒速”（1mL·min-1）方式進行后續水驅。

2.1.1 動態特征 實驗過程中調剖劑注入時間和各階段采收率見表2，注入壓力、含水率和采收率與PV數關系見圖2。

表2 各驅替階段結束時采收率Tab.2 Recovery at the end of each displacement phase

圖2 注入壓力、含水率和采收率與PV數關系Fig.2 Relationship between injection pressure,water content and recovery factor and PV number

由表2可以看出，調剖劑注入壓力對最終采收率存在較大影響。在調剖劑（恒壓）注入階段，初期調剖劑主要進入高滲透層并發生滯留和增加滲流阻力，隨注入PV數增加，中低滲層開始吸入調剖劑和滲流阻力增加。由于采用"恒壓"注入方式，滲流阻力增加引起注入速度降低即注入時間延長。在后續水驅階段，由于調剖劑在各個滲透層內滯留量不同，啟動壓力升高幅度不同，吸液壓差和吸液量變化幅度也就不同。隨調剖劑（恒壓）注入壓力升高（見圖2），中低滲透層調剖劑滯留量增加，吸液啟動壓力升高，后續水驅階段吸液壓差和吸液量減小，擴大波及體積效果變差，最終采收率和增幅呈現減小趨勢。

盡管降低調剖劑注入壓力可以取得較好液流轉向效果，但同時也增加了注液時間，這不僅延長了施工作業時間、提高了作業費用，而且也破壞了油藏注采平衡。考慮到注入壓力1P1與1.5P1采收率增幅差別不大，因而推薦1.5P1為后續實驗調剖調驅劑注入壓力。

2.1.2 液流轉向效果 實驗過程中不同注入階段各滲透層吸液占比見圖3。

圖3 不同注入階段各小層總分流率Fig.3 Total diversion rate of each layer in different injection stages

由圖3可以看出，在調剖劑注入階段，注入壓力大于1.5P1（0.006MPa）時中滲層開始大量吸入調剖劑，注入壓力為2.0P1（0.008MPa）時低滲層開始吸入調剖劑。由此可見，注入壓力超過2P1后高中低滲透層都在吸入調剖劑，致使滲流阻力、吸液啟動壓力和注入壓力明顯升高（見圖2），并且中低滲透層尤其是低滲透層啟動壓力升幅較大。在后續水驅階段，由于“方案1-1”注入壓力較低（1.0P1），中低滲透層調剖劑吸入量很少，吸液啟動壓力未受到明顯影響，因而中低滲透層吸液占比大幅度升高，此時中滲透層分流率大于低滲透層，低滲透層大于高滲透層；隨著“方案1-2”、“方案1-3”和“方案1-4”調剖劑注入壓力逐漸升高，中低滲透層尤其是中滲透層調剖劑吸入量增加，吸液啟動壓力受到較大影響，因而中低滲透層尤其是中滲透層吸液占比開始逐漸減小，此時低滲透層分流率大于中滲透層，中滲透層大于高滲透層；隨著“方案1-5”調剖劑注入壓力進一步升高，中低滲透層尤其是低滲透層調剖劑吸入量較大幅度增加，吸液啟動壓力明顯影響，因而中低滲透層尤其是低滲透層吸液占比明顯減小，此時高滲透層分流率大于中低滲透層，調剖液流轉向作用完全失效。

綜上所述，調剖劑注入壓力對各滲透層吸液量以及后續液流轉向有較大影響。過低注入壓力意味著過長注入時間即過高施工作業費用，過高注入壓力則意味著過多調剖劑進入中低滲透層，即過大吸液啟動壓力升高幅度。從注入時間和液流轉向效果兩方面考慮，推薦后續“調剖劑+調驅劑”驅替實驗中調剖劑“恒壓”注入壓力P2=1.5P1。

2.2 “調剖劑+調驅劑”注入壓力對驅油效果和分流率的影響

將并聯巖心以“恒速”（1mL·min-1）方式水驅到含水率95%，采用P2=1.5P1“恒壓”方式注入0.1PV調剖劑，候凝24h后再分別以P2=1.0P1、1.5P1和3.0P1“恒壓”方式注入調驅劑，緩膨3d后以“恒速”（1mL·min-1）方式后續水驅到含水98%。

2.2.1 動態特征 實驗過程中兩種化學藥劑注入時間和各階段采收率見表3，注入壓力、含水率及采收率與PV數關系見圖4。

表3 各驅替階段結束時采收率Tab.3 Recovery at the end of each displacement phase

圖4 注入壓力、含水率和采收率與PV數關系Fig.4 Relationship between injection pressure,water content and recovery factor and PV number

由表4可以看出，在水驅采收率基本相同條件下，“方案2-1”采用“1.5P1+1.0P1”注入壓力和“恒壓”方式分別注入“調剖劑和調驅劑”，最終采收率增幅最大，為22.85%。由此可見，隨調驅劑注入壓力升高，采收率增幅呈現小幅度減小，但注入時間大幅度下降。與調剖劑相比較，調驅劑注入壓力對最終采收率影響較小。

2.2.2 液流轉向效果 實驗過程中不同注入階段各滲透層總吸液量和總分流率見圖5。

圖5 不同注入階段各小層總分流率Fig.5 Total diversion rate of each layer in different injection stages

由圖5可以看出，與“方案2-3”相比較，“方案2-1”和“方案2-2”調驅劑注入壓力較低，中高滲層吸入量較多，二小層總分流率合計97.97%和95.81%，低滲層吸液量少，為2.03%和4.19%，因而低滲透層啟動壓力增幅較小，后續水階段吸液壓差和吸液量較大，擴大波及體積效果較好。綜合考慮開發效果與作業成本，優選1.5倍水驅壓力作為注入壓力，可以達到較好的技術經濟效果。

3 結論

（1）隨調剖劑和調驅劑注入壓力升高，中低滲透層吸液壓差和吸液量增加，吸液啟動壓力增加，后續水驅階段吸液壓差和吸液量減小，液流轉向效果變差。

（2）與調剖劑相比較，調驅劑注入壓力對深部液流轉向效果影響較小。

（3）當以水驅結束時，注入壓力P值1.5倍作為調剖劑和調驅劑注入壓力時，調剖調驅可以取得較好技術經濟效果。