注聚井分级注入浓度段塞的设计与应用

引 言

    目前，聚合物驱油已成为三次采油中日趋成熟的提高采收率技术。由于受地层非均质性的影响，注聚井注入能力和地层渗透性等有较大差异。聚合物驱油过程中，聚合物溶液的粘度直接关系到聚合物驱试验的效果。显然，注入体系粘度低则起不到应有的流度控制和调剖作用，易使聚合物沿高渗透层窜流；粘度太高，由于聚合物在地层中的吸附滞留作用，形成聚合物滤积，阻力系数增大，聚合物在地层中渗流阻力增加，使整体注入能力大幅度下降，造成注采失调。故不能采取一刀切的注入方法，必须确定最佳注入方案，对不同的井采取不同的注入方案，提高注入方案的实际针对性和可操作性。在矿场试验的基础上，创新设计和应用“分级注入浓度"聚合物段塞，并取得了很好的应用效果。

    1  “分级注入浓度"聚合物段塞的提出

    1.1 原有“分阶段、统一段塞"注入方式

    在矿场，聚合物驱的实际注入过程是通过单井注聚泵加压的聚合物母液与注水站供给的高压污水经流量计计量按比例混合稀释后注入地层，亦称聚合物混注。为现场操作方便，实际按混配比（即聚合物母液与高压水的比例）调节高压污水注入量来实现设计方案要求的注入浓度。

    以往，矿场实际注入过程分为若干个不同的阶段。在同一阶段内，注聚区内的所有注入井注入相同浓度的聚合物溶液，无大的调整和变动（注入能力变化和整体调整除外）；在不同的阶段则注入不同浓度的聚合物溶液。通常把它叫作“分阶段、统一段塞"注入方式。为叙述方便，也可简称原注入方式或原注入方案。

    1.2  “分阶段、统一段塞"注入方式的缺陷

    矿场注采动态特征分析及试验效果评价表明，“分阶段、统一段塞"注入方式除有利于现场操作管理外，存在着明显的缺陷：

    （1）由于注聚井吸水指数、注入能力不同，随着注入时问的延长，注聚井注入能力变化很大。部分井注入能力严重下降，不到完成方案设计的注入量，就有近1/3的井注不进去，造成注聚区注采失调加剧，严重影响试验效果。也就是说，浓度该降低的没有降下来。

    （2）某些地层经过长期的注水冲刷，层内已形成大孔道甚至特大孔道，低浓度的注入段塞对大孔道的封堵效果太差，起不到应有的流度控制和调剖作用，聚合物沿大孔道窜流较严重，使聚合物在地层内形成无效循环，影响聚合物驱油效果。也就是说浓度该提高的没有提上去。

    （3）注聚区由原注水开发转注聚之初，由于地层平面上非均质性较严重，注聚区目的层内部和平面上动用状况有较大差异。实施原注入方式，有的井区大孔道没能有效封堵，同层的另一些注聚井注入能力却严重不足，层内和平面矛盾得不到缓解，低渗透条带的油仍然采不出来，造成层内和平面动用效果较差，达不到预期的驱油效果。

    1.3  “分级注入浓度"段塞的提出

    鉴于原注入方式的缺陷，在前期注聚开发取得明显成效的基础上，提出了“分级注入浓度"聚合物段塞。它是针对注聚井注入能力和地层的不同特点，采取不同的单井注入浓度和段塞注入量（即PV·mg/L），随着注入时间的延长及时作相应的调整。由于每一口井的注入浓度及注入时间长短均不相同，故把它称之为“分级注入浓度"聚合物段塞。它的实施有利于调整层内和平面矛盾，改善不利的油水流度比，提高低渗透条带和动用程度较差区域剩余油的动用程度，有利于改善聚合物驱油整体效果。

    2 “分级注入浓度"聚合物段塞的设计

    如前所述，注聚井所处的地层条件各不相同，非均质性、渗透性有较大差异，因此，注入过程不能采取一刀切的注入方法。注聚区有的地层由于长期受注入水的冲刷，层内已形成大孔道，需要注高浓度（高粘度）聚合物段塞；对地层条件差、地层流动系数（KH/μ）小的井，注入能力较差，需要注入低浓度（低粘度）聚合物段塞。矿场实施时究竟采取哪种注入段塞要根据注聚井注入能力、注采动态反映和地层实际情况确定。

    2.1  分级注入浓度段塞确定原则

    为提高单井注入方案的针对性和实际可操作性，在油藏动态监测的基础上，应用成熟的理论和实践经验，根据以下5项地层参数或地层测试结果，确定单井注入浓度段塞的最佳技术界限，从而确定单井注入段塞配置原则。（1）地层流动系数（KH/μ），其中，K为平均地层空气渗透率，μ；H为平均地层有效厚度，m；μ为聚合物溶液粘度，mPa·s，（2）单井注入压力。（3）吸水指数。（4）地层启动压力。（5）大孔道测试结果。具体的段塞确定原则及其对应的地层条件见表1。

表1单井注入段塞配置确定原则

注：段塞1,2,3,4,5的具体配置见表

    2.2  确定最佳聚合物段塞

    根据以往实践经验，在对单井注入能力及大孔道、高渗透带分布情况等因素认真分析的基础上，按照注入段塞配置确定原则确定5种注入段塞组成（表2）。

表2  5种注入段塞组成

    2.3 “分级注入浓度"聚合物段塞实施方案

    随着注聚井注入压力及地层动态参数的变化，要对单井注入段塞作相应的调整，最大限度地发挥聚合物驱油剂的使用效益。

    矿场在注采动态特征和地层参数分析的基础上，结合单井注入段塞确定原则，确定可操作的注入段塞实施方案。

    若某井的条件与表1中某种段塞对应的5项地层条件全部符合，则该井就注这一种段塞。若只符合其中3-4个条件，有1-2项不符合时，则进行具体分析决定注哪种段塞。

    段塞1：对有特大孔道的注聚井，注超高浓度聚合物加交联剂段塞，即直接注5000mg/L聚合物母液，以确保对大孔道实施有效的封堵。但实践表明，一般连续注入时间不超过一个月，当注入压力上升到12MPa，立即降低注入浓度，防止地层注不进去。

    段塞2：对存在大孔道或高渗透带的井，采用注高聚合物浓度（2000-2500mg/L，甚至更高）段塞。同段塞1一样，根据注入压力变化调整注入浓度。

    段塞3：对注入能力较好的井采用注中等聚合物浓度（1500-2000mg/L）段塞，根据注入压力变化调整注入浓度。

    段塞4：对注入能力较差（启动压力高，吸水指数较小）的井，采用注低浓度（1000mg/L），根据注入压力变化调整注入浓度。

    段塞5：对不能正常混合注入，母液倒灌到高压水干线上，而单独注高压水或母液时则能深持正常注入的井，采取交替注入母液和高压水的办法，保持混合浓度在2000mg/L左右，这种注入方法亦称间歇注聚。这过程要严密跟踪注入压力变化，防止注不进去。如果注入压力继续上升，则加大污水注入量，减少聚合物注入量。必要时采取洗井、作业增注等措施，保持地层的吸水能力[1]。

    实际上，在实施“分级注入浓度"聚合物段塞时，单井注入段塞浓度仍随注采动态和地层实际情况的变化而作相应的调整，甚至注同一段塞的井，注入浓度也有一定差异，不搞一刀切。

    3  “分级注入浓度"聚合物段塞的矿场应用及效果

    3.1   “分经注入浓度"段塞的矿场实施情况 
    根据单井注入段塞确定原则，只要经过简单的分析计算，就可确定每口井的注入段塞组成，具有较强的可操作性。2007年4月起在六区西北部Ng5-6层的35口井上实施，25口井见效，到2007年12月，比原聚合物驱多增油20190t；在三四区推广实施3个月，也取得明显增油降水效果。这里以六区西北部Ng5-6层第一阶段实施情况为例介绍具体的做法和取得的效果。

    （1）注段塞1。对油压低的7口井，经过地层参数测试分析确认有大孔道存在，注入压力低，符合段塞1注入条件。因此，确定注超高浓度聚合物，即直接注5000mg/L聚合物母液，封堵特大孔道。

    由于采用单泵单井注入方式，为保证单井注入量不致下降太多，启用备用泵，用2台泵同时注1口井，确保形成高粘度聚合物段塞。注入过程中及时跟踪注入压力及对应油井动态变化，当注入压力上升、符合段塞2注入条件时，及时改注段塞2，防止注入压力上升太高，造成注入能力的急剧下降。

    注入高浓度的聚合物段塞后，由于聚合物在大孔道的吸附滞留作用，注入体系阻力系数增加，形成对大孔道有效的封堵，产生高渗透层指向低渗透层的压差，随之注入的相对低浓度的聚合物段塞则进入到动用程度相对较差的低渗透区域，即聚合物溶液发生绕流，有利于改善低渗透区域的驱油效果[2]。

    （2）注段塞2。对油压较低的6口井，注高浓度聚合物段塞，对大孔道和高渗透层进行有效的封堵。随着注入压力的变化，对注入浓度及时进行调整。

    （3）注段塞3。对油压较高的8口井，注中等浓度聚合物段塞，保持了较好的注入能力和驱油效果。

    （4）注段塞4。对油压较高的6口井，注低浓度聚合物段塞；较好地保持了注入能力。实施中有几口井对应的注聚泵排量超过设计的母液流量，为保持低浓度注入，只有降低注聚泵的排量。于是，调整变频器运行频率，降低泵速，从而降低注聚泵排量，达到低浓度注入的目的。

    （5）注段塞5。2007年初以来，六区西北部Ng5-6注聚区有8口井油压高，不能正常混注，均出现聚合物母液倒罐到高压水干线的情况。现场试验表明，这些注聚井在交替注母液或高压污水时，仍能正常注入。于是实施间歇注聚，在正常高压污水干压下，采取交替注入母液和高压污水的方式，混合浓度控制在1500-2000mg/L左右，使其在地层中进行混合驱油。一般交替间隔时间为1-2天，使这些井较好地保持了正常注入。

    3.2  “分级注入浓度"段塞矿场应用效果

    六区西北部Ng5-6注聚区实施的“分级注入浓度"聚合物段塞，取得了很好的实施效果。

    矿场实施注入1-3个月，第一阶段注入告结束。确切地说，并不是分阶段注入的，因为当井的条件发生变化时已及时调整。这里的阶段是为效果统计方便起见而人为划定的。3个月中，注采动态发生了预期的变化。表现为：注入能力较差的井保持了正常注入；大孔道和高渗透条带得到有效封堵，遏制了聚合物在大孔道中的窜流，油井见聚合物浓度有了较大幅度的下降；对应油井产量上升并保持增幅稳定；生产动态良好。截止到2008年4月底，经过详细分析计算，扣除正常聚合物驱油见效井外，共有26口油井见效，累计增油20190t，取得了明显的增油降水效果，具体数据见表3，其中措施实施后的2007年12月为效果最好的一个月，目前仍然有效。

表3  “分级注入浓度"聚合物段塞实施效果

     在“分级注入浓度"注入取得阶段性成效的基础上，继续进行矿场实施，并根据注入动态的变化作经常性的调整，使注入浓度注入方式贯穿于矿场注入过程的始终。

    经分析，实施“分级注入浓度"聚合物段塞除取得较好增油效果外，还呈现以下注采动态特征。

    （1）低压注聚井注入压力上升，吸水剖面得到改善

    经动态监测证明存在大孔道的低压井，注入压力有了较大幅度的上升，平均由2007年4月的8.5MPa上升到2007年12月的11MPa。吸水指数由55.5/MPa·d下降到64.5/MPa·d，大孔道得到较好的封堵。实施前后吸水剖面测试表明，原来吸水好的层由45.5％下降到38.5%，下降5.4%，原吸水差的层吸水变好，由35.4％提高到45.8%，吸水剖面得到了较好的调整，提高了低渗透层、动用差层的动用程度。另外，对应油井聚合物产出浓度有了较大幅度下降，由原来的125mg/L下降到45mg/L，减少了聚合物大孔道和高渗透层的无效循环与窜流。

    （2）高渗透条带原油重质组分得到动用

    经统计，共有8口位于主河道的油井采出了原油重质组分，证明动用程度得到提高。原油密度由0.9613g/c上升到0.9678g/c，原油粘度由1244.5mPa·s上升到1429.8mPa·s,说明注入高浓度段塞驱出了高渗透条带水驱难以动用的重质组分[3]。

    （3）低渗透、动用差条带原油轻质组分动用程度提高，产油剖面得到调整

    经统计，有16口油井原油轻质组分动用程座提高，说明注入高浓度段塞在对大孔道有效的封堵后，随之注入的低浓度聚合物段塞发生绕流，进入到原来水驱波及不到的低渗透条带驱油，表现为油井产出油密度和粘度下降。以6-25-2435井为例，该井对应注聚井为6-25-454井和6-26-N423井，前者提高注入浓度，由1405mg/L提高到2500mg/L，后者实施间歇注聚。实施后，该井日产油由9.9t/d上升到34.3t/d，日增油24.4t，含水由97.1％下降到75.7%，下降21.4个百分点，效果十分明显。注入方案调整后，该井原油密度由调整前0.9701g/c下降到0.9501g/c，原油粘度由1805mPa·s下降到989mPa·s，说明提高注入浓度后，驱油体系粘度的提高，有效地封堵了高渗透带，驱动了水驱时基本未动用的剩余油，并首先驱动了其轻质组分，从而引起产出油密度和粘度的下降。由此也反映产油剖面得到调整。

    （4）对高油压井实施间歇注聚不失为一种行之有效的措施

    因注入压力高而停注的井采取间歇注聚，单独注入的高压水对聚合物滤积具有外推和稀释作用，确保形成较好的注入通道，有利于后续注入。矿场实施表明，间歇注聚可较好地解决高油压注聚井注不进去的问题，有效地遏制因长期欠注造成的地层压力下降，对协调注采关系能起到别的增注方法不可替代的作用。

    在六区西北部Ng5-6注聚实施“分级注入浓度"聚合物段塞取得明显成效的墓础上，在三四区注聚区进行了推广应用，实施3个月后也取得了明显的增油降水效果。

    4   认识与结论

    孤东油田的聚合物驱矿场实施表明，根据不同的地层条件，实施“分级注入浓度"聚合物段塞，并不断调整注入段塞，对改善聚合物驱油效果，起到了很好的作用，是一项具有国内领先水平的技术突破，为今后进一步推广应用摸索了经验。

    （1）按“分级注入浓度"聚合物段塞实施注入，可较好地调整吸水剖面和产油剖面。对有大孔道的注聚井，注入高浓度段塞可有效地封堵大孔道；注低浓度段塞可使高压井保持较好能力。

    （2）按“分级注入浓度"聚合物段塞实施注入，并按其确定原则进行不断的方案调整，使得高渗透条带原油重质组分得到动用，低渗透、动用差条带原油轻质组分动用程度提高。

    （3）实施间歇注聚可较好地协调注采关系，有效地遏制因长期欠注造成的地层压不失为一种行之有效的增注措施。

    （4）实践表明，实施“分级注入浓度"聚合物段塞具有较好的针对性和较强的可操性，这样的探索和尝试十分有益，对下一步的注入方案设计和应用具有较好的借鉴和参考作用。

参考文献

[1]顾永强等．孤东油田七区西聚合物驱间歇注聚的矿场试验研究．油气采收率技术，1997,4（1）.
[2]赵长久等．聚合物驱注入压力探讨．油气采收率技术，1997,4（2）.
[3]吴文祥等．不同分子量聚合物及其段塞组合对驱油效果的影响．油气采收率技术，1996,3（4）.