颗粒沉积滞留与孔道缩径堵塞机理研究

肖江河

(中国石化河南油田分公司采油二厂，河南南阳 473400)

河南油田稠油油藏以注蒸汽吞吐开采为主，平均单井吞吐轮次高、油井汽窜频繁，汽窜区域原油采出程度低，措施潜力较大。针对稠油油藏特点，多年来持续开展了热采调剖封窜技术攻关，研制了粉煤灰、脱硫渣、乳化油泥、植物纤维等一系列低成本颗粒调剖堵剂。

1.技术背景

河南油田低成本颗粒调剖具有成本低、成型体积大、耐温性好、悬浮性好、封堵性能好等特点，是一种可有效改善油田开发效果的调剖技术。但目前调剖技术配套、段塞组合以及调剖方式相对单一，不能完全适应薄互层、厚油层、高轮次蒸汽吞吐后期多层开采油井精准调剖及网状汽窜通道有效封堵需要。

现阶段调剖技术的主要问题是，对调剖剂颗粒运移规律缺乏有效的微观运移规律的研究，对封窜剂在井间主流通道深部封窜认识不清，对颗粒堵剂在多孔介质中分布形态不清楚，难以明确在油层条件下调剖剂能否发挥堵窜作用，导致部分油井调剖封窜工艺技术配套针对性差。

针对河南油田采油二厂稠油油藏热采现状及存在的问题，通过室内实验开展研究，理清高轮次蒸汽吞吐后储层物性变化规律，明确不同封窜剂对高轮次吞吐井间窜流通道适应性，揭示颗粒堵剂在多级孔隙通道中运移机理，进而指导稠油高轮次吞吐调剖封窜工艺技术现场应用，为稠油油藏中后期开发提供技术支持。

2.颗粒堵剂基本物性

颗粒堵剂的微观结构，采用偏光显微镜对颗粒在水溶液中的微观结构进行评价，实验结果表明，浮渣前液颗粒呈现出不规则和不均匀状，复合颗粒堵剂在水溶液中粒度不均匀，并且呈现出聚集体的形态更为明显。但在浮渣前液中复合颗粒堵剂有一定的聚集性，但聚集程度相对于清水中要低些，且聚集态相对均匀。

颗粒堵剂的粒度分析，采用粒度分析仪对颗粒在水溶液中的粒度分布进行评价。实验结果表明，浮渣前液中的粒度呈现正态单峰分布特征，复合颗粒堵剂在水溶液中呈现出双峰特征，但在浮渣前液中的粒度也为双峰特征且分布更宽，可基本上能覆盖所有组分的颗粒范围。

颗粒堵剂悬浮性能分析，将配好的溶液放在磁力搅拌器搅拌直至完全溶解，然后倒入离心管中间隔时间观察各个浓度溶液的沉淀体积。分不同时间按照前密后疏的方式观察各个粉煤灰颗粒堵剂的沉淀体积，并记录下时间和沉淀体积，实验结果显示，浮渣前液配制的堵剂具有良好的悬浮性能，在长时间范围内析水较少，能够满足现场需求。

颗粒堵剂的注入性分析，颗粒堵剂的注入压力随着注入量的增加而变大，渗透率越低注入压力也越大，说明颗粒堵剂的注入难度较高。以30MPa的极限注入压力为计，渗透率为0.5D时注入量非常少，颗粒堵剂基本上没有注入。当渗透率在0.8D时，颗粒堵剂能够注入，但注入难度增加，当注入压力为30MPa时，注入量接近0.4PV。因此高强度粉煤灰颗粒的注入下限为0.8D。

3.实验结果分析

3.1 蒸汽吞吐形成汽窜通道阶段

为了研究颗粒堵剂沉积滞留与孔道缩径堵塞机理，需要先通过蒸汽吞吐形成汽窜通道。由于微观可视二维物理模型体量很小，耐压性较差，不适合蒸汽吞吐这样压力反复波动的开发过程。且蒸汽吞吐形成汽窜主要是一口井注汽另一口井生产形成了类似蒸汽驱的过程，故而此处模拟蒸汽吞吐形成汽窜通道时，直接使用一注一采的模式。

从实验可以看出蒸汽注入后，蒸汽以及冷凝热水沿着注采井连线运动，指进现象十分明显。由于注采井连线为主流线，压力梯度最大，后续注入的蒸汽一直沿主流线方向运动，蒸汽及冷凝热水前缘不断向生产井推进，在注入约0.6PV后，蒸汽及冷凝热水前缘突破至生产井，窜流通道形成。继续注入，蒸汽及冷凝热水仍沿窜流通道运动，波及范围变化不大，窜流通道两侧仍有较大区域未被波及。

3.2 注颗粒堵剂阶段

汽窜通道形成后，将配制好的颗粒堵剂注入模型。

从实验可以看出由于窜流通道中含油饱和度低，流动阻力较小，颗粒堵剂注入后主要沿着原有窜流通道运动，在颗粒堵剂注入过程中，还推动部分冷凝的热水向窜流通道两侧运动。随着颗粒堵剂进一步注入，堵剂逐渐填充窜流通道，最终窜流通道被基本填满，难以分辨。

4.颗粒沉积滞留与孔道缩径机理分析

利用图像采集系统中放大拍摄设备，对注入堵剂过程局部区域进行了放大拍摄，用以分析颗粒沉积滞留与孔道缩径机理。在实验过程中也可观察到，颗粒堵剂注入过程中存在一定程度上的分层，上层液体流动性能更好，能较为顺利地进入模型孔道中。

从实验结果来看，颗粒堵剂注入后，由于窜流通道的孔隙中含水饱和度较高，堵剂颗粒进入后被稀释，呈现出分散的不规则颗粒状，相比于原油，颜色稍浅。由于堵剂颗粒进入窜流通道孔隙中被稀释，且大孔隙中渗流速度较小，所以在运动过程中液体携带能力降低，堵剂中的颗粒逐渐在孔隙中沉积，随着颗粒堵剂的流动，不断有更多的堵剂颗粒在孔隙中沉积下来，这些堵剂颗粒堆积在孔隙一端，呈絮状。随着注入的堵剂越来越多，沉积在孔隙中的堵剂颗粒也越来越多，相比于初始状态，孔隙直径明显缩小。

5.颗粒架桥滞留与孔道堵塞机理分析

在颗粒堵剂注入一段时间以后，通过可视化装置可以看出，孔隙中运动的堵剂颗粒明显增加，然仍然呈线絮状，这些絮状的堵剂颗粒很快附着在岩石颗粒表面。随后，大量的堵剂颗粒不断进来补充，和原来已经附着的堵剂颗粒相接触，不断堆积，分散的堆积逐渐出现桥连。颗粒堵剂的不断注入，堵剂颗粒不断进来补充，使得这种桥连不断加固，颜色加深，形成了架桥式的堵剂屏障，将末端的孔隙与喉道隔断。形成堵塞。

6.结论

本次开展了各类实验研究和理论分析，得出以下结论，一是颗粒堵剂在注入过程中随着注入量的增加泵压逐步升高，注入速度越大泵压越高，注入泵压的稳定性也随着注入速度的变大降低；二是颗粒堵剂注入后，由于窜流通道的孔隙中含水饱和度较高，堵剂颗粒进入后被稀释，呈现出分散的不规则颗粒状，且大孔隙中渗流速度较小，所以在运动过程中液体携带能力降低，堵剂中的颗粒逐渐在孔隙中沉积，大量堵剂颗粒聚集则可出现架桥堵塞。