柔性转向剂在多孔介质中的运移规律研究

由于油层非均质性和长期水驱,油水井之间形成了大孔道。大量注入水沿着大孔道无效循环,降低了水驱波及系数。矿场试验证明基于弹性变形通过孔喉的柔性转向剂SR-3,对大孔道实现了有效封堵,但其在地层运移规律及深部液流转向机理还需进一步深化。采用孔喉模型对SR-3在大孔道中的运移规律及其封堵大孔道产生的液流转向能力进行了实验研究。分析了喉粒径比、平均喉道长度、驱替液的注入速度对门槛压力的影响及SR-3颗粒的剪切破坏。结果表明SR-3可以变形通过窄小孔喉,在大孔道中产生沿程脉动阻力,实现深部液流转向,提高水驱波及系数。对一定孔隙,有最优喉粒径比,使SR-3在地层中平稳运移,实现深部液流转向。SR-3运移到地层深部是其提高波及系数和采收率的主要因素;SR-3的弹性变形有利于其运移到地层深部。     

高含水油田深部液流转向技术研究

提出了提高高含水注水油藏水驱效率的战略思想：通过深部液流转向改变注入水的流场，遏制注入水通过高渗强水洗部位的无效循环；提出了深部液流转向剂的研究思路：①该剂应是变形剂，具有5个基本特征：自适应性，在高渗部位产生动态沿程阻力，抗剪切，不进入低渗层，耐温耐盐耐老化；②该剂为柔性剂，在大孔道中的运移类似蚯蚓蠕动，具有6个特征：任意变形，环境赋形，强黏附性，强拉伸柔性，化学性稳定，具二次黏结能力。由34％柔性单体、60％共聚单体、5％增韧剂、1％引发剂合成了微粒型胶状柔性深部液流转向剂SR-3，产品为50％的防黏结水悬浮液。SR-3的密度略大于1g／cm^3。可根据注入水密度调节，粒径按油藏大孔道和裂缝确定。力学测试表明SR-3具有很高的弹性、柔性和强度，抗拉强度为28．44kPa。拉伸断裂延伸率为676．8％；在温度45～140℃、矿化度4—93g／L的大庆、胜利、大港、华北、玉门等油田模拟污水中浸泡1年，未见任何破坏现象。吉林油田包括9口油井的G2-1井组注水井，经4次调剖，效果甚微（井组增油25．3t），2005年11月25-26日分3个段塞注入SR-3共8t，悬浮液300m^3，施工注入压力由5．5MPa升至7．0MPa。注入后7个月内井组产油量不减而含水量略降，一口低产井截止2006-04-12共增产油102t。该刑的应用包括：深部液流转向，高温高盐油井堵水，聚驱/复合驱防窜，酸化暂堵，防深部蒸汽窜，钻井修井堵漏防滤失。图2参6。     

柔性转向剂深部液流转向机理

柔性转向剂化学稳定性高，单轴抗拉、抗压缩实验表明柔性转向剂可任意变形，韧性好、不易破碎断裂。一维孔喉模型实验表明柔性转向剂的门槛压力与喉粒径比呈指数关系，当地层压差大于柔性转向剂的门槛压力时，柔性转向剂运移；否则柔性转向剂停留在地层中。网络模型实验表明，柔性转向剂颗粒通过弹性变形、塑性变形、造粒、粘连4种形式交替运移，并以“散兵”式分布在地层微小孔喉处，通过叠加原理形成暂堵蠕动带实现对地层的全程调剖并最终停留在地层深部实现深部液流转向。王官屯油田官74区块柔性转向剂调剖现场试验取得了预期效果，说明柔性转向剂可有效解决高含水油田开发后期大量注入水沿油水井间大孔道无效循环、注入水波及效率较低的问题。图9参16     

柔性转向剂作用机理及其先导试验

柔性转向剂是以舍芒体为原料合成的新型聚合体,其原理是利用柔性转向剂弹性变形特征,在多孔介质中变形运移到地层深部封堵大孔道产生液流转向能力.该技术采用变径细钢管和激光雕刻有机玻璃模型研究了柔性转向剂颗粒在大孔道的运移及封堵特性.吉林油田G2-1井的先导试验结果表明,G2-1井施工后吸水剖面得到一定改善,对应连通油井产油量增加,舍水量有所下降,取得了预期效果.     

深部液流转向剂与油藏适应性研究——以大庆喇嘛甸油田为例

针对大庆喇嘛甸油田油层厚度大、相带组合复杂多样、层内非均质性严重等特点，利用室内岩心驱替实验方法，开展了深部液流转向剂调驱增油效果影响因素及其与油藏适应性研究。结果表明，转向剂用量、强度以及渗透率变异系数对油藏调驱增油效果均有影响：转向剂用量越大，调驱增油效果越好；采收率增幅随转向剂强度增大呈现先增大后减小的变化趋势；渗透率变异系数越大，调驱增油效果越好。岩心流动实验和仪器检测分析研究表明，只有当转向剂的分子线团尺寸及其拟流动岩心孔道半径中值组成的点落在配伍性区域内时，转向剂才可以在孔隙内流动。由此认为，对于非均质油藏，在设计转向剂强度和段塞尺寸时，必须兼顾高、中、低渗透层的特点以及转向剂分子线团尺寸与储集层岩石孔隙半径中值间的匹配关系，以确保转向剂对中、低渗透层的伤害最小。图5表3参17     

区块整体弱凝胶调驱矿场试验及效果

利用弱凝胶在高渗透大孔道中的运移及低渗透小孔隙地层中的不可入性能,对存在高渗透通道的水驱油藏进行深部调驱试验,可以改善高含水开采期油层深部的非均质程度,实现油藏的稳油控水(或增油降水).应用弱凝胶在辽河茨榆坨采油厂青龙台油田龙-11区块进行的整体调驱矿场试验结果表明,弱凝胶深部调驱可以有效地改善了严重非均质油藏高含水开采期的水驱开发效果,减缓了油田的自然递减速度,并获得较好的增油降水效果.在实施1.5a内,不考虑自然递减及其他作业措施的情况下,区块累积增油7126.1t,产水量减少14054m³,投入产出比大于1:7.     

油田深部液流转向技术

针对进入高含水阶段的油田,要稳产必须进行大幅度提液和大量注水。地层由于长期注水冲刷形成大孔道窜流,造成注入水严重低效循环,使得采油成本大幅度上升。堵水调剖技术在一定程度上改善了水驱开发效果,但由于其处理半径有限,不能解决油井水窜问题。因而,提出了利用深部液流转向剂改变注入水流场、遏制注入水通过高渗及强水洗部位无效循环的研究思路及作用机理,并结合机械器材使转向剂发挥作用。     

中高渗砂岩油藏水驱后储层参数变化规律

通过对岔河集油田取心井岩心的分析,发现水驱对中高渗砂岩油藏储层参数有显著影响:孔隙度和渗透率的值随水驱倍数增加而增大,孔隙度变化幅度较小,渗透率增幅比较明显;初始孔隙度和渗透率值越高的样品,水驱后增幅越明显,这反映注入水沿着大孔道推进,对大孔道的影响最大;水驱后,储层出现面孔率和孔隙体积增大、喉道直径增大、泥质等填隙物含量降低、排驱压力和饱和度中值压力降低等变化特征;由于水驱后渗流能力增强的大孔道容易在地层中形成优势渗流通道,注入水沿优势通道推进,影响注入水的波及体积和驱油效率.因此,需要采取深部调驱等措施,封堵已经形成的优势渗流通道,提高注水开发效果.     

可动凝胶深部调驱动态特征的监测

二连盆地蒙古林砂岩油藏进入特高含水期后，注入水主要沿大孔道、高渗透部位突进，无效循环较为严重。根据示踪剂监测技术和密闭取心资料分析，大孔道在平面沿主河道分布（根据驱替速率分为大孔道、次孔道和小孔道三级），纵向主要分布于正韵律沉积的底部，由此确定了可动凝胶深度调驱试验层位。根据施工压力参数变化，产出液中聚合物和铬离子含量监测和不稳定试井，对大孔道的封堵状况进行综合评价，表明可动凝胶具有流度控制和深度调堵的双重作用，能够有效地封堵大孔道、进行深部调驱，改善水驱开发效果，提高采收率。     

利用储层成垢离子物源实现优势通道调整提高水驱效率

为了解决CaCl_2水型油田地层水的高矿化度对深部液流转向剂性能的负影响,降低转向剂成本,进而实现降本增效的目的,本文研究了一种由多种无机材料经特殊工艺加工合成的复合硅酸盐微凝胶转向剂OMGL在CaCl_2水型油田高矿化度地层水中的凝胶性能、封堵转向性能及现场应用情况。该转向剂主要利用高矿化度地层水(注入水)中的Ca2+、Mg2+作为交联剂发生交联反应。室温下,0.6%OMGL在油田水中凝胶化反应在12~24h内完成;随着OMGL浓度升高,体系的凝胶化程度增高,组分为3%OMGL+1%CaCl_2水溶液体系的凝胶化程度达100%。OMGL与地层水中的Ca~(2+)、Mg~(2+)发生凝胶反应形成的粒径0.05~2μm的微凝胶,对低渗小孔基质进入困难,而在优势通道岩石骨架表面通过—Si—O—Si—键形成稳定的微凝胶涂层。转向剂OMGL对渗透率级差在10~50倍范围岩心的调堵效果比较理想。该转向剂已在国内外不同温度不同矿化度条件油藏开展深部调驱现场试验,改善水驱效果良好,注水压力平均升高2~3 MPa,对应油井增油效果良好,有效期在1年以上。     

潜山油藏微球-天然气驱实验评价

裂缝型潜山油藏储集层非均质性强,油藏开发过程中驱替流体指进和窜流频发,封堵裂缝、大孔道等高渗流通道是提高原油采收率的有效措施。通过岩心流动实验,评价了微球对B1潜山油藏储集层岩心裂缝及大孔道的封堵效果,探究了采用微球-天然气驱提高剩余油动用的有效性。结果表明,单一水驱或天然气驱的驱油效率不显著,采用微球驱,微球进入岩心后的膨胀和封堵作用使得阻力系数、注入压力等显著增大;微球粒径直接影响封堵性能,若粒径太小,达不到封堵的效果,若粒径太大,不易注入;微球注入岩心后的膨胀、封堵、解堵、变形后再封堵及天然气溶解的协同作用,对裂缝型潜山油藏开发过程中的驱替流体指进及窜流有明显抑制作用,微球-天然气驱可大幅提高剩余油采出程度。     

超微粉体堵水剂的研究与应用

卫城油田深层油藏分层堵水作业中,油藏高压、低孔、低渗的特点对无机颗粒堵水剂性能要求较高,常规无机颗粒堵水剂与超细G级油井水泥易出现超压、强度低或有效期短的问题。针对这些问题,结合超细水泥堵水的技术缺陷,开展了堵水剂体系技术研究。将超细G级油井水泥、超细粉煤灰、活性矿粉和硅粉按照不同的配方比例配制了一系列堵水剂,对堵水剂的流变性、抗缩性和抗压强度等性能进行了室内实验,确定最佳超微粉体堵水剂配方为87.5%超细水泥+7.0%超细粉煤灰+1.5%活性矿粉+2.5%超细硅粉+1.5%缓凝剂。在卫城油田深层高压低渗油藏成功运用13口井,解决了此类油藏堵水的技术难题。     

高强度堵水剂裂缝细管模型堵水模拟实验

在裂缝性致密储层中,裂缝既是油流通道又是水驱窜流通道,在注水开发中由于裂缝的存在导致水驱波及效率低,从而形成无效注水开发。此外,裂缝性储层的封堵又存在大裂缝封堵效果差、有效期短等问题。鉴于此研制了水溶性酚醛树脂冻胶和单体地层聚合高强度堵剂体系,测定了堵剂在70℃下的成胶性能、稳定性以及封堵强度等。通过细管模拟裂缝研究了不同因素对堵剂突破压力的影响;通过可视化细管研究了堵剂在管中的突破方式以及影响因素。研究结果表明,水溶性酚醛树脂冻胶的突破压力随着冻胶强度的增加而增加,随着管径的增加而减小,随着注水速度的增加先减小、后增加,最后稳定;单体地层聚合堵剂的突破压力随着堵剂强度的增加而增加,随着管径的增加先增大、后减小。在可视化细管实验中,堵剂突破时并不完全沿细管中心突破,其堵剂的强度与黏附性等因素有关。     

高强度堵水剂裂缝细管模型堵水模拟实验

在裂缝性致密储层中，裂缝既是油流通道又是水驱窜流通道，在注水开发中由于裂缝的存在导致水驱波及效率低，从而形成无效注水开发。此外，裂缝性储层的封堵又存在大裂缝封堵效果差、有效期短等问题。鉴于此研制了水溶性酚醛树脂冻胶和单体地层聚合高强度堵剂体系，测定了堵剂在70℃下的成胶性能、稳定性以及封堵强度等。通过细管模拟裂缝研究了不同因素对堵剂突破压力的影响；通过可视化细管研究了堵剂在管中的突破方式以及影响因素。研究结果表明，水溶性酚醛树脂冻胶的突破压力随着冻胶强度的增加而增加，随着管径的增加而减小，随着注水速度的增加先减小、后增加，最后稳定；单体地层聚合堵剂的突破压力随着堵剂强度的增加而增加，随着管径的增加先增大、后减小。在可视化细管实验中，堵剂突破时并不完全沿细管中心突破，其堵剂的强度与黏附性等因素有关。     

孔喉尺度弹性微球运移封堵特性研究

为了进一步明确孔喉尺度弹性微球调剖剂的深部液流转向机理,通过进行理论分析,并开展微球在水驱后、聚合物驱后岩心中的运移封堵实验及多测点运移封堵实验,研究了微球在多孔介质中的运移封堵特性．研究表明：微球分子三维网络结构中高分子链的柔性及物理交联点和自由水的可动性是其具有良好的弹性变形能力和运移封堵能力的基础：微球在水驱后、聚合物驱后岩心中的运移均表现出“波动式压力变化”的特征．不同的是在聚合物驱后岩心中压力波动幅度较小,压力的波动变化说明微球在多孔介质中不断运移、封堵、弹性变形、再运移、再封堵,直至岩心深部：微球在多测点岩心中可以运移至末端测点,并可以在运移的全程进行有效封堵。微球良好的运移封堵性能是其实现深部液流转向作用、扩大波及体积并提高油藏采收率的基础：微球对水驱、聚合物驱后油藏的良好适应性,将在各种油藏进行深部调剖提高采收率的进程中发挥更大的作用。     

基于非均质大模型的特高含水油藏提高采收率方法研究

针对特高含水开发阶段水油比急剧上升、注水量大幅增加和现有技术适应性差等问题,采用非均质物理大模型探索了进一步提高水驱后和聚合物驱后特高含水油藏采收率的方法。研究了聚合物驱-井网调整、自聚集微球-活性剂驱等不同驱替阶段含油饱和度的分布特征,分析了试验过程中注入压力、采收率的变化情况。研究发现,采用井网调整改变流线方向结合聚合物驱扩大波及系数的方法,可使水驱后处于特高含水期油藏的采收率提高26.0%;自主研发的自聚集微球能够运移至油层深部封堵优势渗流通道,迫使后续驱油剂发生液流转向,进入剩余油潜力区,从而提高聚合物驱后特高含水期油藏的驱油效率,自聚集微球-活性剂体系的残余阻力系数是聚合物的1.5~1.6倍,可使聚合物驱后特高含水油藏的采收率提高5%以上。研究结果表明,水驱后特高含水期油藏可采取井网调整结合聚合物驱的方法提高其采收率,而对于高波及系数和高采出程度的聚合物驱后油藏,可采用微球活性剂相结合的深部调堵驱油方法提高其采收率。      

低渗透储层多级架桥暂堵储层保护技术

水锁、水敏及碱敏等造成了低渗透砂岩储层渗透率难以恢复的伤害,成为了储层保护的技术瓶颈。为此,依据屏蔽暂堵技术原理,以岩心实验确定的对渗透率贡献最大的孔喉半径区间为依据,研制出了与储层孔喉渗透率贡献率分布相匹配的多级架桥暂堵油气层保护剂,它由多级架桥粒子FDPD和可变形粒子FEP组成,在钻井液中最佳加量分别为4%和2%～3%。室内对加入多级架桥暂堵油气层保护剂前后钻井液性能变化和岩心渗透率恢复值进行了实验评价。结果表明：①岩心渗透率恢复率达85%,能很好地保护低渗透储层;②多级桥架暂堵剂加入钻井液后,虽钻井液的黏度和切力有所上升,但波动不大,能够满足工程的要求;③中压滤失量和高温高压滤失量降低,更有利于储层保护。2口应用井与同区块其他井相比油气产量明显提高,起到了良好的储层保护作用。该技术具有低成本、施工方便等特点,是一种切实可行的低成本且安全可行的油气层保护方法。