高溫裂縫性致密油藏深部調(diào)驅(qū)技術(shù)應(yīng)用研究

楊 靖, 張 磊, 蒲春生

(1中石化東北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院 2中國(guó)地質(zhì)大學(xué)石油工程系·武漢 3中國(guó)石油大學(xué)石油工程學(xué)院·華東)

東北油氣分公司腰英臺(tái)油田屬高溫裂縫性致密油藏。儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育、非均質(zhì)性強(qiáng)，油井投產(chǎn)時(shí)均經(jīng)過(guò)壓裂改造，在注水開(kāi)發(fā)中油井見(jiàn)水后含水快速上升，為典型的裂縫性水竄[1-3]。油層溫度95℃，地層水為NaHCO3型，礦化度為8 500 mg/L，pH在8.5左右。儲(chǔ)層的這些特征為油田的穩(wěn)油控水提出了重大挑戰(zhàn)。調(diào)剖堵水技術(shù)是油田穩(wěn)油控水最有力的保障，但受聚丙烯酰胺抗溫能力限制，該技術(shù)主要用于85℃以下油藏[4]。致密油藏注入困難，礦場(chǎng)中易出現(xiàn)“注不進(jìn)、堵不住”的情況，這對(duì)調(diào)驅(qū)施工提出了新的挑戰(zhàn)。因此，研發(fā)出抗高溫的聚合物調(diào)驅(qū)劑以及尋找與裂縫性致密油藏相匹配的調(diào)驅(qū)工藝具有重要意義。

裂縫性致密油藏水竄通道主要為不同尺度的裂縫，調(diào)驅(qū)目的是封堵裂縫竄流帶，因此這要求調(diào)驅(qū)劑具有“初始黏度低、成膠強(qiáng)度可控、交聯(lián)時(shí)間可控”的特點(diǎn)?；诖?，在抗高溫調(diào)驅(qū)劑研發(fā)上篩選出纖維素和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)兩種單體與丙烯酰胺(AM)接枝形成新型抗高溫共聚物作為調(diào)驅(qū)主劑。同時(shí)在注入過(guò)程中盡可能讓調(diào)驅(qū)劑運(yùn)移至地層深部以更大范圍地?cái)U(kuò)大波及體積。

一、實(shí)驗(yàn)

1. 實(shí)驗(yàn)材料

改性纖維素，自制，制作方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)[5-9]；丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)為化學(xué)純，北京國(guó)藥試劑集團(tuán)；NaCl、NaHCO3為分析純，北京國(guó)藥試劑集團(tuán)；酚醛樹(shù)脂交聯(lián)劑，自制；配液用水為蒸餾水，20℃黏度為1.6 mPa·s，pH值為7；亞硫酸氫(NaHSO3)，分析純，天津市塘沽新華化工公司；過(guò)硫酸鉀(K2S2O8)，分析純，萊陽(yáng)市康德化工有限公司；氮?dú)?。模擬地層水：先用NaHCO3調(diào)節(jié)自來(lái)水的pH至8.5后再添加NaCl直至總礦化度為8 500 mg/L，與腰英臺(tái)油田實(shí)際地層水性質(zhì)保持一致。

2. 實(shí)驗(yàn)儀器

水浴鍋、恒溫箱、溫度計(jì)、攪拌器、回流冷凝器、四口燒瓶、帶有回流裝置的圓底燒瓶；布氏黏度計(jì)，美國(guó)Brookfield 公司。黏度測(cè)量用布氏黏度計(jì)，剪切速率為7.34 s-1。凝膠性能評(píng)價(jià)溫度為95℃。

3. 聚合物合成

室內(nèi)合成步驟：向250 mL的四口燒瓶中加入100 mL蒸餾水，攪拌下依次加入一定比例的改性纖維素、AMPS、AM(質(zhì)量比1 ∶1 ∶3)，調(diào)節(jié)溶液的pH值為6～7，同時(shí)通氮?dú)?0 min以保證完全除去氧氣，水浴鍋溫度保持45℃，用液滴漏斗緩慢滴加5%的引發(fā)劑(由K2S2O8-NaHSO3按質(zhì)量1 ∶2比組成)，邊攪拌邊反應(yīng)直至反應(yīng)結(jié)束。反應(yīng)結(jié)束后取出樣品干燥即可。

二、結(jié)果與討論

1. 聚合物性能評(píng)價(jià)

1.1 基本理化性能

所合成的聚合物外觀為白色固體，平均分子量6×106。攪拌下向100 mL水中加入聚合物0.5 g，完全溶解時(shí)間45 min。其微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示，從圖1可看出該聚合物已不是線性結(jié)構(gòu)，而是由大量無(wú)規(guī)則的側(cè)鏈所組成，這是引入纖維素和AMPS兩種單體后所形成的，這也是聚合物耐高溫的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖1 濃度0.3%聚合物的掃描電鏡(SEM)圖像

1.2 作為調(diào)驅(qū)主劑關(guān)鍵參數(shù)

調(diào)驅(qū)劑的初始性能主要由聚合物性能決定，聚合物性能指標(biāo)的好壞直接關(guān)系調(diào)驅(qū)施工的成敗。所研發(fā)的接枝聚合物濃度在0.2%～0.4%時(shí)，在常溫常壓下的黏度范圍為28～76 mPa·s，在95℃下黏度范圍為19～54 mPa·s，其注入性能滿足“初始黏度低”要求。該聚合物溶液在95℃條件下放置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，說(shuō)明所研發(fā)的接枝共聚物在地層中可長(zhǎng)距離運(yùn)移并保持性能穩(wěn)定。

2. 調(diào)驅(qū)劑性能分析

2.1 調(diào)驅(qū)劑參數(shù)

利用模擬地層水配制不同濃度聚合物溶液后分別加入0.5%酚醛樹(shù)脂交聯(lián)劑，在95℃下成膠，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，交聯(lián)時(shí)間2～4 d，具體交聯(lián)時(shí)間由聚合物濃度和交聯(lián)劑濃度決定。從圖2中可知，凝膠成膠后的強(qiáng)度較好，聚合物濃度為0.2%體系強(qiáng)度可達(dá)5 000 mPa·s，強(qiáng)度隨濃度的增加而增加，聚合物濃度為0.5%體系強(qiáng)度可達(dá)18 000 mPa·s。不同的凝膠強(qiáng)度可對(duì)應(yīng)不同尺度裂縫，這為封堵不同水竄強(qiáng)度提供重要依據(jù)。放置120 d后凝膠黏度保留率均在90%以上，這說(shuō)明該凝膠體系具有很好的熱穩(wěn)定性，在地層中能長(zhǎng)久滯留形成有效封堵。

圖2 凝膠強(qiáng)度與聚合物濃度關(guān)系曲線

2.2 凝膠微觀結(jié)構(gòu)

由0.2%聚合物+0.5%交聯(lián)劑所形成的凝膠微觀結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3可以看出凝膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是聚合物上的酰胺基團(tuán)與酚醛樹(shù)脂預(yù)聚體交聯(lián)后形成。這說(shuō)明所合成的三元接枝共聚物可以很好形成調(diào)剖劑用于封堵水竄通道。

圖3 凝膠微觀結(jié)構(gòu)(0.2%聚合物+0.5%交聯(lián)劑)

三、深部調(diào)驅(qū)技術(shù)應(yīng)用

1. 井區(qū)概況

YB1-8-6和YB1-6-8兩口注水井位于腰英臺(tái)油田腰北1區(qū)西部，主要含油層為K2qn1Ⅱ-4，均于2007年作為油井壓裂投產(chǎn)。開(kāi)發(fā)井網(wǎng)為120 m×240 m，YB1-8-6井2009年9月轉(zhuǎn)注，YB1-6-8井2010年5月轉(zhuǎn)注，2011年兩個(gè)井組均進(jìn)入特高含水階段(對(duì)應(yīng)油井平均含水率>98%)。調(diào)驅(qū)前YB1-8-6井日注10 m3，井口壓力7 MPa；YB1-6-8井日注40 m3，井口壓力15 MPa。井區(qū)平均變異系數(shù)為0.92，滲透率突進(jìn)系數(shù)為2.30。井區(qū)儲(chǔ)層致密且非均質(zhì)性強(qiáng)，裂縫發(fā)育油水井相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 對(duì)應(yīng)油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

2. 深部調(diào)驅(qū)施工設(shè)計(jì)

裂縫性致密油藏調(diào)驅(qū)施工的首要問(wèn)題是“注入難”，在凝膠具有一定強(qiáng)度的前提下，調(diào)驅(qū)劑的初始黏度盡可能低。施工過(guò)程中采用調(diào)驅(qū)劑與清水交替的多級(jí)多段塞逐級(jí)注入方式，以保證調(diào)驅(qū)劑運(yùn)移至地層深部，同時(shí)也防止井底附近憋壓。調(diào)驅(qū)劑中聚合物濃度首選0.2%，以保證“注的進(jìn)”，若后續(xù)注入過(guò)程中出現(xiàn)“堵不住”現(xiàn)象后可提高聚合物濃度。調(diào)驅(qū)主要施工參數(shù)如表2所示。

表2 裂縫性致密油藏深部調(diào)驅(qū)關(guān)鍵施工參數(shù)

計(jì)劃施工結(jié)束后兩口注水井日注15 m3時(shí)井口注入壓力低于16 MPa(干線壓力17 MPa)。依據(jù)表2中所設(shè)計(jì)的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)驅(qū)施工，兩口注水井施工曲線分別如圖4和圖5所示。施工過(guò)程中所用調(diào)驅(qū)劑由所合成的抗高溫聚合物(質(zhì)量濃度0.2%)和酚醛樹(shù)脂交聯(lián)劑(質(zhì)量濃度0.5%)組成，YB1-8-6井共計(jì)注入調(diào)驅(qū)劑364 m3(聚合物干粉0.728 t，交聯(lián)劑1.82 t)，YB1-6-8井共計(jì)注入調(diào)驅(qū)劑480 m3(聚合物干粉0.96 t，交聯(lián)劑2.4 t)。從圖4和圖5中均可看出注入壓力呈階梯式的緩慢上升，這說(shuō)明多級(jí)段塞逐級(jí)注入能將井筒周?chē)鷫毫徛南虻貙由畈酷尫?，調(diào)驅(qū)劑能運(yùn)移至地層深部，避免了近井地帶堆積憋壓。施工結(jié)束后YB1-8-6注水14 m3/d時(shí)，注入壓力14.5 MPa；YB1-6-8井注水20 m3/d時(shí)，注入壓力15.1 MPa。兩口注水井均能滿足配注計(jì)劃和注入壓力要求。

YB1-8-6井組平均日增油2.92 t，平均含水率由99%下降至91.92%。YB1-6-8井組平均日增油2.87 t，平均含水率由99%下降至94.73%。說(shuō)明采用所合成的抗高溫聚合物和多級(jí)交替段塞逐級(jí)注入方式可取得較好的調(diào)驅(qū)施工效果。

圖4 YB1-8-6注水井逐級(jí)交替注入曲線

圖5 YB1-6-8注水井逐級(jí)交替注入曲線

四、結(jié)論

(1)以改性纖維素、AMPS和AM單體為原料合成了一種接枝共聚物，所合成的接枝共聚物水溶液初始黏度有很好的熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)的抗剪切性能，能運(yùn)移至地層深部并保持性能穩(wěn)定。

(2)以接枝共聚物為主劑所合成的調(diào)剖劑在95℃下的交聯(lián)時(shí)間2～4 d，調(diào)剖劑成膠強(qiáng)度可控，能滿足不同水竄強(qiáng)度的封堵要求，且有很好的熱穩(wěn)定性，在地層中能長(zhǎng)久滯留。

(3)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，針對(duì)裂縫性致密儲(chǔ)層，采用多級(jí)段塞交替(調(diào)驅(qū)劑與清水)注入可將所研發(fā)的調(diào)驅(qū)劑推向地層深部進(jìn)而提高波及效率，說(shuō)明所研發(fā)的調(diào)驅(qū)劑和所采用的施工工藝能較好的適用于腰英臺(tái)裂縫性致密油田。這為同類(lèi)致密儲(chǔ)層的穩(wěn)油控水提供了新的技術(shù)支撐。

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