低渗透裂缝性油藏两级封窜扩大波及体积技术*

王凤刚，侯吉瑞，赵凤兰，唐永强，张 震

（1.中海油能源发展工程技术公司，天津300459；2.中国石油大学（北京）提高采收率研究院，北京102249；3.中国石化勘探开发技术研究院，北京100083）

低渗透油藏具有孔隙结构复杂、喉道狭窄、裂缝发育、非均质性严重等特点［1-4］，能量补充和有效驱替系统的形成均较困难，导致水驱采收率较低［5-8］。由于CO2具有低黏度、易膨胀和降低原油界面张力的特性［9-10］，注CO2是低渗油藏开发的重要技术手段［11］。然而，低渗透油藏裂缝发育广泛，若要启动基质中的原油，必须对裂缝进行封堵［12-13］，而且CO2与原油之间不利的流度比也会在基质中形成气体窜流通道［14-15］。这就需要分别针对裂缝及基质进行两级精细封窜研究。

针对裂缝窜流通道，选用改性淀粉凝胶调堵剂。该调堵剂以改性淀粉为刚性骨架［16］，结合丙烯酰胺柔性支链，形成立体交联网状大分子共聚物［17-18］，在油藏中具有良好的运移性和选择注入性［19-20］；同时，成胶后封堵强度高，可保证后续注入水启动低渗透层［21］。针对气窜通道，侯吉瑞等［22］研制了一种低渗透油藏基质二氧化碳驱油用的防窜剂。该防窜剂以乙二胺为主剂，当油藏温度达到或者超过乙二胺沸点时，乙二胺的流态接近气态［23］，能保证主剂有较好的注入性能，通过乙二胺与CO2反应生成的氨基甲酸盐选择性封堵气窜通道来扩大波及体积［24］。考虑到岩心的尺寸和几何形状对实验结果影响较大，笔者选取了低渗、非均质的二维岩心，用压裂设备逐渐加压，对岩心造大裂缝和微裂缝，采用反五点法对模型进行了水驱及改性淀粉凝胶封堵裂缝的一级封窜及CO2驱和有机胺封窜的系列化实验，研究了超前注水后低渗油藏CO2驱辅以两级封窜扩大波及体积技术对反五点法井网模型的增油效果。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

延长油田某区块脱气原油，黏度平均值9.8 mPa·s；地层水矿化度102 g/L，离子组成（mg/L）为：HCO3-152、Cl-62600、Ba2+218、Mg2+918、Ca2+5740、K++Na+32100；无水乙醇、乙二胺、丙烯酰胺、过氧化物类交联剂、偶氮类引发剂，化学纯，国药集团化学试剂北京有限公司；改性淀粉凝胶，自制，配方为［25］：4.5%数7%改性淀粉＋5%数7%丙烯酰胺＋0.05%数0.2%过氧化物类交联剂＋0.1%数1%偶氮类引发剂；天然露头岩心，切割成圆饼状，岩心直径40 cm，厚5.5 cm，孔隙体积670 mL，孔隙度13.67%，含油饱和度61.94%。岩心正中间的注入端0#代表油田现场的注入井，1数4#表示岩心的不同取样点，代表油田现场的采出井，注采井距18.9 cm（图1）。

高压恒速恒压泵，中间容器，饼状岩心加持器，手摇泵，气体计量装置，液体收集装置，传感器及配套计算机设备等（图1）。其中，饼状岩心加持器能提供30 MPa的压力，用于放置直径40 cm、厚度4数6 cm 的岩心，岩心腔室下部有活塞可以提供轴压，周围有橡胶套筒可以提供围压来固定岩心。

图1 径向流模型驱替流程图

1.2 实验方法

（1）实验条件以延长油田某反五点井网区块的地层条件为依据：温度50℃，平均渗透率3.7×10-3μm2，平均孔隙度11.9 %，地层压力7.5数 8.5 MPa，原油黏度9.8 mPa·s。采用反五点井网相对渗透率的简易计算算法，通过驱替数据计算岩心各方向上的水测渗透率［26］。其中1#、2#、3#、4#取样点方向的基质水测渗透率分别为4.6×10-3、7.4×10-3、8.4×10-3、10.0×10-3μm2。测定基质渗透率后，用压裂设备逐渐加压对岩心造裂缝。

（2）一级封窜。①从岩心正中间的注入井以0.5 mL/min 的速度进行水驱，待取样点采出液含水率超过90%时，停止水驱，记录数据；②从注入井以0.3 mL/min 的速度注入10 mL 改性淀粉凝胶+5 mL清水段塞，候凝48 h 待其成胶，其中凝胶的用量可根据实际情况调整；③重复步骤①、②，待各井无含水率陡升现象、提高采收率幅度缓慢时停止实验。

（3）一次CO2驱。在4 个取样点的出口端连接回压阀，并设置回压为3000 kPa，通过恒压泵控制注入井的注入压力为5000 kPa，采用恒压方式从注入井进行CO2驱油；当4个取样点不出油时停止CO2驱油实验。

（4）二级封窜。①通过恒压泵设置注入井注入压力为5500 kPa，从注入井注入10 mL 无水乙醇段塞+30 mL 乙二胺段塞+10 mL 后置乙醇段塞，候凝24 h 待其完全反应；②通过恒压泵控制注入井压力为6000 kPa，采用恒压方式进行CO2连续驱油；当4个取样点不出油时停止CO2驱油实验。

2 结果与讨论

2.1 一级封窜

通过注水启动裂缝、微裂缝及岩心中大孔道的原油和通过注入改性淀粉凝胶对裂缝、微裂缝进行一级封窜。改性淀粉凝胶可在不同油藏温度（30数90℃）、不同矿化度（5数200 g/L）的地层水条件下成胶，成胶时间15数60 h可调。多轮次水驱实验中，1数4#取样点驱替过程的数据见表1。水驱及改性淀粉凝胶封堵裂缝过程的总采收率为23.4%。在一次水驱过程中，只有1#和3#见油，驱替压力仅约为28 kPa（图2），可见水驱动1#和3#附近裂缝中的原油。由1#取样点一级封窜动态曲线（图3）可见，注入改性淀粉凝胶和后续二次水驱过程中，1#取样点含水率从80%增至91%，说明改性淀粉凝胶封堵住1#附近的大裂缝，后续水启动了大裂缝之外的原油；注入改性淀粉凝胶和后续第三次水驱过程中，与二次水驱结果相比，含水漏斗深且宽，采收率增幅高，说明后续第三次水驱启动了高渗层大孔道中的原油。

表1 岩心一级封窜的水驱采收率

图2 注入井注入压力动态曲线

图3 1#取样点一级封窜动态曲线

2.2 一次CO2驱

经过多轮次调堵后，由裂缝及微裂缝造成的地层的非均质性得到了有效地改善，再通过注入CO2启动低渗层中的原油。把CO2驱的开始时间设为0 min，开始驱替时各井的采收率设为0。从表2 数据可知，一次CO2驱过程中，1数4#取样点的采收率均有所增加，且增幅相近，区块总采收率增幅为21.3%，说明改性淀粉凝胶堵剂堵住裂缝，CO2启动了低渗层中的原油。

表2 岩心一次CO2驱采收率*

以1#取样点为例，绘制出口端含水率、采收率、瞬时流量与时间的关系曲线（图4）。由于流度、密度差等因素，气体在岩心中逐渐形成指进，在驱替前缘形成油气带，油气带推动着油到达出口。随着油被驱出，油气带到达出口，此时表现为出口端出油，伴有少量气泡冒出，表现为油为连续相，气为分散相，此时称为“见气”；随后气泡越来越多，直至气体为连续相，油伴随着气泡喷出、为分散相，出口端的出气量陡然上升，此时定义为“气窜”。由出口端瞬时流量曲线可见，气体流量经历了无气、逐渐增加、平缓三个阶段，当曲线出现平缓时即形成了气窜通道。从310 min开始，出口端见气，此阶段为提高采收率的主要阶段；789 min 后，气体曲线平缓形成了气窜通道，含水率降为0，采收率曲线增加，增幅为0.79%，占1#取样点一次CO2驱总采收率（4.5%）的17.5%，说明气窜阶段仍是提高采收率的重要阶段。

图4 1#取样点CO2驱替动态曲线

2.3 二级封窜

在CO2浓度高的气体通道，乙二胺与CO2反应可生成足够多的氨基甲酸盐封堵基质中的指进通道。由于CO2与原油不利的流度比形成了气窜通道，注入乙二胺堵剂封堵气窜通道，再通过后续二次CO2驱启动低渗油层基质中的残余油和剩余油。

把乙二胺开始注入的时间设为0 min，采收率为0，去除候凝时间，4个取样点的CO2驱采收率见表3。4#取样点出口端气窜时间较短，并且气窜后长时间不出液，在283 min 对4#取样点进行关井处理。有机胺封窜及二次CO2驱过程中，1数4#取样点的采收率均有所增加，区块总采收率增幅为15.0%，说明有机胺封堵了窜流通道，后续CO2驱提高了原油采收率。

表3 岩心二级封窜的采收率*

2.4 两级封窜汇总

整理径向流驱油各阶段实验数据，得出CO2驱两级封窜实验的数据（表4）和动态曲线（图5）。从表4数据可知，反五点法模型CO2驱油效果实验中，1数4#取样点的采收率均有所增加，总采收率为59.6%。在水驱阶段，驱替压差最终稳定在6000 kPa 左右，CO2驱阶段的驱替压差为2500 kPa，说明在低渗透油藏，CO2驱启动原油的压差远小于水驱。

表4 径向流驱油实验采收率汇总表

由图5可见，随着驱替时间的增加，采收率曲线呈阶梯状增加，含水率曲线先上升后迅速降至0。在一级封窜过程中，由于改性淀粉凝胶对窜流通道的封堵，后续水驱启动了地层中的原油，采收率曲线增加，含水率最后升至66.2%；一次CO2驱阶段，含水率曲线在短暂的升高后迅速下降，采收率大幅提高，此阶段为提高采收率的主要阶段，当形成气窜通道后，含水率降为0，地层中为气、油两相流动，采收率增幅变缓；二级封窜阶段，采收率提高了15.0%，说明乙二胺封堵了气窜通道，二次CO2驱启动了地层中的剩余油和残余油。一次水驱过程中，压力基本稳定在28 kPa 左右。在注入堵剂和后续二次水驱过程中，压力升高到1500 kPa，然后稳定在650 kPa 左右，明显高于一次水驱，说明改性淀粉凝胶起到了封堵裂缝的作用。在注入凝胶堵剂和后续三次水驱过程中，压力升高到8152 kPa，然后稳定在6400 kPa，采收率进一步升高，说明凝胶起到了封堵高渗层的作用，且后续水驱未驱动凝胶（图2）。注入有机胺后，以3000 kPa的注采压差进行后续二次CO2驱过程中，瞬时流量明显降低，且各取样点的采收率增加，说明乙二胺能进入地层与孔隙中的CO2反应，封堵住气窜通道。

图5 CO2驱两级封窜动态曲线

3 结论

改性淀粉凝胶堵剂注入性和稳定性好，封堵能力强，可用来封堵裂缝及深部调堵。乙二胺能封堵低渗层气窜通道，扩大CO2波及体积。在反五点法岩心物理模拟实验中，水驱及水驱后改性淀粉凝胶一级封窜地层中裂缝+CO2非混相驱后有机胺二级封窜气窜通道总采收率59.6%，为我国陆相沉积的裂缝性低渗透油藏的开发提供了研究思路。