聚合物微球調驅體系儲層滲透率級差界限實驗

魏 焜，鄭繼龍，劉浩洋，趙 軍，梁恩武，余黃杰

1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452；2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300452；3.海洋石油高效開發國家重點實驗室，天津300452

注水開發油田儲層的非均質性會導致高滲透儲層形成水流優勢通道。為有效封堵高滲透層水流優勢通道，經過多年的研究與實踐，專家學者研發了一種聚合物微球調驅體系，該體系具有諸多優良性能［1-2］。該體系具有較強的抗剪切性和形變性［3］，在一定壓力作用下可發生形變，突破孔喉封堵，向油藏深部運移，提高水驅波及系數；聚合物微球具有較強的膨脹性，膨脹倍數可達到5～20，膨脹倍數可調；聚合物微球之間可發生吸附作用，從而形成聚合物微球簇，對于大孔喉或者縫隙具有一定的封堵作用。此外，該體系還具有較強的耐溫、耐鹽性，水溶性好［4］，注入工藝簡單，僅需小型化柱塞泵即可完成，非常適合海上油田現場施工作業，而且在施工作業過程中無須攪拌罐，不受溫度和時間的影響，具有長周期連續作業的特點。因此聚合物微球調驅體系得到了廣泛的應用［5-6］。然而，聚合物微球調驅體系的直徑與儲層孔喉大小的匹配關系直接影響調驅效果，目前尚未見報道。本文針對渤海某注水開發油田，基于室內動態物理模擬裝置，通過雙管并聯驅替實驗模擬不同滲透率級差的儲層［7-11］，研究實驗室自制的聚合物微球調驅體系儲層滲透率級差界限，以期為聚合物微球調驅體系在海上油田穩油控水方面的應用和研究提供技術支持。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及設備

Quizix 注入泵，皆能（亞洲）有限公司；長巖心夾持器（100 cm×2.5 cm），海安石油科研儀器有限公司；高溫高壓驅替系統，江蘇拓創科研儀器有限公司；100 mL 中間容器，江蘇遠通石油有限公司；BSA423S型電子天平，賽多利斯公司；美國博勒飛Brookfield 黏度計，廣州市東南科創科技有限公司；秒表、量筒等，常規市售產品。

1.2 材料及藥劑

實驗用水：海上某油田現場地層水（NaHCO3型，礦化度6 542 mg/L）。

實驗用油：海上某油田現場脫水原油。

實驗用巖心：不同粒徑（270、180、150、120 和70 μm）的填 砂 模型，模型 尺寸 為Φ25 mm ×300 mm。

實驗用聚合物微球：ZJL-2（粒徑為300 nm），實驗室自制。

實驗溫度：65 ℃。

驅替流速：1.0 mL/min。

1.3 實驗步驟及方法

1）將每根巖心稱干質量，記為m1（g）；將巖心以1.0 mL/min 的速度飽和水，記錄穩定時巖心兩端壓差Δp，將飽和水的巖心再次稱質量，記為m2（g）；計算巖心的孔隙體積V（cm3）、水相滲透率K（D），計算見式（1）～（2）。

式中：ρ水為水的密度，g/cm3；Q為流速，cm3/s；μ為水的黏度，mPa·s；L為巖心長度，cm；A為巖心橫截面積，cm2；Δp為壓差，atm。

2）針對巖心飽和原油，測量巖心含油飽和度，恒溫老化20 h。

3）巖心滲透率級差為高滲透率巖心的滲透率與低滲透率巖心的滲透率之比，通過優選不同滲透率級差的巖心組合開展雙管并聯實驗。首先按圖1 進行實驗，水驅至巖心出口含水率80%，測量出口端產油量、計算水驅采收率；轉注0.3 PV 的2 000 mg/L 的聚合物微球溶液，計算該階段采收率；關閉巖心進出口閥門10～12 h，待體系充分溶脹后轉注后續水驅至巖心出口含水率達到98%時結束，讀取油量并計算后續水驅采收率。

圖1 巖心驅替系統流程

2 結果與討論

2.1 巖心滲透率及級差統計結果

實驗共設計了8 組不同滲透率級差的填砂管并聯開展驅替實驗，巖心滲透率級差如表1 所示。巖心的總孔隙體積即為兩根巖心的孔隙體積之和。

表1 滲透率級差界限篩選用巖心滲透率及級差

基于上述巖心的滲透率及級差情況，結合實驗研究需求，分別開展聚合物微球調驅體系滲透率級差界限實驗和聚合物微球調驅體系低滲與高滲采收率增幅比實驗。

2.2 聚合物微球調驅體系滲透率級差界限實驗結果

實驗統計每組巖心的水驅采收率、聚合物微球驅（化學驅）采收率、后續水驅采收率以及總的累積采收率，結果見圖2。

由圖2 可以看出：滲透率級差為27.05 的雙管并聯實驗，低滲巖心水驅及聚合物微球梯度注入后均不出液（低滲水驅采收率為0），說明高滲巖心滲透率過大，注入的調驅體系不能進行有效封堵；滲透率級差為7.01 的雙管并聯實驗，低滲巖心水驅出液量逐漸增加（相對于滲透率級差為27.05 的雙管并聯實驗），注入調驅體系并且水驅后，低滲巖心中產油量增加，說明注入調驅體系后體系在高滲巖心中形成一定的封堵作用，但效果不佳；滲透率級差分別為5.21、4.05、3.43、2.44和1.62 的雙管并聯實驗，注入調驅體系并且水驅后，低滲巖心產油量大幅增加，說明注入調驅體系后體系在高滲巖心中形成有效封堵，迫使液流轉向低滲透層，大幅挖潛低滲儲層剩余油；而當滲透率級差為1.45 時，由于高、低滲巖心滲透率級差較近，因此，高、低滲巖心驅替規律及趨勢基本一致。

圖2 聚合物微球調驅體系滲透率級差界限實驗結果

2.3 聚合物微球調驅體系低滲與高滲采收率增幅比

實驗統計每組巖心的水驅采收率、聚合物微球驅（化學驅）采收率、后續水驅采收率以及總的累積采收率，計算每組實驗低滲巖心與高滲巖心采收率增幅比與總的采收率，結果見圖3。

圖3 聚合物微球調驅體系低滲與高滲采收率增幅比及總采收率

由圖3 可以看出：當巖心滲透率級差為5.21、4.05、3.43 和2.44 時，低滲巖心與高滲巖心采收率增幅之比分別為4.12、5.59、8.69和4.03，驅替實驗整體采收率分別為54.29%、71.54%、68.24%和69.54%，說明注入聚合物微球體系后，有效封堵高滲透層，低滲巖心得到有效挖潛，整體采收率得到提高。而當滲透率級差偏大（＞7.01）和偏小（＜1.62）時，低滲巖心采收率與高滲巖心采收率增加幅度之比均較低。因此，本實驗所用的聚合物微球調驅體系的最佳滲透率級差界限為2.44～5.21（低滲巖心采收率與高滲巖心采收率增加幅度之比≥4）。

3 結論

1）聚合物微球調驅體系的調驅效果受儲層滲透率級差影響較大。當儲層滲透率級差偏大（＞7.01），聚合物微球調驅體系無法封堵高滲透層，在高滲儲層無法形成有效的滲流阻力，因此其在滲透率級差偏大（＞7.01）的儲層中，挖潛低滲儲層剩余油潛力不足；當滲透率級差偏小時（＜1.62），高低滲巖心驅替規律相近，低滲巖心提高采收率不明顯。

2）在一定的滲透率級差范圍內，聚合物微球在雙管巖心中具有一定的分流作用，能有效封堵高滲巖心，啟動低滲透層，挖潛低滲巖心剩余油，室內實驗結果表明，聚合物微球體系的最佳儲層滲透率級差界限為2.44～5.21。