海上Q油田聚合物微球在线深部调剖技术研究与应用

张勇

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津　300452）

海上Q油田聚合物微球在线深部调剖技术研究与应用

张勇

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452）

本文针对目前渤海海上稠油油田经过长期注水开发，指进现象严重，窜流通道导致注入水低效循环的现状，油田的主要矛盾及对策：由于地层非均质性、油水黏度差异导致主力层注水水窜，波及体积小，油藏采出程度低，注水调驱（扩大水驱波及体积）势在必行。在弱凝胶调驱、氮气泡沫驱和可动凝胶调驱技术的基础上，运用新型纳米微球具有良好注入性和选择性的封堵特性，开展了聚合物微球技术的室内研究和矿场先导试验。结果表明：新型纳米微球技术能有效封堵稠油油田开发中后期疏松砂岩形成的大孔道，改变液流方向，提高注入水利用率，扩大注入水波及体积，显著改善水驱开发效果。新型纳米微球技术的推广应用对海上稠油油田的控水稳油工作的深入开展具有重要意义。

非均质性；深部调剖；聚合物微球；稠油；波及体积；采收率

深部调剖改善水驱提高采收率技术［1，2］，在陆地油田已经取得良好的应用效果，但针对海上油田的系统深入研究与应用才刚起步［3，5］。海上油田的油藏环境和生产条件独特，如海上平台生产作业空间受限，绕丝筛管砾石充填防砂完井，大井距，长井段，一套井网多层开采，强注强采措施既不利于水驱，又加剧了油藏非均质及水指进程度等［10］。鉴于海上油田的上述特点，陆地油田成功的深部调剖技术及经验不能满足海上油田作业要求，需深入开展适合海上油田特点的改善水驱技术研究及应用，提高海上油田采收率［11-13］。

聚合物微球是由交联聚合物溶液（LPS）发展出来的，通过地面预合成，避免地层环境干扰的新型调驱材料［6-9］。初始尺寸为纳米级或亚微米级。随注入水注入至调驱目的储层，待微球膨胀到合适的尺寸，在岩石的孔喉处形成封堵，实现后续注入水的微观改向，进入至未波及的储层［4］。

（1）膨胀后彼此吸附封堵（主要针对大孔道，高渗通道）（见图1，图2）。

图1　结构特点Fig.1 Structure characteristics

图2　吸附封堵机理Fig.2 Adsorption plugging mechanism

（2）膨胀后架桥封堵（主要针对弱水洗的中渗地层，扩大水驱波及体积）（见图3）。

图3　架桥封堵机理Fig.3 Bridge plugging mechanism

（3）聚合物微球综合特点：初始尺寸小，黏度低，注入性好；水化膨胀周期可控，可保证进入深部地层；有弹性，可移动，可实现逐级深部封堵；适用范围广，可耐温130℃、几乎不受矿化度影响；聚合物凝胶内核，抗剪切，长期有效；单一药剂注入，易于控制；施工设备简单，适于海上油田作业。

1　聚合物微球室内性能评价

1.1聚合物微球粒径特性评价

应用扫描电镜和动态激光粒度仪对聚合物微球进行了测定，测定结果（见图4和图5，表1，表2）。扫描电镜照片、光学显微镜照片和粒径分布图和表1及表2表明，微球的初始粒径为纳米级，在水中水化膨胀后粒径可以达到几个甚至几十微米。

图4　初始粒径（480 nm）Fig.4 Initial particle size（480 nm）

表1　聚合物微球体系黏度（mPa·s）Tab.1 System viscosity polymer microspheres（mPa·s）

表2　聚合物微球不同体系水化膨胀情况Tab.2 Different polymer microspheres system hydration expansion

1.2室内高低渗填砂管微球运移封堵实验（非均质油藏）

实验采用高低渗并联填砂管岩心，长度1 m，直径2.5 cm，横截面：5.3 cm2，油田采出砂：840 g；孔隙体积160 mL。注入微球：未膨胀，秦皇岛32-6A油田生产污水，70℃，1 500 mg/L，0.5 mL/min，0.2 PV（见图6）。

压力升高、波动显示微球封堵及向深部运移。在通过低渗断面后，在高渗断面仍然可以形成有效封堵，说明微球耐剪切、耐突破、可移动。由于高渗岩心的流动阻力较低，因此微球会优先进入高渗岩心。微球注入后，在岩心孔喉处发生聚并、吸附封堵及架桥封堵，使得中渗岩心渗透率明显下降，扩大水驱波及体积，实现后续注入水的微观改向，进入至未波及的储层。

1.3室内高低渗并联填砂管微球运移封堵驱油实验（非均质油藏）

图5　60℃水化5 d和15 d后的粒径分布曲线Fig.5 60℃the particle size distribution curve of hydration 5 days and 15 days later

图6　微球注入后渗透率变化情况Fig.6 Microsphere injection after permeability changes

实验采用高低渗并联填砂管岩心，长度1 m，直径2.5 cm，横截面：5.3 cm2，油田采出砂：840 g；孔隙体积160 mL。注入微球：未膨胀，秦皇岛32-6A油田生产污水，70℃，1 800 mg/L，0.5 mL/min，0.5 pV。

表3　注入0.5 PV时不同浓度微球体系的双驱管驱油试验结果Tab.3 0.5 PV system of different concentration of microspheres injection of double drive pipe oil displacement test results

实验步骤：（1）装填模拟岩心，测量渗透率、孔隙体积及孔隙度；（2）饱和原油，在80℃（实验原油黏度为56 mPa·s）下老化2 d；（3）注入油田污水驱替至采出液含水达到98％时，注入0.5 PV的不同浓度的微球调驱体系，在120℃烘箱中恒温5 d；（4）进行水驱，至采出液含水率达到98％时停止。实验结果（见表3，图7）。由表3和图7可以看出，注双管岩心驱油效率在水驱基础上提高8.74％，效果显著。注入微球，高渗及低渗管渗透率均得到调整并趋向均匀，表明具有良好层间/纵向调整效果。注入微球时，采收率均有较大程度的提高，其中低渗管采收率的提高幅度较大，因为微球优先进入并封堵高渗管，启动了低渗层，改善了油藏的非均质性，因此总的采收率提高主要来自于低渗层。

2　聚合物微球在海上稠油油田的矿场实践

图7　双管并联驱油试验曲线Fig.7 The double tube parallel oil displacement test curve

图8　A09注水井动态/压力变化Fig.8 A09 injection well dynamic/pressure changes

聚合物微球在线深度调剖技术先后在中海油南海油田和渤海油田等矿场多个井组进行试验，现场试验表明，采取注聚合物微球深度调剖后，微球可以调节（降低）高渗条带的渗透率，可以连续膨胀并逐级运移到地层深部，对高渗条带的注入水不断改向扩大波及体积，现场注采井组取得了比较明显的效果，是一项有效的深部调驱技术。

2.1注入聚合物微球后注水井动态/压力变化情况

注水井A09的压力变化显示了典型的见效特征，注入微球后压力逐渐上升2.3 MPa左右，说明注入聚合物微球后具有一定的封堵作用。A09井注水动态显示了微球良好的封堵运移效果，注微球后增注对地层能量起到了较好的补充（见图8）。

图10　A09压降曲线计算结果Fig.10 A09 the pressure drop curve calculation results

图11　A09a霍尔曲线Fig.11 A09a hall curve

从压降曲线和霍尔曲线显示封堵较好（见图9～图11），地层能量恢复的井组，可适当降低后续注入微球的浓度，使其分散体积扩大，微球作用最大化。对于工艺参数设计，从A09井组的动态反映和实施效果看，微球的注入性和传播性与预测相符，Ⅰ型核壳球达到了封堵优势渗流通道的目的，Ⅱ型、Ⅲ型微球进入地层深部，发挥逐级封堵作用。

2.2注入聚合物微球后油井动态/压力变化情况

表4　A09井组注入聚合物微球后增油量统计Tab.4 A09 well group after injection of polymer microspheres increased amount of oil

从表4可以看出，注入不同的聚合物微球后，井组内不同的油井见效时间和见效期长短有较大差异。尤其是A10井，停注聚合物微球后有效期长达将近2年时间，含水仍在持续下降，增油降水效果显著。井组内原主要水窜方向上都有明显的降水或降液效果。从见效速度和累计见效时间看，小规模下微球注入，主要作用于优势渗流条带，为局部调剖的效果。

3　聚合物微球在海上稠油油田的矿场实践总结

聚合物微球室内试验表明该技术初始粒径为纳米、微米级，可以用于深部调剖。聚合物微球不同体系水化膨胀情况，Ⅰ型微球以封堵高渗条带为主，Ⅱ型和Ⅲ型微球以扩大波及体积为主。经过对油田现场试验效果来看，注入聚合物微球后注水井一般压力上升，呈现典型的见效特征，微球的注入性和传播性与预测相符，Ⅰ型核壳球达到了封堵优势渗流通道的目的，Ⅱ型、Ⅲ型微球进入地层深部，发挥逐级封堵作用。注水井吸水剖面明显改善，区块水驱效果变好。

通过渤海海上稠油油田聚合物微球现场试验，从聚合物微球适应性方面、微球调驱实施策略和整体调驱效果综合评价可以得出以下规律：（1）含水较低、主力层单一（油水系统不复杂）、采出程度低、压力保持水平高，主要受注入水控制，适宜应用微球调驱技术，并且调驱效果较好；（2）在连通性较好的井组/区块应用，越容易见效，将会取得更好的调驱效果；（3）针对主力砂体，转注早、长期注水冲刷的井组，例如北区秦皇岛32-6油田Nm13 Nm43和南区Nm13小层应以“堵调结合”为主要实施方针，即高强度自交结段塞加小尺度纳米微球长段塞注入；（4）对于在地层边部转注时间较短以恢复或保持地层能量为主的井组，应注入低浓度、大段塞、小尺度的微球，以“调”为主；（5）注水井调剖后，吸水能力增加的层位对应的是尚未突破的生产井的主力产层则油井有降水增油效果；吸水能力下降的层位对应的是油井已经突破的主力层也有降水增油的效果；（6）注水井调剖后，吸水能力增加的层位对应的是注入水已经突破的主力产层则油井液量、含水增加，油量不变或降低；吸水能力下降的层位对应的是生产井的主力产油层，则产液、产油量降低；（7）调新型纳米微球技术能有效封堵稠油油田开发中后期疏松砂岩形成的大孔道，改变液流方向，提高注入水利用率，扩大注入水波及体积，显著改善水驱开发效果，对海上稠油油田的控水稳油工作的深入开展具有重要意义。同时，聚合物微球调驱施工设备简单，适于海上油田作业。新型纳米微球技术的推广应用具有良好的经济效益和推广价值。

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The Bohai offshore oilfield polymer microspheres online deep profile control technology research and application

ZHANG Yong
（CNOOC China Limited Tianjin Branch，Tianjin 300452，China）

In this paper，aiming at Bohai sea oilfield after a long period of water injection development of heavy oil，fingering phenomenon is serious，channeling circulation way lead to the present situation of the injected water inefficient circulation，oilfield the main contradictions and countermeasures，because the formation heterogeneity，oil/water viscosity differences lead to main layer water injection water channeling，swept volume is small，low degree of reservoir，water flooding displacement（enlarge sweep volume water drive）is imperative.In weak gel flooding，nitrogen foam flooding and movable gel flooding technology，on the basis of using the new type of nanometer microspheres with good injection and selective plugging properties，a technique of polymer microspheres indoor research and field pilot test.The re-sults show that the new technology of nanometer microspheres can effectively block develop-ment of loose sand formation in the second half of the thick oil oilfield development macroscopic throats，change flow direction，to improve the utilization rate of injected water，sweep volume expansion of injected water，improve water flooding development effect.New technology popularization and application of nanometer microspheres for water control in offshore viscous crude oilfield oil work thorough development is of great significance.

heterogeneity；deep profile control；polymer microspheres；heavy oil；swept volume；recovery

TE357.46

A

1673-5285（2016）08-0019-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.005

2016-07-04

中国海洋石油总公司“十二五”重大科技专项“海上在生产油气田挖潜增效技术研究”部分成果，项目编号：CNOOC-KJ125ZDXM06LTD。

张勇，男（1972-），1996年毕业于吉林化工学院工业自动化专业，现主要从事海上油气田提高采收率采油工艺技术的研究和推广应用工作，邮箱：zhangyong12@cnooc.com.cn。