陳 淵

(中石化河南油田分公司，河南 南陽 473132)

引 言

河南油田東部老區(qū)稀油油田厚油層發(fā)育，非均質(zhì)性嚴(yán)重，經(jīng)過40 a持續(xù)高速注水開采，層內(nèi)非均質(zhì)性加劇，油田綜合含水高達(dá)95.1%，70%以上剩余油主要富集在厚油層內(nèi)夾層厚度在0.8 m以下的中低水淹層段。由于夾層薄和層內(nèi)油、水交互存在，無法進(jìn)行分層化學(xué)堵水[1-2]，如果采取籠統(tǒng)化學(xué)堵水措施，在封堵強(qiáng)水淹層的同時(shí)，必然導(dǎo)致中、低水淹層同時(shí)污染堵死，達(dá)不到控水增油目的[3]，由于缺乏有效控水措施，油田控水穩(wěn)油形勢日益嚴(yán)峻。如雙河T410井，油井含水為98.3%，產(chǎn)液剖面顯示，Ⅳ41:1 665.4～1 670.4 m弱水淹、Ⅳ42:1 670.8～1 675.2 m中水淹、Ⅳ42:1 675.4～1 678.4 m強(qiáng)水淹、Ⅳ42:1 679.0～1 684.2 m未水淹、Ⅳ42:1 685.4～1 686.8 m中水淹。該井Ⅳ41層內(nèi)各小層夾層厚度最大為1.2 m，最小僅為0.2 m，對強(qiáng)水淹的Ⅳ42小層無法實(shí)施分層化學(xué)堵水，致使該井一直處于關(guān)停狀態(tài)，中、低水淹層潛力得不到有效釋放。為了解決上述技術(shù)難題，利用高分子聚合物在水相中伸展、在油相中卷縮以及能有效吸附在地層巖石表面成膜的特性，進(jìn)行了正、負(fù)電性聚合物選擇性控水技術(shù)研究，為河南油田特高含水開采期薄夾層層內(nèi)控水和剩余油挖潛找尋到一條新的技術(shù)途徑，對油田控水穩(wěn)油具有重要意義。

1 正、負(fù)電性聚合物選擇性控水機(jī)理

正、負(fù)電性聚合物相對分子質(zhì)量大，親水性強(qiáng)，分子鏈段中氫鍵多，靜電引力和色散力強(qiáng)，其注入地層后優(yōu)先進(jìn)入含水飽和度高的高滲透層，并通過色散力、氫鍵和靜電引力等多點(diǎn)吸附在高滲層巖石表面形成牢固的吸附膜[4]。交替注入正、負(fù)電性聚合物，通過正、負(fù)電性聚合物間相互吸附，形成具有親水憎油特性的多層吸附膜[5]，使油井水竄優(yōu)勢通道或高滲層的喉道變窄[6-8]。由于構(gòu)成積累膜層的聚合物分子具有在水相中伸展、在油相中卷縮的特性，當(dāng)水相通過時(shí)，多層吸附膜在水相中伸展，降低了水相流度，增加了水相通過的流動阻力。而油相通過時(shí)，多層吸附膜被擠壓到喉道的孔壁上，致使油相流動阻力明顯小于水相，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高含水油井選擇性控水效果。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 正、負(fù)電性聚合物吸附量檢測方法

將一定質(zhì)量濃度的正、負(fù)電性聚合物溶液分別與20～30目的砂粒按1∶5的固液比混合，置于具塞三角瓶中攪拌混勻后，置于70℃恒溫水浴內(nèi)持續(xù)振蕩至吸附平衡，取出具塞三角瓶上層清液離心分離，按石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5862-19935《驅(qū)油用丙烯酰胺類聚合物性能測定》方法，檢測離心后溶液中殘余聚合物的質(zhì)量濃度和吸附量。

2.2 水相封堵率與油相封堵率的測定方法

將填砂管連接到填砂管物模實(shí)驗(yàn)裝置，啟動平流泵向填砂管中正向驅(qū)替氯化銨水溶液，泵壓穩(wěn)定后，每隔5 min測1次水相滲透率，至少測5次，取平均值作為填砂管堵前水相滲透率KW1。用煤油替代氯化銨水溶液，重復(fù)上述驅(qū)替過程測填砂管堵前油相滲透率Ko1。向上述測完油相滲透率的填砂管中反向驅(qū)替氯化銨水溶液，泵壓穩(wěn)定后，反向擠注正電性聚合物或負(fù)電性聚合物溶液，擠注完后上緊填砂管兩端閥門，70℃水浴恒溫吸附達(dá)到吸附平衡，重復(fù)上述Kw1和Ko1測定法，分別測定填砂管堵后水相滲透率KW2和油相滲透率Ko2。再計(jì)算堵后水相封堵率和油相封堵率。

3 室內(nèi)優(yōu)選及評價(jià)

3.1 正負(fù)電性聚合物質(zhì)量濃度的優(yōu)選

實(shí)驗(yàn)按正、負(fù)電性聚合物溶液的質(zhì)量濃度分別為 800、1 000、1 500、2 000 mg·L-1進(jìn)行，測定吸附平衡后溶液中殘余聚合物質(zhì)量濃度和吸附量[9]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 正負(fù)電性聚合物質(zhì)量濃度優(yōu)選實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表1顯示，隨著正、負(fù)電性聚合物質(zhì)量濃度的增加，正、負(fù)電性聚合物在石英砂表面的吸附量也隨之增大，當(dāng)濃度分別達(dá)到1 500、1 000 mg·L-1時(shí)，吸附量均趨于穩(wěn)定。故正、負(fù)電性聚合物的最佳使用濃度分別為1 500、1 000 mg·L-1為宜。

3.2 正負(fù)電性聚合物吸附平衡時(shí)間的測定

取正、負(fù)電性聚合物溶液的質(zhì)量濃度分別為1 500、1 000 mg·L-1，70℃恒溫水浴內(nèi)持續(xù)振蕩時(shí)間分別取2、4、6、8、10 h，測定吸附平衡后溶液中殘余聚合物質(zhì)量濃度和吸附量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可知，隨著持續(xù)振蕩和吸附時(shí)間的增加，正、負(fù)電性聚合物在石英砂表面的吸附量均呈上升趨勢，在振蕩吸附6、8 h后吸附量不再發(fā)生明顯變化，說明已經(jīng)達(dá)到吸附平衡，故正、負(fù)電性聚合物吸附平衡時(shí)間分別為6、8 h。

圖1 正負(fù)電性聚合物濃度吸附量與吸附時(shí)間關(guān)系

3.3 注入方式與注入輪次的優(yōu)選

取一支?35 mm×1 000 mm的不銹鋼填砂管，采用先正后負(fù)交替注入方式，先注入0.3倍孔隙體積的正電性聚合物，70℃恒溫至吸附平衡后，注地層水至壓力穩(wěn)定，接著注入0.3倍孔隙體積的負(fù)電性聚合物，70℃恒溫至吸附平衡后，再注地層水至壓力穩(wěn)定，按2.2方法測定第1輪次注入后填砂管的水相封堵率，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程，進(jìn)行8輪次實(shí)驗(yàn)，并測定各輪次的水相封堵率，結(jié)果見圖2。另取一支?35 mm×1 000 mm的不銹鋼填砂管，采用先負(fù)后正交替注入方式，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程，結(jié)果見圖2。圖2顯示，隨著注入輪次的增加，先正后負(fù)交替注入方式和先負(fù)后正交替注入方式的水相封堵率均呈上升趨勢，但在注入輪次相同時(shí)，先正后負(fù)交替注入方式封堵效果更好，原因是砂巖地層帶負(fù)電性，正電性聚合物較負(fù)電性聚合物更容易吸附在巖石表面。在先正后負(fù)交替注入方式下注入5輪次后，填砂管水相封堵率已達(dá)95.8%，此后增加注入輪次封堵率增加趨勢變緩。綜上所述，現(xiàn)場選用先正后負(fù)交替注入正、負(fù)電性聚合物5輪次為宜。

圖2 正負(fù)電性聚合物封堵率與注入輪次關(guān)系

3.4 正負(fù)電性聚合物選擇性控水評價(jià)實(shí)驗(yàn)

取一支?35 mm×1 000 mm的不銹鋼填砂管，測定其堵前水相滲透率和堵前油相滲透率，然后采用先正后負(fù)交替注入方式，分別注入質(zhì)量濃度為1 500、1 000 mg·L-1的正、負(fù)電性聚合物各0.3倍孔隙體積，達(dá)到吸附平衡后注入地層水至壓力穩(wěn)定，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程5輪次，分別測定堵后水相滲透率、油相滲透率及水相封堵率和油相封堵率，結(jié)果見表2。

表2 正負(fù)電性聚合物選擇性控水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2顯示，交替注入正、負(fù)電性聚合物5輪次后，堵后水相封堵率均值高達(dá)95.51%，而油相封堵率均值僅為20.70%，砂管水相滲透率和油相滲透均有所降低，水相滲透率降低幅度明顯大于油相，說明正、負(fù)電性聚合物具有良好的選擇性控水性能。

4 現(xiàn)場試驗(yàn)

在河南油田開展正、負(fù)電性聚合物選擇性控水現(xiàn)場試驗(yàn)11井次，措施井平均日產(chǎn)液量由堵前的83.5 m3/d降至47.6 m3/d，平均含水由99.3%降至91.6%，平均日產(chǎn)油由0.6 t/d升至3.7 t/d，增油、降水效果明顯。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)正、負(fù)電性聚合物對厚油層層內(nèi)水淹井段具有選擇性封堵作用，為河南油田東部老區(qū)稀油油田特高含水開采期厚油層層內(nèi)水淹井控水挖潛及薄夾層高含水井的控水穩(wěn)油提供了新的技術(shù)支持。

4.1 典型井例及效果分析

(1)注入水水淹高含水井——雙淺9井。該井是雙河油田南塊核二段的一口采油井，射孔投產(chǎn)層為H二22層，油層厚度為7.7 m，投產(chǎn)初期日產(chǎn)油為11.5 t/d，日產(chǎn)水為36 m3/d，含水為75.8%，動液面為613 m，措施前日產(chǎn)油為1.6 t/d，日產(chǎn)水為114.7 m3/d，含水為98.5%，動液面為501 m。油層射孔數(shù)據(jù)及水淹情況見表3。

表3 雙淺9井油層射孔數(shù)據(jù)及水淹情況

該井H二22層控制地質(zhì)儲量為4.65×104t，水淹前累計(jì)采油1.238×104t，采出程度較低。分析認(rèn)為，該井高含水系注入水沿高滲層快速推進(jìn)所致，強(qiáng)水淹層與弱水淹層有剩余油潛力可挖。為此，采用籠統(tǒng)注入正、負(fù)電性聚合物進(jìn)行選擇性控水試驗(yàn)，累計(jì)交替注入正、負(fù)電性聚合物控水劑1 728.9 m3，初始注入壓力為6.5 MPa，最高注入壓力為11.3 MPa，關(guān)井反應(yīng)2 d后按原泵參數(shù)恢復(fù)生產(chǎn)，日產(chǎn)油由控水前的1.6 t/d上升至5.0 t/d，含水由98.5%下降至96.1%，階段增油875.3 t，降水1 211.4 m3，控水增油效果明顯。

(2)邊水水淹高含水井——雙淺6井。該井是雙河油田核二段的一口采油井，射孔投產(chǎn)層為H二22上、H二22中層，油層厚度為10 m，投產(chǎn)初期日產(chǎn)油為13 t/d，日產(chǎn)水為47 m3/d，含水為78%，動液面為686 m，措施前，H二22層上部強(qiáng)水淹，下部弱水淹，日產(chǎn)油為1.6 t/d，日產(chǎn)水為115.8 m3/d，含水為98.6%，油層射孔數(shù)據(jù)及水淹情況見表4。

表4 雙淺6井油層射孔數(shù)據(jù)及水淹情況

該井H二22上、H二22中層控制石油地質(zhì)儲量為5.80 ×104t，水淹前累計(jì)采油 1.966 1 ×104t，采出程度較低。分析認(rèn)為，該井高含水系邊水沿高滲層快速推進(jìn)所致，強(qiáng)水淹層與弱水淹層有剩余油潛力可挖，由于各小層間夾層僅為0.4 m，無法采取分層堵水措施。為此，采取籠統(tǒng)注入正、負(fù)電性聚合物進(jìn)行選擇性控水，在不動原井采油生產(chǎn)管柱的情況下，累計(jì)注入正、負(fù)電性聚合物選擇性控水劑1 177 m3，堵后按原泵參數(shù)恢復(fù)生產(chǎn)，日產(chǎn)油由控水前的1.7 t/d上升至5.0 t/d，含水由98.5%下降至96.1%，累計(jì)增油為1 339.5 t，降水為8 621.2 m3，控水增油效果顯著。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益及應(yīng)用前景分析

該技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用11井次，累計(jì)投入原材料及各種施工費(fèi)用75.1×104元，措施井階段累計(jì)增油為5 290.1 t，降水為49 685.6 m3，新增利潤626.2×104元，同時(shí)解決了高含水水淹井無法分層控水的技術(shù)難題，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。研究表明，油田進(jìn)入特高含水開發(fā)后期，厚油層層內(nèi)水淹井及薄夾層高含水井的中低水淹層段及水驅(qū)波及不到的部位是剩余油富集的主要區(qū)域，如河南油田東部老區(qū)稀油油田70%以上剩余油主要富集在厚油層內(nèi)夾層厚度為0.8 m以下的中低水淹層段。由于夾層薄和層內(nèi)油、水交互存在，該類井無法進(jìn)行分層堵水，這部分剩余油難以有效動用。正、負(fù)電性聚合物選擇性控水技術(shù)為上述井的控水挖潛提供了一套有效的技術(shù)方法，應(yīng)用前景廣闊。

5 結(jié)論

(1)正、負(fù)電性聚合物能在巖石表面吸附形成了多層吸附膜，這種多層吸附膜在水相中伸展，在油相中被壓縮，具有親水憎油特性。

(2)正、負(fù)電性聚合物在石英砂表面的吸附量與正、負(fù)電性聚合物的質(zhì)量濃度成正比，按先正后負(fù)交替注入5輪次后，填砂管水相封堵率高達(dá)95.51%，而油相封堵率僅為20.70%，表明正、負(fù)電性聚合物具有良好的選擇性控水性能。

(3)現(xiàn)場試驗(yàn)11井次，有效率100%，施工安全性好，措施成功率高，為河南油田特高含水開采期厚油層層內(nèi)選擇性控水和剩余油挖潛提供了新的技術(shù)方法。

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