高温裂缝性致密油藏深部调驱技术应用研究

杨 靖, 张 磊, 蒲春生

(1中石化东北油气分公司石油工程技术研究院 2中国地质大学石油工程系·武汉 3中国石油大学石油工程学院·华东)

东北油气分公司腰英台油田属高温裂缝性致密油藏。储层天然裂缝发育、非均质性强，油井投产时均经过压裂改造，在注水开发中油井见水后含水快速上升，为典型的裂缝性水窜[1-3]。油层温度95℃，地层水为NaHCO3型，矿化度为8 500 mg/L，pH在8.5左右。储层的这些特征为油田的稳油控水提出了重大挑战。调剖堵水技术是油田稳油控水最有力的保障，但受聚丙烯酰胺抗温能力限制，该技术主要用于85℃以下油藏[4]。致密油藏注入困难，矿场中易出现“注不进、堵不住”的情况，这对调驱施工提出了新的挑战。因此，研发出抗高温的聚合物调驱剂以及寻找与裂缝性致密油藏相匹配的调驱工艺具有重要意义。

裂缝性致密油藏水窜通道主要为不同尺度的裂缝，调驱目的是封堵裂缝窜流带，因此这要求调驱剂具有“初始黏度低、成胶强度可控、交联时间可控”的特点。基于此，在抗高温调驱剂研发上筛选出纤维素和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)两种单体与丙烯酰胺(AM)接枝形成新型抗高温共聚物作为调驱主剂。同时在注入过程中尽可能让调驱剂运移至地层深部以更大范围地扩大波及体积。

一、实验

1. 实验材料

改性纤维素，自制，制作方法见参考文献[5-9]；丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为化学纯，北京国药试剂集团；NaCl、NaHCO3为分析纯，北京国药试剂集团；酚醛树脂交联剂，自制；配液用水为蒸馏水，20℃黏度为1.6 mPa·s，pH值为7；亚硫酸氢(NaHSO3)，分析纯，天津市塘沽新华化工公司；过硫酸钾(K2S2O8)，分析纯，莱阳市康德化工有限公司；氮气。模拟地层水：先用NaHCO3调节自来水的pH至8.5后再添加NaCl直至总矿化度为8 500 mg/L，与腰英台油田实际地层水性质保持一致。

2. 实验仪器

水浴锅、恒温箱、温度计、搅拌器、回流冷凝器、四口烧瓶、带有回流装置的圆底烧瓶；布氏黏度计，美国Brookfield 公司。黏度测量用布氏黏度计，剪切速率为7.34 s-1。凝胶性能评价温度为95℃。

3. 聚合物合成

室内合成步骤：向250 mL的四口烧瓶中加入100 mL蒸馏水，搅拌下依次加入一定比例的改性纤维素、AMPS、AM(质量比1 ∶1 ∶3)，调节溶液的pH值为6～7，同时通氮气30 min以保证完全除去氧气，水浴锅温度保持45℃，用液滴漏斗缓慢滴加5%的引发剂(由K2S2O8-NaHSO3按质量1 ∶2比组成)，边搅拌边反应直至反应结束。反应结束后取出样品干燥即可。

二、结果与讨论

1. 聚合物性能评价

1.1 基本理化性能

所合成的聚合物外观为白色固体，平均分子量6×106。搅拌下向100 mL水中加入聚合物0.5 g，完全溶解时间45 min。其微观结构如图1所示，从图1可看出该聚合物已不是线性结构，而是由大量无规则的侧链所组成，这是引入纤维素和AMPS两种单体后所形成的，这也是聚合物耐高温的物质基础。

图1 浓度0.3%聚合物的扫描电镜(SEM)图像

1.2 作为调驱主剂关键参数

调驱剂的初始性能主要由聚合物性能决定，聚合物性能指标的好坏直接关系调驱施工的成败。所研发的接枝聚合物浓度在0.2%～0.4%时，在常温常压下的黏度范围为28～76 mPa·s，在95℃下黏度范围为19～54 mPa·s，其注入性能满足“初始黏度低”要求。该聚合物溶液在95℃条件下放置200 d后黏度保留率高于80%，在95℃下以100 s-1剪切45 min后黏度保留率在85%以上，说明所研发的接枝共聚物在地层中可长距离运移并保持性能稳定。

2. 调驱剂性能分析

2.1 调驱剂参数

利用模拟地层水配制不同浓度聚合物溶液后分别加入0.5%酚醛树脂交联剂，在95℃下成胶，实验结果如图2所示，交联时间2～4 d，具体交联时间由聚合物浓度和交联剂浓度决定。从图2中可知，凝胶成胶后的强度较好，聚合物浓度为0.2%体系强度可达5 000 mPa·s，强度随浓度的增加而增加，聚合物浓度为0.5%体系强度可达18 000 mPa·s。不同的凝胶强度可对应不同尺度裂缝，这为封堵不同水窜强度提供重要依据。放置120 d后凝胶黏度保留率均在90%以上，这说明该凝胶体系具有很好的热稳定性，在地层中能长久滞留形成有效封堵。

图2 凝胶强度与聚合物浓度关系曲线

2.2 凝胶微观结构

由0.2%聚合物+0.5%交联剂所形成的凝胶微观结构如图3所示。图3可以看出凝胶的三维网状结构，这种三维网状结构是聚合物上的酰胺基团与酚醛树脂预聚体交联后形成。这说明所合成的三元接枝共聚物可以很好形成调剖剂用于封堵水窜通道。

图3 凝胶微观结构(0.2%聚合物+0.5%交联剂)

三、深部调驱技术应用

1. 井区概况

YB1-8-6和YB1-6-8两口注水井位于腰英台油田腰北1区西部，主要含油层为K2qn1Ⅱ-4，均于2007年作为油井压裂投产。开发井网为120 m×240 m，YB1-8-6井2009年9月转注，YB1-6-8井2010年5月转注，2011年两个井组均进入特高含水阶段(对应油井平均含水率>98%)。调驱前YB1-8-6井日注10 m3，井口压力7 MPa；YB1-6-8井日注40 m3，井口压力15 MPa。井区平均变异系数为0.92，渗透率突进系数为2.30。井区储层致密且非均质性强，裂缝发育油水井相关参数如表1所示。

表1 对应油井基础数据表

2. 深部调驱施工设计

裂缝性致密油藏调驱施工的首要问题是“注入难”，在凝胶具有一定强度的前提下，调驱剂的初始黏度尽可能低。施工过程中采用调驱剂与清水交替的多级多段塞逐级注入方式，以保证调驱剂运移至地层深部，同时也防止井底附近憋压。调驱剂中聚合物浓度首选0.2%，以保证“注的进”，若后续注入过程中出现“堵不住”现象后可提高聚合物浓度。调驱主要施工参数如表2所示。

表2 裂缝性致密油藏深部调驱关键施工参数

计划施工结束后两口注水井日注15 m3时井口注入压力低于16 MPa(干线压力17 MPa)。依据表2中所设计的参数指标进行现场调驱施工，两口注水井施工曲线分别如图4和图5所示。施工过程中所用调驱剂由所合成的抗高温聚合物(质量浓度0.2%)和酚醛树脂交联剂(质量浓度0.5%)组成，YB1-8-6井共计注入调驱剂364 m3(聚合物干粉0.728 t，交联剂1.82 t)，YB1-6-8井共计注入调驱剂480 m3(聚合物干粉0.96 t，交联剂2.4 t)。从图4和图5中均可看出注入压力呈阶梯式的缓慢上升，这说明多级段塞逐级注入能将井筒周围压力缓慢的向地层深部释放，调驱剂能运移至地层深部，避免了近井地带堆积憋压。施工结束后YB1-8-6注水14 m3/d时，注入压力14.5 MPa；YB1-6-8井注水20 m3/d时，注入压力15.1 MPa。两口注水井均能满足配注计划和注入压力要求。

YB1-8-6井组平均日增油2.92 t，平均含水率由99%下降至91.92%。YB1-6-8井组平均日增油2.87 t，平均含水率由99%下降至94.73%。说明采用所合成的抗高温聚合物和多级交替段塞逐级注入方式可取得较好的调驱施工效果。

图4 YB1-8-6注水井逐级交替注入曲线

图5 YB1-6-8注水井逐级交替注入曲线

四、结论

(1)以改性纤维素、AMPS和AM单体为原料合成了一种接枝共聚物，所合成的接枝共聚物水溶液初始黏度有很好的热稳定性和较强的抗剪切性能，能运移至地层深部并保持性能稳定。

(2)以接枝共聚物为主剂所合成的调剖剂在95℃下的交联时间2～4 d，调剖剂成胶强度可控，能满足不同水窜强度的封堵要求，且有很好的热稳定性，在地层中能长久滞留。

(3)通过现场试验，针对裂缝性致密储层，采用多级段塞交替(调驱剂与清水)注入可将所研发的调驱剂推向地层深部进而提高波及效率，说明所研发的调驱剂和所采用的施工工艺能较好的适用于腰英台裂缝性致密油田。这为同类致密储层的稳油控水提供了新的技术支撑。

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