調剖劑/調驅劑組合方式與油藏適應性研究
——以渤海油田儲層地質和流體條件為例*

劉 歡，王承州，盧祥國，劉義剛，王 楠，張 楠，何 欣

（1.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；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司研究院，天津塘沽 300450）

渤中34-2/4 油田位于渤海南部海域，受斷層切割影響，儲層為礫砂巖、砂巖、粉細砂巖等為主的油水關系比較復雜的層狀構造，原油及其他流體物性較好［1］。該儲層的巖石膠結疏松、含油層段多、埋藏深、滲透率低，在經歷了衰竭開采、注水開采、綜合調整3 個階段后，儲層的非均質性加劇，含水率上升，采收率下降，嚴重制約油田的開發效果［2-4］。近年來，為提高渤海油田的開發效果，研究者們已開展了大量的室內研究與礦場試驗［5-8］。梁守成等［9］以物理模擬為技術手段開展了調剖調驅分級組合效果研究，認為多級調剖調驅技術兼顧了大孔道治理和中低滲透層深部液流轉向技術需求，可以取得較好增油降水效果。曹偉佳等［10］通過室內實驗研究了Cr3+聚合物弱凝膠、強凝膠和聚合物微球組合方式的調剖效果，發現采取弱凝膠+強凝膠+聚合物微球的組合方式，采收率增幅最大，液流轉向效果明顯。黃曉東等［11］采用凍膠+聚合物微球組合，實行井口調剖和在線調剖調驅相結合的方式來調整吸水剖面，最終證明了該技術對海上稠油油田的控水穩油是可行的，投入產出比是常規化學調剖的3倍。目前有關調剖劑/調驅劑組合方式與油藏儲層適應性的研究分析較少，本文通過室內實驗計算調剖劑與調驅劑在巖心中的阻力系數、殘余阻力系數以及封堵率，分析其壓力特征和分流率特征，研究確定調剖劑與調驅劑組合方式與目標儲層的適應性。在大力應用聚合物凝膠和微球成熟配套技術基礎上，對于調剖/調驅技術個性化、精細化方案的設計及油田高效開發具有重要指導意義。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

干粉聚合物TJDW1，相對分子質量1900×104，水解度25.6%，有效含量88%；低溫酚醛樹脂類交聯劑，有效含量100%，間苯二酚固化劑，有效含量100%。聚合物微球，分為“納米型”（粒徑200～600 nm）和“超分子型A”（粒徑1～18 μm）兩種，有效含量100%。以上實驗藥劑均由中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院提供。實驗用水為油田模擬注入水，礦化度9130.3 mg/L，主要離子質量濃度（單位mg/L）：K++Na+3196.54、Ca2+193.12、Mg2+10.71、Cl-4879.12、SO42-4.3、HCO3-846.51。實驗巖心為石英砂環氧樹脂膠結人造巖心［12-14］，包括柱體和長方體兩種規格，其中柱狀巖心Ⅰ的幾何尺寸為φ2.5 cm×10 cm，滲透率Kg分別為200×10-3、500×10-3、1000×10-3、3000×10-3、5000×10-3μm2；層內均質方巖心Ⅱ，幾何尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm，滲透率Kg=500×10-3、1000×10-3、4000×10-3、8000×10-3μm2。

DV-Ⅱ型布氏黏度儀，美國Brookfield 公司；BDS400 型倒置生物熒光顯微鏡，奧特光學儀器公司；驅替實驗儀器設備主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等。

單一藥劑適應性實驗流程與組合方式適應性實驗流程見圖1。

圖1 適應性實驗設備流程圖

1.2 實驗方法

1.2.1 調剖劑和調驅劑基本性能測定

先采用注入水配制質量濃度為5 g/L 的干粉聚合物母液，然后用注入水稀釋成質量濃度為3 g/L的目的液，再分別加入3 g/L的低溫酚醛樹脂類交聯劑和3 g/L 固化劑間苯二酚，形成酚醛樹脂聚合物凝膠，即初低黏延緩交聯型調剖劑。采用DV-Ⅱ型布氏黏度儀測試在70 ℃下成膠反應不同時間后的調剖劑黏度，當黏度小于100 mPa·s 時，采用“0”號轉子在轉速6 r/min 下進行測試，當黏度為100～20000 mPa·s時，采用“1～4”號轉子在轉速30 r/min進行測試，測試為溫度70 ℃。

采用注入水配制質量濃度為3 g/L 的聚合物微球調驅劑，攪拌均勻后置于溫度為70 ℃恒溫箱內緩膨，定期采用倒置生物熒光顯微鏡觀測聚合物微球的粒徑。

1.2.2 調剖劑和調驅劑與儲層滲透率適應性評價實驗

將柱狀巖心抽真空、飽和模擬注入水后，向巖心中注模擬注入水，待壓力穩定后記錄注入壓力，計算巖心水測滲透率；注入4～5 PV的調剖劑/調驅劑，實時記錄采出液體積和注入壓力；調剖劑候凝36 h/調驅劑緩膨3 d，繼續注入模擬注入水，實時記錄采出液體積和注入壓力。計算阻力系數、殘余阻力系數以及封堵率，以此為指標評價調剖劑/調驅劑與儲層的適應性優異程度。以上實驗溫度為70 ℃，注入速率為0.9 mL/min，

1.2.3 調剖劑/調驅劑組合方式與儲層滲透率適應性評價實驗

將方形巖心抽真空、飽和模擬注入水后，將不同滲透率級差［VK=2（Kg=500×10-3/1000×10-3μm2），VK=8（Kg=500×10-3/4000×10-3μm2），VK=16（Kg=500×10-3/8000×10-3μm2）］巖心以并聯的方式組合在一起，向巖心中注模擬注入水，待壓力穩定后記錄注入壓力和高、低滲透層的出液量；采用“恒壓”方式注入0.2 PV（高、低滲透層總孔隙體積）的調剖劑，記錄注入壓力和高、低滲透層出液量；待調剖劑候凝36 h后，向巖心中注0.8 PV的調驅劑，記錄注入壓力和高、低滲透層出液量；待調驅劑緩膨3 d后繼續注入模擬注入水，記錄注入壓力和高、低滲透層出液量。計算高滲透層與低滲透層初始、過程中、后續水的分流率，以低滲透層分流率的增幅為指標評價調剖/調驅組合方式與儲層的適應性優異程度。

以上實驗溫度為70 ℃，除恒壓注入外其他注入速率為1.2 mL/min。

2 結果與討論

2.1 調剖劑和調驅劑基本性能

2.2.1 調剖劑的成膠性能

在70 ℃下，初低黏延緩交聯型調剖劑在不同成膠時間下的成膠黏度見表1。由表1可知，調剖劑的黏度在0～2 d 的時間內增加較少，2 d 后急劇增加，表明此時聚合物分子發生了分子內交聯，形成了長鏈或區域性網狀結構［15］，且最終成膠黏度＞100 Pa·s，成膠強度較高。考慮到調剖劑的注入性及封堵性，將調剖劑的候凝時間確定為1.5 d。

表1 調剖劑在不同成膠時間下的成膠黏度

2.1.2 調驅劑的膨脹性能

在70 ℃下，兩種調驅劑在水化不同時間后的膨脹倍數見表2。由表2可知，聚合物微球調驅劑的膨脹倍數隨水化時間的延長而增大，“納米型”微球水化后粒徑增大，表面能增加，分散性改善。“超分子型A”微球的初始粒徑膨脹倍數較小，但水化膨脹速率較快，120 h 后趨于穩定，最終聚合物微球的粒徑較大。

表2 兩種調驅劑的膨脹倍數隨水化時間的變化

2.2 調剖劑與儲層滲透率適應性

調剖劑在不同滲透率巖心中的阻力系數、殘余阻力系數和封堵率測定結果見表3。由表3可知，隨著巖心滲透率的逐漸增大，阻力系數和殘余阻力系數下降，且殘余阻力系數下降的幅度逐漸變緩，表明調剖劑在巖心中發生了滯留，且滯留量隨著滲透率的增加而逐漸減少。此外，調剖劑對4 種不同滲透率巖心的封堵率均大于95%，由此可見，該調剖劑的封堵性能較好，能起到封堵高滲透層，調整吸液剖面的作用。

表3 調剖劑對不同滲透率巖心的阻力系數、殘余阻力系數和封堵率

在注入調剖劑過程中不同滲透率巖心的注入壓力隨注入體積的變化見圖2。從圖2可以看出，在注入調剖劑過程中，隨著巖心滲透率的降低，調剖劑的注入壓力升高。當巖心的氣測滲透率低于3000×10-3μm2時，注入壓力呈現持續升高態勢，表明此時調剖劑的注入量大于采出量，在巖心中發生了堵塞，與巖心孔隙尺寸適應性較差；當巖心的氣測滲透率高于3000×10-3μm2時，注入壓力隨著注入體積的增加而逐漸趨于穩定，表明此時調剖劑在巖心中的注入量與采出量達到了平衡，與巖心孔隙尺寸適應性較好。由此可知，調剖劑可進入巖心的滲透率適宜范圍應在1000×10-3～3000×10-3μm2之間。

圖2 調剖劑注入過程中注入壓力隨注入體積的變化

2.3 調驅劑與儲層滲透率適應性

“納米型”調驅劑和“超分子型A”調驅劑對不同滲透率巖心的阻力系數、殘余阻力系數和封堵率見表4。由表4 可知，隨著巖心滲透率的逐漸增加，阻力系數和殘余阻力系數降低，且下降的幅度逐漸變緩，表明這兩種類型的調驅劑在巖心中均發生了滯留，且滯留量隨著滲透率的增加而逐漸減少，同時，“超分子型A”調驅劑在巖心中的殘余阻力系數大于阻力系數，表明“超分子型A”調驅劑與巖心孔隙尺寸配伍性較好。此外，經對比發現，在巖心滲透率相同的情況下，“超分子型A”調驅劑在巖心中的封堵率大于“納米型”調驅劑，由此可知，“超分子型A”調驅劑在巖心中的水化膨脹性能、深部調驅能力優于“納米型”調驅劑的。

表4 調驅劑對不同滲透率巖心的阻力系數、殘余阻力系數和封堵率

不同滲透率巖心在注入調驅劑過程中注入壓力隨注入體積的變化見圖3。從圖3可以看出，在注入調驅劑過程中，隨著巖心滲透率的降低，注入壓力升高。當巖心的氣測滲透率在500×10-3～1000×10-3μm2時，兩種調驅劑的注入壓力隨著注入體積的增加而逐漸趨于穩定，表明調驅劑與巖心孔隙尺寸適應性較好。由此可知，兩種調驅劑可進入巖心的滲透率適宜范圍均應在500×10-3～1000×10-3μm2之間。

圖3 “納米型”調驅劑（a）和“超分子型A”調驅劑（b）的注入壓力隨注入體積的變化

2.4 調剖劑/調驅劑組合方式與儲層滲透率適應性

對雙管并聯巖心先水驅然后以“恒壓”方式注入0.2 PV（高、低滲透層總孔隙體積）的調剖劑，待調剖劑候凝36 h 后，再向巖心中注0.8 PV 的調驅劑，待調驅劑緩膨3 d后，繼續水驅，在3種滲透率級差、2 種調驅劑類型情況下高、低滲透層的分流率測定結果見表5。由表5可知，當調剖劑和調驅劑注入并聯巖心后，后續流體由高滲層轉向低滲層，致使高滲層吸液量減少，低滲層吸液量增加，且隨著巖心滲透率級差的增大，低滲層吸液量增幅減小。同時，在調剖劑注入量相同的基礎上，“超分子型A”調驅劑對于提高低滲透層的分流量效果更好一些。這表明對于非均質性較強的地層，采用凝膠類調剖體系能有效封堵高滲透層，而采用聚合物微球類調驅劑體系可實現對流體在巖心深處的宏觀和微觀調控，兩者組合在一起，相輔相成，能較好地提高低滲透層的動用程度，提高低滲透層的采收率。

表5 調剖劑/調驅劑組合注入對不同滲透率級差巖心的分流率

不同巖心滲透率級差情況下，高、低滲透層分流率隨注入體積的變化見圖4。從圖4可以看出，在滲透率級差小于8時，調剖劑/調驅劑組合方式對于后續流體的轉向效果較好，低滲透層的吸液量明顯增加，動用程度提高；而滲透率級差大于8 時，注入調剖劑和調驅劑后，低滲層吸液量較水驅階段也相應有所增加，但增加幅度略低。調剖劑/調驅劑組合方式提高低滲透層的動用程度隨著儲層非均質性的增大而降低，滲透率級差大于8 后，調剖劑/調驅劑組合方式的液流轉向效果有所減弱。

圖4 驅替過程中不同滲透率級差巖心高、低滲透層的分流率隨注入體積的變化

3 結論

調剖劑與調驅劑在與儲層滲透率適應性研究中，應著重考察兩者的注入能力。通過實驗計算調剖劑與調驅劑在巖心中的阻力系數、殘余阻力系數以及封堵率，分析其壓力特征，確定其與儲層滲透率適應性的優劣。在70 ℃、0.9 mL/min的注入速率下，初低黏延緩交聯型調剖劑可進入巖心滲透率的適宜范圍應在1000×10-3～3000×10-3μm2之間，封堵率大于95%，封堵性能和液流轉向效果均較好；“納米型”和“超分子型A”聚合物微球非連續性調驅劑可進入巖心滲透率的適宜范圍應在500×10-3～1000×10-3μm2之間，且“超分子型A”調驅劑在巖心中的水化膨脹性能、深部調驅能力要優于“納米型”調驅劑。

采用凝膠類調剖劑可對巖心的高滲透層進行有效封堵，采用微球類調驅體系可實現對流體在巖心深處的宏觀和微觀調控，兩者組合在一起，能較好地提高低滲透層的動用程度。調剖劑/調驅劑組合方式提高低滲透層的動用程度隨著儲層非均質性的增強而降低，滲透率級差大于8 后，調剖劑/調驅劑組合方式的液流轉向效果有所減弱。