單彥魁，魏裕森，耿學(xué)禮，張自印，蘇延輝，鄭曉斌，史斌

（1.中海石油（中國）有限公司 深圳分公司，廣東深圳 518067；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300451）

生物礁灰?guī)r儲層油藏地質(zhì)情況復(fù)雜，非均質(zhì)性較強，裂縫較為發(fā)育。南海東部的LH油田位于珠江口盆地東沙隆起，新近系中新統(tǒng)珠江組是典型的生物礁灰?guī)r儲層。礁灰?guī)r儲層內(nèi)部孔隙較為發(fā)育，存在較多的溶洞、裂縫，連通性較好，裂縫寬度一般為0.012～0.020 mm。該油田為底水驅(qū)動的油藏，隨著開發(fā)年限的增加，目前油田產(chǎn)出液中含水率已達到90%以上，油藏水淹嚴重。該油田曾嘗試側(cè)鉆新井眼、化學(xué)籠統(tǒng)堵水、管外封隔器+ICD篩管、連續(xù)封隔體+ICD篩管等控水方式，其中連續(xù)封隔體+ICD篩管的控水方式取得的效果較為明顯，其余控水方式在成本和控水效果上均不占優(yōu)勢[1-4]。

連續(xù)封隔體是一種體積密度與水接近的超輕顆粒，具有充填效率高的特點，在充填層環(huán)空可形成連續(xù)阻水層，起到軸向精細化分段控水的目的。利用超輕顆粒充填效率高和生物礁灰?guī)r儲層裂縫發(fā)育的特點，可將超輕顆粒攜帶進入儲層裂縫深部，起到在儲層深部均衡油水推進速度的作用，從而實現(xiàn)控水充填層向儲層深部推進，達到多重模式控水。礁灰?guī)r儲層與一般裂縫性儲層的區(qū)別為存在裂縫的同時還連通一定數(shù)量的孔洞，在實際施工時，可利用微壓裂的方式，將裂縫開度壓大、壓通，從而為超輕顆粒的充填提供通道，這要求攜砂液體系在流速一定時具有一定的攜砂能力，當(dāng)遇到裂縫寬度變小、流速降低后，超輕顆粒實現(xiàn)自然沉降，從而達到有效充填[5-8]。

本文在對常見超輕顆粒的密度評價的基礎(chǔ)上，通過助排、分散一體劑的優(yōu)選，研究了一套適合在裂縫中充填超輕顆粒的攜砂液體系，并對該攜砂液體系的沉降和懸砂性能進行了評價。

1 攜砂液的研發(fā)思路

攜砂液若要起到對地層流體滲流的調(diào)節(jié)作用，實現(xiàn)在礁灰?guī)r儲層裂縫中充填超輕顆粒，需將超輕顆粒帶向裂縫的深部，并且在裂縫中實現(xiàn)最大充填效率，進而將控水措施向儲層深部推進。

一般的超輕顆粒視密度低（1.05 g/cm3左右，與水密度接近），在清水中稍有攪動即可呈懸浮狀態(tài)。因此，清水在較低的排量下即可將超輕顆粒攜帶至井筒、地層中指定位置。海上油田超輕顆粒的充填液一般選擇海水，對攜砂液黏度要求不高，因此攜砂液基液選擇過濾海水。此外，攜砂液體系在實現(xiàn)攜帶超輕顆粒充填后，還需要具有良好的返排性能，需要體系中加入一定量的助排劑[9-12]。同時，超輕顆粒的有機質(zhì)特征和部分超輕顆粒的油水選擇性特征會導(dǎo)致常規(guī)的海水基攜砂液對其不能分散，需要加入一定的表面活性劑對其進行分散[13-15]。

因此，以海水為基液，對助排、分散一體劑進行優(yōu)選，可形成適合礁灰?guī)r儲層裂縫充填的攜砂液體系。

2 常見超輕顆粒密度

常用的超輕顆粒目數(shù)一般為40～70目，礁灰?guī)r儲層原始裂縫寬度比超輕顆粒小，需使用攜砂液攜帶超輕顆粒壓開儲層原始裂縫以擠壓充填的方式充填顆粒。攜砂液對顆粒的攜帶能力受顆粒密度影響較大，需要首先測試超輕顆粒的密度。

參照SY/T 5108-2014《水力壓裂和礫石充填作業(yè)用支撐劑性能測試方法》中對密度的測試方法，對市場上常見的超輕顆粒的體積密度和視密度進行測試，結(jié)果見表1。

表1 常見超輕顆粒的體積密度和視密度 g/cm3

由表1可知，常見超輕顆粒的體積密度均較低，在0.630 g/cm3左右；視密度在1.05 g/cm3左右，與海水的密度接近，只需較小的擾動力便可將顆粒懸浮在海水中，從而將超輕顆粒攜帶至所需位置。因此，以海水作為攜砂液的基液是可行的。

3 攜砂液體系助排性能研究

3.1 助排劑種類

以LH油田海域的海水為基液，分別加入4種表面活性劑，采用SY/T 5370-2018《表面及界面張力測定方法》測試表面活性劑的表面張力和界面張力，結(jié)果見表2。實驗基礎(chǔ)配方為：海水（LH油田海域）+質(zhì)量分數(shù)0.500%表面活性劑。

表2 表面活性劑的表面張力和界面張力測試結(jié)果

由表2可知，表面活性劑C的表面張力和界面張力最低，效果最好，數(shù)值分別為24.31 mN/m和0.122 mN/m。因此，選擇表面活性劑C作為攜砂液體系的助排劑。

3.2 助排劑質(zhì)量分數(shù)

對表面活性劑C的表面張力、界面張力進一步研究，通過測定其表面張力和界面張力的膠束濃度，以確定最優(yōu)的表面活性劑C的質(zhì)量分數(shù)，結(jié)果見表3。實驗方法同3.1中的實驗方法。實驗基礎(chǔ)配方為：海水（LH油田海域）+表面活性劑C。

表3 表面活性劑C膠束濃度優(yōu)選實驗結(jié)果

由表3可知，當(dāng)表面活性劑C質(zhì)量分數(shù)小于等于0.100%時，隨著表面活性劑C的質(zhì)量分數(shù)逐漸增加，表面張力和界面張力明顯下降；當(dāng)表面活性劑C的質(zhì)量分數(shù)大于0.100%時，表面張力和界面張力變化不大。因此，表面活性劑C的最佳質(zhì)量分數(shù)為0.100%。

3.3 分散性能研究

超輕顆粒的基質(zhì)材料一般為有機質(zhì)材料，在水中的分散狀態(tài)較差，尤其對于一些具有油水選擇性的顆粒，其具有一定的親油疏水特性，普通的海水或清水不能分散這類顆粒，需要攜砂液體系中添加一定的分散劑。表面活性劑一般具有親油親水特性，可以起到懸浮、分散超輕顆粒的作用。助排劑表面活性劑C為一種表面活性劑，可通過對超輕顆粒進行分散實驗驗證其是否具有分散和助排的雙重作用。

將質(zhì)量分數(shù)為10%的超輕顆粒分別加入過濾海水、攜砂液體系中，攪拌均勻，觀察超輕顆粒在兩種液體中的分散狀態(tài)，結(jié)果見圖1。攜砂液體系配方：過濾海水+超輕顆粒；過濾海水+質(zhì)量分數(shù)0.100%羧酸酯磺酸鹽+超輕顆粒。

圖1 超輕顆粒在不同液體中的分散狀態(tài)

從圖1可以看出，超輕顆粒在過濾海水中分散不均勻，顆粒間有聚團現(xiàn)象；超輕顆粒在攜砂液體系中分散均勻，無聚團現(xiàn)象，攜砂液對超輕顆粒的分散性能良好。因此，表面活性劑C可以起到助排和分散的雙重作用。

4 攜砂液體系性能評價

4.1 顆粒在攜砂液中的沉降速度測試

參照SY/T 5185-2016《礫石充填防砂水基攜砂液性能評價方法》，對比超輕顆粒（40～70目）和普通陶粒（40～70目）在攜砂液中的沉降速度。實驗基礎(chǔ)配方：過濾海水+質(zhì)量分數(shù)0.100%的表面活性劑C。實驗方法：30℃恒溫下，取一粒顆粒放入攜砂液面下2 cm處，使其自然沉降，記錄顆粒沉降30 cm所需時間，重復(fù)測定3次，計算顆粒的沉降速度，計算公式見式（1），實驗結(jié)果見表4。

表4 顆粒沉降速度實驗結(jié)果

式中，v為顆粒沉降速度，cm/s；L為沉降高度，cm；t為沉降時間，s。

由表4可知，超輕顆粒在攜砂液中的平均沉降速度為0.35 cm/s，比普通陶粒的0.58 cm/s降低幅度較大。這說明超輕顆粒被攜砂液的攜帶能力較強，但仍可沉降，可滿足裂縫充填中既需要攜帶又需要沉降的需求。

4.2 攜砂液懸砂能力測定

參照SY/T 5185-2016《礫石充填防砂水基攜砂液性能評價方法》，測試攜砂液對超輕顆粒和普通陶粒的懸砂能力。實驗基礎(chǔ)配方：過濾海水+質(zhì)量分數(shù)0.100%的表面活性劑C。實驗方法：在攪拌狀態(tài)下，保持攜砂液所形成的漩渦中可見攪拌器槳葉中軸頂端（如圖2所示），恒速轉(zhuǎn)動后，分別加入超輕顆粒（砂比為10%、20%、30%、50%）和普通陶粒（砂比為10%），攪拌5 min后停止。把混合后的攜砂液迅速倒入量筒中，觀察混砂均勻程度和懸砂效果，記錄顆粒全部沉降至容器底部所需時間，結(jié)果見表5。圖3為超輕顆粒懸浮效果。

圖2 顆粒恒速攪拌示意圖

由表5和圖3可知，砂比為10%的普通陶粒在攪拌停止后，立即發(fā)生沉降現(xiàn)象，基本無沉降時間，說明現(xiàn)有的攜砂液對其懸砂能力較弱；攜砂液對不同砂比的超輕顆粒的懸砂能力較好，沉降時間均在270 s以上，攜砂液對超輕顆粒具有較好的懸砂性能。

表5 攜砂液懸砂能力實驗結(jié)果

圖3 超輕顆粒懸浮效果

5 結(jié)論

（1）結(jié)合LH油田礁灰?guī)r儲層的特點和儲層裂縫充填超輕顆粒的技術(shù)需求，研究了一套適用于裂縫性油藏充填超輕顆粒的攜砂液體系，體系配方為：過濾海水+質(zhì)量分數(shù)0.100%表面活性劑C。

（2）所研發(fā)的攜砂液體系具有一定的助排性能和對超輕顆粒的分散能力，測試超輕顆粒在攜砂液中的沉降速度和懸浮性能表明，該攜砂液體系在一定流速時可對超輕顆粒有效攜帶，當(dāng)流速降低或消失時，超輕顆?？蓪崿F(xiàn)沉降充填。

（3）研究的攜砂液體系簡易實用，可在類似裂縫型儲層充填超輕顆粒的施工中應(yīng)用。