新型自适应微胶油藏适应性及调驱机理研究

第1章绪论 储层非均质性是陆相沉积油藏的基本特性，在水驱开发过程中，由于储层非均质性（微观和宏观）和不利流度比，注入水会优先进入高渗透层，造成其含油饱和度减小、水相渗透率增加即渗流阻力减小，这将进一步增加高渗透层吸水量和采出程度，*终造成注入水在高渗透层中低效或无效循环，进而降低了中-低渗透层波及程度和油藏水驱开发效果（韩大匡，2010；周守为，2009）。聚合物驱是一种在三次采油过程中应用较为广泛的提高采收率技术，其工业化推广应用和矿场试验取得了较好的效果。聚合物驱油的技术原理是将聚合物溶液注入非均质油藏，聚合物溶液会优先进入渗流阻力较小即启动压力较低的高渗透层或大孔道，并在其中滞留，从而减小孔隙过流断面和增大渗流阻力。此时若保持注入速度不变，注入压力就会升高，中-低渗透层吸液压差就会增大，吸液量随之增加，进而达到扩大波及体积和提高采收率（EOR）的目的。随着聚合物溶液进入中-低渗透层，聚合物将在孔隙内发生滞留，而且其渗流阻力增加幅度要远大于高渗透层渗流阻力增加幅度的值。当聚合物驱油过程进入中后期，由于注入压力不能超过储层岩石破裂压力，而中-低渗透层因吸入聚合物溶液而引起启动压力持续升高，其吸液压差就会逐步减小，进而引起“吸液剖面返转”现象，*终影响聚合物驱开发效果。因此，亟待探索提高采收率的新方法和新理论，从而大幅度提高油田开发效果。 自适应微胶颗粒水分散液体系是近年来发展起来的新型深部调驱体系，自适应微胶在储层岩石孔隙和喉道中呈现运移→捕集→变形→再运移→再捕集→再变形的运动特征，具有“堵大不堵小”的封堵特性，因此，其可以逐级启动储层孔隙内的剩余油，减缓吸液剖面返转程度或延缓其发生时间，进而提高油藏开发效果。 1.1聚合物驱的技术现状、存在问题和发展趋势 1.1.1 聚合物驱的技术现状 在化学驱油技术中，聚合物驱占主导地位。从20世纪60年代开始，世界各国开展了聚合物驱的研究工作（Duand Guan，2004；Strauss，2010；Leena，2014）。1964年，美国首次开展了聚合物驱矿场试验，随后5年间相继进行了61个矿场试验项目。1970～1985年开展的183个聚合物驱试验项目，均取得了良好的增油降水效果和经济效益。加拿大和苏联等多个国家也相继开展了聚合物驱矿场试验，试验结果表明，聚合物驱可在水驱的基础上大幅度提高原油采收率。目前，世界上已有200多个油田或区块开展了聚合物驱矿场试验（Aladasani and Bai，2010；Renouf，2014；Laila et al.，2014）。 在国内，聚合物驱已成为石油开发的重要技术手段。自2006年以来，大庆油田进入聚合物驱工业化应用阶段，其规模和范围逐年扩大，以聚合物驱为主导的化学驱年产油量已经连续10年超过1000万t（王德民等，2005；孙龙德等，2018）。同时，海上油田于2007年开展了聚合物驱矿场试验，也取得了明显的增油降水效果（张凤久等，2011）。目前，我国已成为世界上聚合物驱应用规模和范围*广、增油效果*好的国家，聚合物驱成为我国石油保持高产量的重要技术举措。 1.1.2 聚合物驱存在问题 对于非均质性比较严重的油藏，聚合物驱中后期并没有取得很好的增油降水效果。在聚合物驱初期，其可以改善油藏吸液剖面，但由于其无区分地进入所有波及区域，增加不同大小孔隙中的流动阻力，进入开发中后期，出现由储层非均质和聚合物滞留特性引起的“吸液剖面返转”现象，进一步加剧了层间矛盾，使中-低渗透层严重堵塞，吸液更加困难，不利于提高中-低渗透层的动用程度（卢祥国等，2011，2016），从而导致后续注入过程中的驱油剂主要在剩余油饱和度较低的高渗透层中低效乃至无效循环，无法进一步扩大波及体积（图1.1）。同时，矿场实践表明，“吸液剖面返转”现象出现时机越早，吸液剖面返转的程度越大，聚合物利用率越低，对聚合物驱开发效果影响越严重（孔柏岭等，1998；曹瑞波等，2009；李仲谨等，2010）。 在国内多个油田聚合物驱的中后期均出现了“吸液剖面返转”现象，严重影响整体开发效果，下面以大庆喇嘛甸油田和渤海LD10-1油田为例进行阐述。 1.大庆喇嘛甸油田 对大庆喇嘛甸油田葡Ⅰ1-2油层运用聚合物驱的161口注水井进行分析，在试验初期注入调驱体系后，原水驱阶段高渗透层相对吸水比例大幅度下降，而低渗透层相对吸水比例明显增加。但在试验后期，高渗透层相对吸水比例再次升高，甚至高于原水驱阶段高渗透层相对吸水比例。经统计，聚合物驱后期出现“吸液剖面返转”现象的注水井有151口，占总井数的93.8%，油层动用程度出现不同程度的降低，导致生产井生产能力下降。 2.渤海LD10-1油田 LD10-1油田位于渤海辽东湾海域，截至2019年底，油田综合含水率为83.6%，采油速度为1.3%，累计生产原油为1470.91万m3，采出程度为31.8%。 LD10-1油田A23井Ⅱ油组2005年、2007年、2008年和2015年吸水剖面测试资料汇总和对比分析数据见表1.1和图1.2。 从表1.1和图1.2中可得，A23井2007年进行化学驱后吸液剖面发生了明显改善，高渗透层相对吸液量从70%降低为21.6%，下降了69.1%，中-低渗透层相对吸液量明显增大，增加幅度在15.6%～21.4%。然而2008年11月，斜深为2446.7～2468.6m的3号中渗透层和斜深为2476.0～2486.2m的4号低渗透层均发生剖面返转；2015年3月，斜深为2361.1～2408.4m的1号高渗透层吸液剖面发生返转。 用LD10-1油田生产动态特征曲线来反映“吸液剖面返转”现象对整体开发效果的影响：LD10-1油田油井开井39口，日产液量5820m3，日产油量1795m3，其中化学驱受效井24口，日产液量2747m3，日产油量983m3。全油田产液量和产油量与时间关系见图1.3，全区含水率和聚合物驱受效井含水率与时间关系见图1.4。 从图1.3和图1.4可以看出，LD10-1油田生产后期日产液量稳中有降，日产油量呈下降趋势。分析表明，实施化学驱后，有效抑制了含水率上升和产油量下降趋势，受效井日产油量呈上升趋势，取得了明显的增油降水效果。但由于受后期“吸液剖面返转”现象的影响，油田开发效果逐渐变差，部分受效井出现含水回返、产聚浓度高且上升速度快、聚合物利用率下降等问题，日产油量呈下降趋势。这种情况不仅严重影响整体采收率的提高，而且给提高采收率措施的推广和应用带来极大困难。同时，根据目前聚合物驱实施情况看，仍有45%以上优质剩余油残留在地下，由于剩余油分布高度分散，注入液无效循环日趋严重，加剧了进一步挖潜的难度。 随着我国油田的开发方式由二次采油过渡到以聚合物驱为主的化学驱提高采收率技术，剩余油研究重点也转向了聚合物驱，如何开采剩余油是油田开发所面临的重要问题之一，因此迫切需要研究和试验进一步提高采收率的技术和方法。 1.1.3 聚合物驱发展趋势 近年来，多家研究机构和高校在聚合物驱后剩余油分布规律和类型研究等方面取得重要成果和认识。对于非均质油藏，从宏观分布来看，聚合物驱后剩余油在纵向上主要分布在远离注水井的中-低渗透层，在平面上主要分布在远离主流线的两翼部位，这部分剩余油需要通过扩大波及体积措施来采出。因此，为改善油藏开发效果，需对高渗透层或大孔道进行封堵，提高注入液的波及体积。同时随着开发不断深入，地层非均质性进一步加强，常规的调剖手段难以实现有效封堵。 海上油田储层岩石胶结强度极低，单井注采强度较大，水流冲刷作用较强，极易破坏岩石结构，形成大尺寸优势通道；此外，为防止储层结构破坏后出砂，海上油田油水井皆采取优质筛管完井方式。因此，陆地油田广泛应用的颗粒类封堵剂（如预交联体膨颗粒等）因颗粒尺寸较大，难以过筛管而无法使用（唐孝芬等，2009）；聚合物凝胶类封堵剂因封堵强度低和药剂费用高等因素的制约，无法满足大尺寸优势通道封堵技术及经济指标要求（张云宝等，2015）。 综合分析以上因素，近几年发展起来的一项新型提高采收率技术—非连续相体系调驱技术，具有较好的适用性（王聪等，2008）。非连续相体系是充分依据岩石孔隙结构特征及渗流特点，吸取现代微材料设计合成（韩秀贞等，2006，2008，2009；雷光伦，2011；曹毅等，2011a；李宏岭等，2011；李娟等，2012；刘义刚等，2015）。该体系普适性较强，具有良好的耐温抗盐性能。同时，由于其注入工艺简单，可直接采用污水或海水配液在线注入，适用于海上平台的有限空间。此外，由于非连续相体系调驱技术不需要熟化工艺环节，解决了长期困扰海上油田聚合物熟化效果差的技术难题。因此，开展非连续相体系调驱技术研究工作，不仅对于提高陆地油田，尤其对提高海上油田化学驱矿场试验的应用效果、扩大应用规模和范围具有重要的理论意义与现实价值。 1.2非连续相体系EOR技术 非连续相调驱体系由粒径均匀的颗粒及其携带液（水或表面活性剂溶液）组成，颗粒呈固态或半固态球状（图1.5），具有良好的吸水膨胀性能，在储层岩石孔隙和喉道中呈现运移→捕集→变形→再运移→再捕集→再变形的运动特征（白宝君等，2002；曹毅等，2011b；韩海英和李俊键，2013；胡泽文等，2016；Lee et al.，2018；Liu et al.，2019；Yang et al.，2019；Du et al.，2020a）。在驱油过程中，相较于连续相驱油体系无区分地增加储层油、水的流动阻力，导致生产井供液能力不足，难以启动低渗透区域相对富集的剩余油；非连续相调驱体系中的颗粒与携带液“分工合作”（图1.6），颗粒在大孔隙中聚集形成桥堵，携带液进入小孔隙中驱油，可以减小进入中-低渗透层的驱油剂的滞留能力（即渗流阻力），来减缓剖面返转程度或延缓返转发生时间，逐级启动相对低渗透区域的剩余油，有效增大油层尤其是深部和油井附近油层的波及体积，达到深部液流转向、直接波及和高效动用剩余油的目的（张霞林和周晓君，2008；张艳辉等，2012）。由于非连续相调驱体系具有优良的地层适应性和调驱性能，已成为国内外专家学者研究的热点话题，并出现了许多新技术（付欣等，2013；黄学宾等，2013；Afeez et al.，2018；Liang et al.，2019；Du et al.，2020b）。