趙曉非，楊明全，章 磊，劉立新

(東北石油大學化學化工學院 石油與天然氣化工省重點實驗室，黑龍江 大慶 163318)

對水驅(qū)油田，由于地層的非均質(zhì)性和油水黏度差異，會造成注入水沿著注水井和生產(chǎn)井之間高滲透處突進或指進，引起生產(chǎn)井提前見水，高滲層水淹，中、低滲層封堵失敗，從而降低了水的利用效率、波及效率和水驅(qū)效果[1]。為了解決這難題，必須用調(diào)剖堵水技術來改善吸水剖面，增大水驅(qū)波及系數(shù)。但是，油田開發(fā)進入中后期，尤其是近井區(qū)域由于多次封堵導致含油飽和度明顯降低。同時，針對厚油層的普通淺堵淺調(diào)已不能滿足生產(chǎn)要求。非均質(zhì)性嚴重的油層，注入液避開封堵區(qū)竄到高滲區(qū)，增產(chǎn)不明顯。大量的室內(nèi)實驗和現(xiàn)場實驗表明深部調(diào)剖的必要性[2-3]。研究應用油層的深部調(diào)剖技術迫在眉睫。近年來深部調(diào)剖已逐漸成為決定水驅(qū)和聚合物驅(qū)開發(fā)效果、穩(wěn)油控水的一項重要技術。

深調(diào)的主要作用機理：將調(diào)剖劑或顆粒注入油層深部封堵高滲層水流通道,改變注入水在油藏中流向，提高波及系數(shù)，從而提高原油采收率[4]。

1 研究進展

我國堵水調(diào)剖工作已有50多年的歷史，在經(jīng)歷了探索研究階段、油井堵水和機械堵水、注水井調(diào)剖后，到20世紀90年代后期提出了國內(nèi)油田深部調(diào)剖技術的研究進展驅(qū)的概念。近年來深部液流轉向技術發(fā)展迅速。該技術是介于調(diào)剖和聚合物驅(qū)之間的改善地層深部液流方向，成本遠遠低于聚合物驅(qū)，可大規(guī)模用于改善水驅(qū)和聚合物驅(qū)開發(fā)效果。國外主要應用無機或有機交聯(lián)劑交聯(lián)水溶性聚合物制備凝膠型調(diào)剖堵水劑[5]。從1965年起，國外長期應用聚合物類凝膠堵劑，美國系統(tǒng)地研究了油基水泥、水玻璃、生物聚合物等調(diào)剖堵水劑，并針對不同地層物性制定出相應的調(diào)剖工藝；德國研制出比聚丙烯酰胺穩(wěn)定性更好的聚糖類調(diào)剖堵水劑，如聚糖G[6]和HST[7]。國外還提出了沉淀型、膠態(tài)分散型[8-9]、微生物類凍膠等深部調(diào)剖劑，并對其機理及相關配套技術進行了探索。目前，由于油藏含水問題的日益加劇，對深部調(diào)剖技術的要求越來越高，推動著深部調(diào)剖及相關配套技術的發(fā)展。它主要針對不同油藏特性，采用不同配套技術，實現(xiàn)長時間、大規(guī)模地改變深部地層的液流轉向[10]。近年來，國內(nèi)外在深部調(diào)剖技術的研究與應用取得了眾多進展。

1.1 黏土絮凝體系深部調(diào)剖技術

該技術是20世紀90年代以來中國石油大學(華東)與勝利油田共同研究開發(fā)的一項實用新型技術[11]。具體方法是將鈉膨潤土配制成懸浮液，利用水化后膨潤土顆?？梢耘c聚合物形成一種絮凝體系，封堵地層孔喉，起到調(diào)剖的作用。

該技術的調(diào)剖機理是絮凝堵塞、積累膜機理和機械堵塞[12-13]。它在勝利油田得到了大規(guī)模的應用，取得了較好的堵水效果和顯著的經(jīng)濟效益。但是它也存在著局限性，譬如調(diào)剖劑自然選擇性較差、對設備要求高、大劑量的注入性較差等。

1.2 多相泡沫深部調(diào)剖技術

多相泡沫深部調(diào)剖技術分為兩相泡沫調(diào)剖和三相泡沫調(diào)剖[14-15]。兩相泡沫是水相通過表面活性劑作為界面膜將氣相包裹其中，穩(wěn)定性較差。三相泡沫調(diào)剖體系是由氣、液、固三相組成，固相多為易形變的凝膠微球。

泡沫深部調(diào)剖的作用機理是泡沫通過孔道窄口時，泡沫遇阻形變，而對液體流動產(chǎn)生阻力，即賈敏效應，這種阻力可以疊加，從而使目的層發(fā)生堵塞，水流方向發(fā)生改變，速度和吸水量增大，從而提高注入水的波及體積[16]。

我國兩相泡沫調(diào)剖技術主要采用氮氣泡沫[17]。另外在河南油田采油二廠現(xiàn)場應用10口防氣竄調(diào)剖井，其中9口井調(diào)剖效果良好，井組日產(chǎn)油量上升，含水率下降，7個月內(nèi)增產(chǎn)原油1 519.6 t。

1.3 膠態(tài)分散體凍膠深部調(diào)剖技術

美國TIORCO公司在20世紀90年代初期研制出膠態(tài)分散凝膠(CDG)[18]，該凝膠由聚合物與交聯(lián)劑進行分子內(nèi)交聯(lián)形成分散凝膠線團。交聯(lián)劑一般是多價金屬離子[19](如乙酸鉻、檸檬酸鋁等)與低濃度(可低至100 mg/L)聚合物交聯(lián)而成。

CDG深部調(diào)驅(qū)技術在美國洛基山29個油藏應用，并有22個項目獲得增產(chǎn)。但從施工段塞HPAM濃度看，CDG仍然是弱凝膠調(diào)剖[20]。

國內(nèi)對CDG也曾有過廣泛重視，西南石油學院在華北油田馬21斷塊間145井組進行膠態(tài)分散凝膠調(diào)驅(qū)礦場實驗[21]，取得顯著效果。中國科學院化學研究所和中國石油勘探開發(fā)研究院采收率所以及大慶油田等進行了多次現(xiàn)場實驗，但聚合物濃度較大，CDG成膠范圍窄，膠體性能較差，目前國內(nèi)外對此技術未能有所突破。

1.4 交聯(lián)聚合物弱凝膠深部調(diào)剖技術

弱凝膠是由低質(zhì)量濃度(通常在800～2 000 mg/L)的聚合物和低濃度的交聯(lián)劑形成的、以分子間交聯(lián)為主、分子內(nèi)交聯(lián)為輔的、粘度在100～300 mPa·s、具有三維網(wǎng)絡結構的弱交聯(lián)體系。它被認為是稀(弱)的本體凝膠，具有一定的流動性[22]。一般選擇聚丙烯酰胺或黃原膠與高價金屬離子、二醛或樹脂等交聯(lián)制備凝膠體系。我國使用較多的是乙酸鉻、乳酸鉻、酚醛樹脂預聚體；美國以檸檬酸鋁、乙酸鉻和乙二醛作為交聯(lián)劑使用[23-25]。針對地層物性及生產(chǎn)現(xiàn)狀，現(xiàn)場會選擇不同的凝膠體系。由于弱凝膠在水驅(qū)的作用下會緩慢地整體“飄移”，同時具有調(diào)剖和驅(qū)油的作用。

目前，交聯(lián)聚合物凝膠是國內(nèi)外應用最廣的調(diào)剖(調(diào)驅(qū))技術，它具有成本低、適應pH值和溫度范圍廣、抗穩(wěn)定性好、施工方便等特點。在勝利、遼河等油田均應用成功[26-27]。

1.5 聚合物微球深部調(diào)剖技術

近年來發(fā)展起來的一種新型深部調(diào)剖堵水技術。其優(yōu)點是可用污水配制、受外界影響小、耐高溫高鹽。它的調(diào)剖機理是依靠納米/微米級聚合物微球遇水膨脹和吸附來逐級封堵地層孔喉實現(xiàn)其深部調(diào)剖堵水的目的。聚合物微球具有較好的彈性，在一定壓力下，可以形成有效封堵且能發(fā)生變形而運移，重要特點是不會被剪切，能夠形成多次封堵，具有現(xiàn)場施工方便、封堵時間長等特點。若通過各種不同尺寸和不同性質(zhì)聚合物微球的優(yōu)化組合，可對不同非均質(zhì)地層進行有效封堵。在勝利、大港、青海、長慶和大慶等油田已成功應用。

1.6 體膨顆粒深部調(diào)剖技術

體膨顆粒調(diào)剖是一種新型調(diào)剖技術，主要是針對非均質(zhì)性強、高含水大孔道發(fā)育的油田改善水驅(qū)開發(fā)效果而研發(fā)的創(chuàng)新技術。它是由有機單體與粘土顆粒復合而成，可附著在相對較大的孔喉、孔道表面，吸水后膨脹變軟，增大滲流阻力[28]。在驅(qū)動力較大時，可整體運移，起到驅(qū)油作用。體膨顆粒制備簡單，現(xiàn)場施工方便，適用于高溫、高礦化度的高滲油層深部調(diào)剖。

2001年，在大慶杏北油田曾進行了體膨顆粒深部調(diào)剖實驗，施工前后均采用同位素示蹤劑檢測和電位法測井對吸收剖面進行測試，并優(yōu)化施工工藝。2年內(nèi)實驗3口井，調(diào)剖后注水壓力均明顯升高，生產(chǎn)井產(chǎn)液量不變，產(chǎn)油量增加，含水率下降幾個百分點[29]。目前，體膨顆粒調(diào)剖劑除在大慶油田實驗過，也在大港、中原等油田試用，效果并不理想，其表現(xiàn)在作用時間短，注水壓力下降快，因此，在油田不能廣泛應用。

1.7 含油污泥深部調(diào)剖技術

含油污泥是油田生產(chǎn)過程中伴生出的廢物，其主要成分是膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、石蠟及固體顆粒[30]。當含油污泥乳狀液進入深部地層后，受地層剪切和水沖釋作用，懸浮乳狀液分解，其中含油污泥中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和石蠟通過橋連、聚集形成粒徑較大的團粒粘附封堵在大孔道中，使孔徑變小，增加水流阻力系數(shù)，改變液流轉向，進入中、低滲透層[31]。含油污泥乳狀液的賈敏效應也對調(diào)剖起到了一定作用。由于含油污泥組分復雜，其乳化后液珠體積較大，當其被大量注入地層，乳狀液通過直徑比它小的孔喉處時，會產(chǎn)生賈敏效應。隨著乳狀液不斷地注入，賈敏效應逐漸增強，滲流阻力增大，高滲透層被封堵。

由于該調(diào)剖體系與地層配伍性良好，抗高溫和抗鹽性強、成本低、污染小、便于施工，適用于各大油田的含油污泥處理工業(yè)。它已成功應用到江漢、勝利老河口、遼河、長慶等油田，均取得了良好的效果。

1.8 微生物深部調(diào)剖技術

經(jīng)過70多年的發(fā)展，微生物深部調(diào)剖[32]已經(jīng)取得了顯著的效果，起到了穩(wěn)油控水和提高采收率的目的[33]。微生物深部調(diào)剖機理是將地層本源微生物激活或外界注入微生物，利用微生物的新陳代謝及繁殖過程中所產(chǎn)生的無機鹽沉淀、生物聚合物和菌群、菌落，增加流動相的粘度和流動壓力，改變巖石表面的潤濕性，從而達到提高采收率的目的[34-36]。

天津工業(yè)微生物研究所和南開大學篩選出了適應油田地層條件并具有良好調(diào)剖作用的多株微生物。同時，勝利、遼河、大慶等油田分別進行了室內(nèi)評價及井下實驗均取得預期效果。

該技術的優(yōu)點是工藝簡單、施工安全、不污染環(huán)境，同時降低了材料和施工的成本；缺點是微生物過度生長可能引起的井堵塞[37]。

1.9 其它深部調(diào)剖技術

插層聚合物凝膠，采用原位聚合對現(xiàn)有的聚丙烯酰胺進行改性的一種合成方法[38]，凝膠時間在6～100 h可調(diào)。實驗數(shù)據(jù)證明，合成的插層聚合物凝膠，為深部液流轉向劑，抗剪切性能好，封堵性能好，能達到調(diào)整剖面，比現(xiàn)有的聚合物體系提高水驅(qū)油能力，比水驅(qū)降低費用10%～15%。

聚丙烯酰胺納米彈性微球[39]采用反相懸浮聚合，合成的聚丙烯酰胺納米微球。合成產(chǎn)物為疏水締合聚合物，顆粒直徑120～180 nm，具有膨脹性能且依賴于鹽濃度和溫度。適用于非均相中高滲透層。能選擇性封堵高滲透層，使低滲透層油動用程度高，提高采收率11%～14%。

分散顆粒凝膠(DPG)是一種新的剖面調(diào)整劑管剪切交聯(lián)法(tube shearing cross-linking method)，原料為聚合物、交聯(lián)劑。體系粘度較低，粘度受礦化度影響小，體系剪切穩(wěn)定性好。實驗證明注入性好，剖面調(diào)整能力強。

2 發(fā)展趨勢

隨著油田的開發(fā)，油藏的不均質(zhì)性嚴重，在開發(fā)后期出現(xiàn)高含水現(xiàn)象，已有的深部調(diào)剖技術已不能完全滿足油田開發(fā)的需要。針對一些特殊條件的油田如高溫深井油藏、厚油層、海上油田、特高滲大孔道等，需要針對性地研發(fā)相關新技術以適應改善水驅(qū)和或聚合物驅(qū)的需要。

2.1 精細深部調(diào)剖技術

精細化學調(diào)剖技術是指在精細地質(zhì)研究的指導下，制定具有針對性的化學調(diào)剖技術[40]。針對性具體表現(xiàn)在以下幾方面。

(1) 根據(jù)高滲透層的分布情況，適時改變調(diào)剖劑成分及濃度。

(2) 根據(jù)高滲透層的厚度，需要針對薄層進行化學調(diào)剖。

(3) 根據(jù)沉積單元間吸水差異，適時調(diào)整層內(nèi)矛盾大的高吸水層的吸水剖面。

(4) 根據(jù)高吸水層縱向分布差異，有針對性地選擇調(diào)剖方法。

(5) 根據(jù)剩余油分散不均勻，有針對性地進行調(diào)整調(diào)剖方案。

只有在充分認識油藏現(xiàn)狀的基礎上，有重點的開展地層大孔道、高滲透帶的識別及地下流體場、壓力場的描述，才能更好的發(fā)揮以上多種深度調(diào)剖技術的優(yōu)勢。

2.2 組合深部調(diào)剖技術

事實證明，單一調(diào)剖技術已經(jīng)不能達到生產(chǎn)需要，復合深部調(diào)剖技術已成為現(xiàn)場應用的主流技術。

長慶油田在2011年采用了組合調(diào)剖技術，通過多段塞復合，實現(xiàn)深部不同竄流通道的封堵，達到調(diào)整吸水剖面和提高采收率的目的。大港、大慶等油田也先后采用聚合物與體膨顆粒體剖的技術組合，有效地增大了高滲透層的滲流阻力，改變液流轉向，提高驅(qū)油效率。

通過技術組合可以克服單一技術的不足，發(fā)揮組合技術的協(xié)同效應。如對存在大孔道或裂縫的水驅(qū)油藏采取預交聯(lián)凝膠、締合聚合物等段塞結合，既可實現(xiàn)對高滲通道的封堵，也可實現(xiàn)深部液流轉向。在對高滲大孔道的厚油藏采取聚合物+體膨顆粒調(diào)剖技術組合可有效改善聚竄問題。主要是因為體膨顆粒在大孔道中形成堵塞，增加流動阻力，限制聚合物溶液流動，從而液流轉向較低滲透層。此外，還有泡沫驅(qū)與弱凝膠的組合[41]等。

3 結束語

油田的長期水驅(qū)開發(fā)使油層特征和環(huán)境變得更加復雜難測，給深部調(diào)剖堵水技術帶來巨大的壓力；一些高溫高鹽、裂縫大孔道、厚油藏等特殊油田的高含水問題日益嚴重。如常規(guī)的深部調(diào)剖堵水作業(yè)不能有效解決厚砂巖油層的深部繞流問題[42]。因此，需要研制有針對性的深部調(diào)剖堵水劑，即油田面臨極大的挑戰(zhàn)。

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