聚合物微球试验效果评价

黄纯金，陈 斌，段梦奇，曹 婷，薛 静

（中国石油长庆油田分公司第十采油厂，甘肃庆阳 745600）

1 油藏基本情况

元427 区为三角洲前缘亚相沉积，主要沉积微相为水下分流河道，砂体呈东-西向展布。2015 年投入开发，开发层系长91，有效厚度11.9 m，平均孔隙度11.96%，平均渗透率1.33 mD，井网形式为菱形反九点井网，井距480 m，排距130 m。截至2020 年底动用含油面积9.36 km2，动用地质储量581.25×104t，动用可采储量98.81×104t。

1.1 开发形势

元427 区采取滞后注水政策，初期以弹性能量驱动为主影响，虽然不断优化注水技术政策，地层压力仍有所下降，目前年自然递减达39.5%、含水上升率1.1，开发形势较差。与2020 年同期相比，水驱储量动用程度保持平稳。

1.2 开发矛盾

元427 区主要开发矛盾：（1）平面上地层压力分布不均；长9 层原始地层压力较高（21.8 MPa），开发初期以溶解气驱动为主，阶段递减55.6%，投产一年后地层压力下降至86.2%。由于油藏平面储层物性差异较大，导致不同区域见效差异较大，油藏西北部地层压力保持水平80.1%、东南部地层压力保持水平90.2%。（2）纵向上吸水不均突出；纵向渗透率差异较大、小层间非均质性较强，剖面吸水能力差异较大。吸水剖面资料显示共有吸水不均井12 口（占42.9%，已控制尖峰吸水层注水量），增大了油井见水风险。

2 聚合物微球驱油原理与驱油特点

2.1 聚合物微球驱油原理

聚合物微球以丙烯酰胺单体为主，加入多种表面活性剂及其他化学剂通过特定的工艺形成聚合物微球，然后分散于白油中形成乳液。具有凝胶核、交联聚合物层、水化层三层结构（见图1），其中内部凝胶核的强度较高，中间是不同交联比控制的聚合物层，控制微球膨胀的时间，最外部为水化层，保证微球在水中分散均匀。

图1 聚合物微球结构图

以乳液聚合原理得到的球状的聚合物材料在一定程度上克服了传统线性或网状聚合物的弱点，对低渗油藏改善水驱具有较好的优势。

微球的封堵过程（见图2）：在注入初期，微球尺寸仅为纳、微米级，远小于孔喉的尺寸，此时微球随注入水顺利进入储层；随着注入时间的持续，微球不断水化膨胀并运移，依靠架桥作用，逐步堵塞不同尺寸的储层孔喉，实现注入水微观转向；由于微球是弹性球体，当封堵压差大于某一临界值时，微球发生弹性变形，突破喉道，继续向油层深部运移。聚合物微球在储层孔隙中的运移、封堵、变形、再运移、再封堵的特性，使注入流体在储层中不断改变流动方向，逐级向油井推进，实现深部逐级封堵，调整改善水驱状况，扩大注入流体的波及体积，提高采收率[1-4]。

图2 微球的封堵过程

2.2 聚合物微球驱油特点

（1）注得进：聚合物微球是将丙烯酰胺、丙烯酸用微乳液聚合方法进行聚合，初始粒径为纳米，粒径远小于地层的孔喉粒径，在水中为稳定的冻胶分散体系。注入过程中水中溶解性好、耐高温高盐、注入无黏度，注入时遵循“最小流动阻力原则”，优先进入大孔道。

（2）堵得住：微球体系遇水逐渐膨胀粒径增大，初始粒径在100 nm 左右，在地层条件下逐渐发生膨胀，15～20 d 内粒径增加到5 μm 左右，之后基本稳定，在微球运移过程中，由于微球体积膨胀作用，逐步堵塞不同尺寸的储层孔喉，实现注入水初步封堵。

微球体系膨胀后为多种粒径微球的混合体系，微球封堵原则遵循等梯度滞留原则，无论是单个微球封堵孔喉，还是多个微球架桥封堵，其在孔喉处产生的压力梯度与地层压降梯度相等时，就会在此滞留。

（3）能移动：聚合物微球是弹性球体，当微球在孔喉处封堵产生的压力梯度小于地层压降梯度时，微球发生弹性形变，就会穿过孔喉，产生突破，向深部继续运移。

（4）再次封堵：微球突破运移后，当在下一个孔喉滞留时产生的压力梯度与地层压降梯度相等时，就会再次封堵，微球突破，运移，再次封堵，产生逐渐扩大波及体积的深部调剖作用。

通过加入不同的活性剂后可实现多个小球在地下的黏弹堆积和物理连接，封堵更大的孔道或微裂缝。

（5）注入工艺简单：仅需加一个小型加药泵，从分水器后的单井管线中注入即可，不受时间和气温等外界环境因素影响，可以连续长期施工。

（6）不受剪切作用的影响：地面已经聚合成小球体，避免了聚合物线性大分子不耐剪切的缺点。

3 聚合物微球试验配套

3.1 加药设备结构及其特点

加药设备主要构成部件有：0.5 m3储液罐1 具、60 L/min 25 MPa 计量加药泵1 台、上料泵1 台、小型加药分水器1 台（包含单流阀、阻尼器、安全阀、压力表）、搅拌机1 台、加热系统1 套。

该加药装置将药品投加、药品储存、药品注入、系统加热、系统控制有效集合为一体，具有降低员工劳动强度、冬季防冻效果好、操作控制简单、占地面积小、计量准确等特点。

3.2 加药方式及其特点

元427 区聚合物微球试验采用站内注水干线纯药投加方式。该投加方式化学药品存放点、投加点均设在站内，由站内员工负责化学药品投加制度执行及设备巡护。相比现场直接注入药品的投加方式有以下优点：（1）有效的保障了微球的注入质量，严格按照注入政策进行实施；（2）注水干线整体调驱，有效节省设备投资成本及人员管理成本，降低了化学药品的管理风险；（3）站内员工日常巡护，确保了设备冬季的正常运行，降低了设备冬季运行风险。

4 聚合物微球试验效果评价

元427 区对22口注水井开展聚合物微球调驱试验，对应采油井82 口，注水井日配注328 m3，聚合物微球加药浓度0.1%，开展试验135 d，累计注入聚合物微球39 t。

开展试验前年自然递减达38.9%、含水上升率8.7，截止2020 年12 月年自然递减率36.4%、含水上升率6.2，整体实施效果较好。

4.1 注水井压力上升

元427 区聚合物微球注入前后对比，平均注水压力由措施前13.25 MPa 上升至13.72 MPa，平均压力上升0.47 MPa，效果显著。

元457-59 由9 月开始注入聚合物微球后压力缓慢上升（由15.1 MPa 上升到16.0 MPa），10 月底聚合物微球发生突破，再次运移，压力突降至14.2 MPa，之后压力逐步提升，目前压力已提升至14.4 MPa。

元451-57 自开展聚合物微球驱后，压力出现波浪式上涨阶段（由11.7 MPa 下降到10.5 MPa 再上升到12.0 MPa）和阶梯式上涨阶段（由12.0 MPa 上升到13.6 MPa）。注入初期由于聚合物微球膨胀体积较小，在近井地带的不断封堵、突破、运移，逐步向深部推进，造成注水压力的波浪式上涨；当聚合物微球膨胀至较大体积时，聚合物微球在深部封堵地层，注入水流向改变，注入压力逐步上升。

4.2 吸水剖面改善

自元427 区开展聚合物微球以来，吸水剖面逐步改善，水驱波及体积及动用程度有所增加，吸水能力下降，高渗透层得到有效封堵，注水效果逐步向好。

元453-55 实施聚合物微球调驱3 个月后与措施前吸水剖面进行比较，措施后上层尖峰状吸水得到改善，下层吸水能力增强，吸水厚度由13.4 m 增加至14.0 m，水驱动用程度由83.7%增加至87.5%。

4.3 油井递减趋势减缓

自开展聚合物微球调驱以来，元427 区注水量基本保持平稳，对应油井平均动液面略有上升，日产液量、日产油量基本保持平稳，综合含水略有上升，递减趋势有所减缓。

从标定递减来看，措施后标定自然递减率与标定综合递减率曲线运行明显好转，均在平均线下方运行，12 月标定自然递减率为9.8%，相比平均值10.2%低了0.4%，标定综合递减率为7.3%，相比平均值7.7%低了0.4%，开发形势较好。

4.4 见效特点分析

（1）由于聚合物注入时间较短，累计注入量较小，目前见效特点体现为：距离较小的侧应力方向对应井先受效，其次主应力方向井受效。

（2）元457-55 侧向对应井元457-54、元457-56受效明显，其余油井未见明显效果。注水井受效特点主要表现为不断封堵、突破循环的波浪式压力上涨；采油井受效特点主要表现为综合含水逐步下降及产液量、产油量、综合含水的波动式上涨。

5 结论

（1）聚合物微球的调驱机理是“注得进、堵得住、能移动、可以再次封堵”的逐步封堵孔喉，扩大波及体积的深部调驱的过程。

（2）聚合物微球在元427 区长9 油藏注入后，引起侧向井液量、含水下降，主向油井见效的特点，表明它在低渗透油藏随注入水进入地层，膨胀后封堵高渗流通道，从而使注入水发生转向，启动低渗段，具有深部调驱的作用。

（3）从聚合物微球的现场试验可以看出，注入微球后水井吸水剖面会发生明显改善，注入井压力上升，对应油井含水下降及波动式的含水、液量变化，该项技术适用于低渗透油藏的调驱。

（4）注入微球后部分油井液量或含水表现出了波动特点，表明微球进入孔喉后产生膨胀和聚集作用，堵塞原来水流通道，由于聚合物微球是一种弹性球体，在一定压力下能够被突破，继续向前移动，形成多级封堵。