低渗透油田注水井调剖效果影响因素分析

低渗透油田注水井调剖效果影响因素分析
摘要：注水开发过程中注入水平面上单向突进和剖面上的尖峰状吸水现象普遍存在，注水井调剖可以调整地层渗透性差异，控制注水窜流、提高水驱波及系数。

本文通过对该油田近几年水井调剖取得的成果，对注水井调剖效果影响因素进行了多方面分析。

分析认为，在详细研究油藏特征和单井生产资料的基础上，选用适宜的调剖体系、合理的堵剂用量和段塞结构能扩大水井的调剖效果；重复调剖效果是逐次递减的，如何减缓重复调剖效果的递减是下一步工作所要面对的主要问题。

关键词：油藏特性；调剖体系；施工参数；重复调剖；影响因素
一、引言
低渗透油田开发过程中，原始地层存在的天然裂缝、溶洞以及在开发过程中产生的人为诱导裂缝对低渗透储层的油藏动态会产生明显的影响，以及长期注水开发引起的地层出砂、胶结物的大量流失、胶结结构遭到破坏，使地层出现高渗透层、大孔道，导致注入水平面上单向突进和剖面上的尖峰状吸水现象普遍存在。

由此造成水驱储量动用程度低，注水沿着主砂体带方向、能量较低部位突进，造成主向部分油井水淹，含水上升速度快，而侧向油井注水不见效的后果。

注水井调剖是油田开发中的一项主要控水稳油技术。

针对某油田的实际情况，2010年以来不断加大注水井调剖力度，共实施注水井调剖70井次，取得较好效果。

二、油藏特性对调剖效果的影响
油藏类型直接决定调剖体系的组成和调剖的技术思路；油层的物理化学性质通过改变调剖体系的性能来影响调剖效果，其中油藏温度、地层水矿化度是影响调剖体系性能的两大因素。

2.1油藏类型
该油田属低渗透裂缝性发育丰富油藏，该类油藏和渗透性油藏有很大的不同，调剖难度相对较大，堵剂体系既要做到对大裂缝进行有效封堵，又不至于对微裂缝堵死，同时还要使堵剂在地层运移过程中既能有效控制油水流度比，又能起到一定的驱油作用。

对这样的油藏进行调剖，应依据“堵”、“调”结合的原则，选用深部复合调堵体系，并通过体系优化、段塞优化和参数优化实现理想的调剖效果。

2.2油藏温度
聚合物在深部调剖体系中扮演重要的角色，除自身具有驱油功能外还有两方面用途：（1）与其他化学剂交联形成强度更高的堵剂；（2）与颗粒性堵剂同注，起到携带作用。

聚交体系是油藏调剖的主体段塞，其在油藏中的稳定性将直接影响调剖的效果，对其影响因素的研究至关重要。

温度是影响聚交体系稳定性的重要因素，将厂家提供的相关数据进行整理，得出聚合物质量浓度为0.1%的交联体系成胶时间和胶体强度随温度变化的关系曲线，如图1和图2。

由图1可知，温度对体系的成胶时间有很大影响，温度越高成胶时间越短。

体系在50℃左右时成胶时间发生突变，由40℃到60℃成胶时间缩短了一半以上。

该油田主力层油藏温度在70℃以上，注入聚交体系成胶时间短。

为了使聚交体系能够顺利推向油藏深部，要适当延长聚交体系成胶时间。

图1 温度对交联体系成胶时间的影响
图2 温度对交联体系强度的影响
由图2可知，在一定温度范围内，交联体系强度随温度提高而增加；当温度超过某一值时，交联体系强度开始快速下降。

这说明交联体系成胶需要适宜的温度，但体系强度在较高温度时稳定性变差。

该油田主力层油藏温度不利于交联体系的稳定性。

2.3地层水矿化度
不同矿化度的水（或者是采出水、地表水）对聚合物的粘度是有很大影响的，更影响其交联，特别是地层水中存在的Ca2+、Mg2+、Fe3+高价阳离子对聚交体系的影响是破坏性的。

本人曾在实验室做过耐温抗盐聚合物凝胶体系在相同温度下，体系强度和成胶时间随矿化度的变化关系。

实验选用三种聚合物质量浓度的交联体系，结果如图3和图4所示。

图3 矿化度对交联体系性能的影响
由图3可以看出，聚交体系的成胶强度随着矿化度的升高而降低，而且降幅较大；体系的浓度越高强度越大。

该油田主力油藏地层水矿化度在27000mg/L左右，注入的交联体系能保持有效的强度。

图4矿化度对凝胶性能的影响
由图4可以看出，聚交体系的成胶时间随矿化度的变化不大，成胶时间有所延长；聚合物的浓度越高，聚交体系的成胶时间越短。

因此，在施工过程中，为了延长成胶时间使堵剂推向油层深部，宜采用低浓度注入。

三、调剖体系对调剖效果的影响
3.1调剖体系组成
通过历年调剖效果分析，深部调剖主要存在以下四方面的问题：（1）地下交联聚合物成胶条件受地层影响大，地下交联不完全；（2）地面预交联凝胶颗粒膨胀速度快，油藏高温高盐条件下易脱水，进入地层微小孔隙困难，在地层中以分散相存在易被注入水向前推进；（3）对中低渗油藏，在封堵裂缝或大孔道后由于启动低渗透层的注水压力较高，注水困难；（4）对于大孔道和裂缝油藏，由于堵剂自身的缺陷，堵剂进入深部并形成堵塞的难度加大。

对于以上存在的问题，注水井深部调剖宜采用深部复合调堵体系，即地下交联聚合物凝胶体系、水驱流向改变剂、地层预处理技术、地层后处理技术。

该体系既克服了地下交联聚合物成胶条件受地层影响大，地下交联不完全的缺点，又克服了预交联凝胶颗粒进入地层微小孔隙困难，在地层中以分散相存在易被注入水向前推进的缺点，能够在封堵大孔道或裂缝的同时，对低渗透弱吸水层进行解堵，提高并改善低渗透层的吸水能力。

3.2堵剂用量
不同调剖井理想的堵剂用量是不同的，调剖剂用量需要依靠单井的生产特征、调剖半径、调剖层厚度等数据进行估算，才能取得较好的调剖效果。

3.2.1堵剂用量计算方法
根据历年的调剖情况和单井的生产特征，选择合理的调剖半径，深部调剖的合理半径为注采井距的1/3～2/3。

然后根据注采井距的大小、注水井的位置、调剖剂的强度、历史措施的效果等对调剖半径进行修正。

为确保取得好的调剖效果，修正后的调剖半径应在1/4注采井距以上。

然后依据吸水剖面资料确定主要吸水层段及其厚度，依据注采井的静、动态对应关系，考虑各调剖井调剖层段在平面上的各向异性和吸水强度的差异，计算调剖剂量。

φβπ⨯⨯⨯
⨯⨯=h N
r V n 4
2 式中：V －调剖剂量，m 3；r －调剖半径，m ；n β－调剖面积系数；
N －调剖方向数，1~4；h －调剖厚度，m ；φ－调剖层段的孔隙度，%。

由于油藏的渗透率低，调剖剂的不可入孔隙体积较大，在设计计算时应考虑调剖剂的不可入孔隙体积。

再结合历年的调驱情况，考虑增油量和经济效益对调剖剂量进行修正。

特别地，对裂缝（剖面尖峰），根据裂缝体积计算。

λφ⋅⋅=f V V
式中：V —处理量，m 3；f V —裂缝体积，m 3；
φ—裂缝孔隙度，%；λ—系数。

其中系数λ由体系强度和裂缝孔隙度与地层孔隙度的相对大小来确定。

体系强度越大，
λ越小；裂缝孔隙度与地层孔隙度的比率越大，λ越大。

裂缝的高度根据吸水剖面的尖峰对应的地层厚度来确定。

3.2.2堵剂用量对调剖效果的影响
依据该油田2012年调剖数据，选用调剖体系和施工参数相近的调剖井，对其效果进行分析，结果如表1。

由表1可以看出，堵剂用量对调剖井组的累积增油量影响关系不明显，这主要受井组可挖潜潜力的影响。

但堵剂用量对调剖有效期的影响有一定的规律性，即随着堵剂量的减少，调剖有效期减小。

但在考虑施工条件和经济效益的情况下，堵剂用量并不是越大越好。

3.2.3堵剂用量影响调剖效果机理分析
采用理想模型对堵剂用量影响调剖效果机理进行分析。

由于注入水的长期冲刷及地层粘土的重新分散和转移，在高渗带（或大孔道、裂缝）与低渗带之间形成一个过渡带，即中渗带。

下面就调剖后注入水在地层中的走向来分析调剖效果。

（1）堵剂量不足的情况
注水井调剖剂用量小将产生两种后果：①注入水对堵剂产生绕流（见图5），但绕流面积小，波及体积小，对低渗透层甚至不波及。

此外注入水对堵剂绕流流线密度大，对堵剂冲刷能力强，导致调剖有效期较短，调剖效果差。

②注入水对堵剂产生突破（见图6），直接导致化堵失效。

图5 注入水绕流示意图 图6 注入水突破示意图 （2）堵剂量充足的情况
图7堵剂量充足调剖后注入水走向示意图
注水井调剖剂用量充足能够有效的封堵高渗层（或大孔道、裂缝），调驱中低渗透层（见图7），增大注入水绕流面积，扩大中低渗透层的波及体积，特别地增强对低渗层的挖潜能力，取得较好的调剖效果。

3.3段塞结构
油藏剖面吸水状况、调剖体系特征及施工参数决定段塞体积大小、段塞强度及段塞的组合方式。

对裂缝性油藏应采用较强的堵剂体系进行封堵，消除剖面上的尖峰；对高渗透层采用中等强度的堵剂体系进行深部调剖，调整渗透率级差，抑制注入水推进速度；对中高渗透率层段，注入调剖体系或聚合物溶液，建立适当的阻力，为低渗透层段吸水留下足够的压力空间，提高驱油效率与波及体积。

一般调剖剂分为调、驱、堵和封口四个段塞：
（1）调剖段塞，强胶体系，段塞体积相对较小，段塞用量占全井总调剖剂用量的5%。

成胶时间较短，成胶后强度较高，进入高渗透层段并在近井地带建立一定阻力，减少调剖剂用量，提高效益。

（2）调驱段塞，弱胶体系，段塞用量占全井总调剖剂用量的60%～80%。

成胶时间较长，成胶后有一定强度，调驱剂较多地进入中高渗透层段，并在地层中深部成胶。

（3）调堵段塞，强胶体系，段塞用量占全井总调剖剂用量的10%～20%。

成胶时间较短，成胶后强度高，确保调剖剂只进入中、高渗透层段并在近井地带成胶，为后续注水建立足够的阻力，有效保护已进入中、深部的调剖剂。

（4）封口段塞，快速成胶体系，段塞用量占全井总调剖剂用量的5%。

成胶时间短，成胶后强度高，抗冲刷能力强，确保调剖剂只进入高渗透层段并在近井地带成胶。

在堵剂类型确定的情况下，段塞的强度由堵剂的浓度决定，在一定范围内，堵剂的浓度越高，强度就越大（见图8）。

调驱段塞弱胶体系在总调剖剂量中所占比例在70%左右，因此可以得出，注水井深部调剖主要使用低浓度堵剂，这与“低浓度”化堵理念是相吻合的。

图8 主剂浓度对堵剂强度的影响（厂家资料提供）
四、施工参数对调剖效果的影响
注入压力和注入排量是调剖施工的两个重要参数。

这两个参数的选用是否合理将明显影响调剖的效果。

4.1注入压力和注入排量的选用原则
根据注水井的日配注量、注水系统压力与注水井注水压力的差值高低与中、低渗透层位的启动压力，确定各段塞的注入压力。

然后以压力定排量原则，确定注入排量的大小。

调剖的注入压力和排量控制条件：
(1)注入压力上升空间较大（3MPa 以上）：强度较大的段塞施工排量保持在2m 3/h 左右；强度较小的段塞排量可以大一些，控制在2.5~3m 3/h 。

(2)注入压力上升空间较小（3MPa 以下）：强度较大的段塞施工排量控制在1.5m 3/h 左右；强度较小的段塞排量控制在2~2.5m 3/h 。

总之，要综合考虑日注水量、调剖剂的强度、调剖剂注入方式、段塞的注入压力、段塞的目的层段等因素，以压力缓慢提升为原则来确定段塞的注入排量。

强度较大的调剖剂应以低压低排量施工，以压力定排量，防止其进入非目的层段。

4.2施工参数对调剖效果的影响机理分析
根据该油田2012年调剖结果，分别选择2口一次调剖井和2口二次调剖井进行对比分析，分析结果如表2所示。

表2施工参数对调剖效果影响对比分析
由表2可以看出，无论是一次调剖和二次调剖，施工排量相对较小、施工时间较长、压力提升缓慢的调剖井取得较好的效果，调剖有效期明显大于压力上升较快的调剖井。

图9 K04-20施工压力曲线 图10 K5-12施工压力曲线
图9~图10为上述其中2口井的施工压力曲线，可以看出，由于K04-20调剖井施工压力缓速平稳上升，大量堵剂得以推向油层深部，化堵效果较好，有效期限长（见图7）；K5-12调剖井初期压力上升速度较快，表示大量堵剂在近井地带滞留，压力的过早攀升为堵剂推向油层深部预留的压力空间较小，后续施工时堵剂进入近井地带的非目的层，导致调剖深度浅，调后注水压力高，容易被注入水突破，调剖有效期短（见图11）。

图11堵剂滞留近井地带示意图
五、重复调剖对调剖效果的影响
5.1 重复调剖效果分析
由于地层条件、工艺水平、施工质量等因素的影响，调剖井有效期的长短不同。

但经长期注水的冲刷，调剖井终将失效，重复调剖率将会越来越高。

对该油田近几年全部70井次的调剖效果进行分析，其中一次调剖43井次，二次调剖18井次，三次调剖9井次，分别求取一次调剖、二次调剖、三次调剖累积增油量的算术平均值(见图12)。

由图12可以看出，一次调剖平均累积增油316t，二次调剖平均累积增油260t，三次调剖平均累积增油185t。

平均累积增油量呈依次递减趋势，并且递减趋势加快，但三次调剖的平均累积增油量仍然达到185t。

这说明水井经过两次堵水调剖后，依然存在再次重复调剖的潜力，但调剖的效果会逐次递减。

图12 不同轮次调剖增油效果
5.2重复调剖效果递减因素分析及相应措施
5.2.1历年措施效果
化堵井的历年措施对重复调剖效果及经济效益将产生较大的影响，主要表现在以下三个方面。

（1）历年化堵效果好，油藏动用程度高。

对于此类措施井，重复调剖效果将有大幅度递减，所带来的经济效益亦会减小。

分析认为，较好的化堵效果将有效的降低油藏的剩余油饱和度，剩余油饱和度越低，油藏开采难度越大，重复措施的效果越小。

此类油藏要强化调驱，在调剖
的基础上加大驱油段塞，提高洗油效率，增强对剩余油的挖潜能力。

（2）历年化堵效果差，油藏污染程度高。

化堵调剖体系的选用和注入工艺水平的高低不仅会影响化堵调剖的效果，而且会对油藏带来破坏性的污染。

化堵调剖体系化学剂与地层水的不配伍性将导致化学剂与高价阳离子进行交联，形成微胶粒，从而伤害地层；化堵剂溶液配制时，由于配制方法不当、搅拌不充分及体系熟化时间不足，堵剂溶液极易形成“鱼眼”而堵塞地层孔喉，造成渗透率下降，引起油层伤害。

此类油藏重复调剖施工难度大，效果不理想，建议重复调剖前进行油层预处理，如注人酸使微胶粒造成的伤害降低到最小。

（3）历年化堵效果差，油藏污染程度低。

由于注入工艺不合理、注入堵剂量偏小等因素的影响，堵剂只滞留在近井地带，没有推向油层深部，造成化堵有效周期短，化堵效果差。

此类油藏深部污染程度低，重复调剖施工难度相对较小，能取得较好的效果。

5.2.2重复调剖体系的选用
相同调剖体系在地层中的成胶、絮凝时间和强度是接近的，因此它们将停留在孔道中比较靠近的位置，造成重复调剖波及面重叠现象。

历年调剖后，重叠部分剩余油减少，所以重复调剖采用相同或相近的调剖体系会减小调剖效果。

为了减少重复调剖波及面的重叠，应在重复调剖中采用不同强度和不同失去流动性时间的堵剂体系，使堵剂滞留在地层中不同的位置，增大波及面。

5.2.3重复调剖堵剂的用量
通过历年调剖措施后，注水井近井地带的剩余油已被驱替，重复调剖时堵剂必须向深部推进才能继续发挥调剖作用，取得较好的重复调剖效果。

随着堵剂离注水井的距离增加，等量堵剂所形成的环形段塞变薄，调剖作用减弱，重复调剖效果减小。

因此，重复调剖时要增加堵剂用量，确保段塞厚度，增强调剖作用。

5.2.4注入工艺水平
油藏通过多次调剖后孔隙结构发生变化，地层中残留的化学剂会增强对注入堵剂的吸附，使堵剂推向深部的难度增加，因此重复调剖对注入工艺水平有了更高的要求。

为了减少堵剂在近井地带的滞留，重复调剖时要降低堵剂的浓度，延长成胶、絮凝时间，同时严格监控注入压力的变化，以压力定排量。

六、结论
（1）该油田主力层油藏类型适宜选用聚交体系作为调剖主体段塞。

（2）该油田主力层油藏温度对调剖体系的强度和成胶（絮凝）时间有很大的影响，调剖体系的成胶（絮凝）时间较短，宜采用延时交联体系。

（3）聚交体系的成胶时间随矿化度的变化不大，成胶时间有所延长；聚合物的浓度越高，聚交体系的成胶时间越短。

该油田主力层油藏地层水矿化度对抗盐堵剂体系的影响不大，注入的交联体系能保持有效的强度。

（4）堵剂用量需经过详细计算才能做到用量合理，堵剂用量对调剖有效期的影响有一定的规律性，即随着堵剂量的减少，调剖有效期逐渐减小。

但在考虑施工条件和经济效益的情况下，堵剂用量并不是越大越好。

（5）调驱段塞弱胶体系在总调剖剂量中所占比例在70%左右，注水井深部调剖主要使用低浓度堵剂，这与“低浓度”化堵理念是相吻合的。

（6）施工过程中遵守以压力定排量的原则，使压力缓慢提升。

强度较大的调剖剂应以低压低排量施工，防止其进入非目的层段。

（7）注水井经过调剖后，依然存在再次重复调剖的潜力，但调剖的效果会逐次递减。

如何减缓重复调剖效果的递减，保证注水井的调剖效益是下一步工作所要面对的重要问题。