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摘要在注聚区块可能存在注聚压力高问题，原有普通的水力压裂和化学增注措施，都不能很好解决注聚井注入困难的问题，增注效果差，有效期短。本文在分析措施失效的原因的此基础上，提出了树脂砂压裂和表面活性剂增注两种聚合物增注工艺，提高了聚驱增注措施效果，获得了较好的经济效益。
关键词聚合物技术研究 经济效益
前言
在注聚区块可能存在注聚压力高问题，原有普通的水力压裂和化学增注措施，都不能很好解决注聚井注入困难的问题，增注效果差，有效期短，都不超过3个月。在分析措施失效的原因的此基础上，提出了树脂砂压裂和表面活性剂增注两种聚合物增注工艺，提高了聚驱增注措施效果，获得了较好的经济效益。
树脂砂压裂增注技术
2．1聚合物注入井压裂失效原因分析
压裂措施对于解除注水井近井地带的污染, 改善储层的渗流条件,增加注入量是有效果的，但在聚合物注入井中应用常规压裂技术却存在有效期短的问题。虽然采取了增加支撑剂用量、提高支撑剂浓度以及酸压结合等措施，聚合物注入井中的压裂有效期仍不超过3个月。
分析造成聚驱注入井压裂失效原因有两个：一是聚合物溶液的粘度高、携砂能力强；二是聚合物注入井的注入压力较高，支撑剂在裂缝中承受较小的闭合压力，使得高携砂能力的聚合物将把支撑剂带入地层深部，造成井筒附近裂缝闭合，压裂失效如图1所示。
图1注聚井压裂失效原理示意图（1—井筒、2—石英砂、3—地层）
为验证以上压裂失效原因，室内利用聚合物溶液分别对模拟楔型裂缝内的支撑剂运移情况进行了实验。实验装置包括聚合物容器、平流泵、人工模拟裂缝和收集器等。实验流程如图2所示。
图2实验流程图
基质岩心采用两块长度为30cm、宽度为4cm、厚度为2cm的均质岩心，其渗透率为1200×10-3μm2。岩心沿长宽方向形成一条长度为30cm的人工裂缝。裂缝为一条楔形缝，一端的宽度为3mm，另一端的宽度为5mm。在裂缝中填充不同的支撑剂后用环氧树脂进行整体密封处理。基质岩心侧视和正视图如图3、图4所示。
图3楔形裂缝侧视图图4 楔形裂缝正视图
用4种不同的支撑剂，分别用清水和聚合物溶液（1000ppm）以208、416、625、833 ml/min的排量各驱替30分钟，模型出口流出的砂量如图5所示。
图5出砂量与流量关系曲线
由曲线可以看出，石英砂水驱、聚合物驱，石英砂+碳纤维聚合物驱在楔形裂缝中都有砂粒运移，石英砂聚合物驱累积运移量最多，石英砂水驱次之。树脂砂聚驱、核桃壳聚驱无砂粒运移。由于核桃壳为松散胶结，而树脂砂胶结强度较高，能够在井筒周围形成一个整体的砂饼，有效防止砂粒的运移，因此现场压裂过程中选择树脂砂作为支撑剂。
2.3树脂砂加砂半径及加砂量的确定
由于支撑剂的运移只发生在井筒附近，因此现场采用尾追树脂砂的方法。但由于井筒附近裂缝为树脂砂而裂缝深部仍为石英砂，为防止裂缝深部石英砂运移而造成树脂砂与石英砂连接处的裂缝闭合，需要找出石英砂开始运移时注入流体的临界流量，确定防砂半径，从而保证整个裂缝内的支撑剂均处于稳定状态（如图6所示）。
根据室内实验结果，在模拟裂缝内当聚合物溶液的流速为0.1388mm/s时石英砂开始运移。因此现场聚合物注入井裂缝内的流速高于此值范围内都应采用树脂砂。经计算压裂过程中树脂砂的加砂半径应为11m，需要尾追1m3的树脂砂。现场压裂过程中尾追树脂砂量为1.3m3，可以防止裂缝内所有支撑剂在聚合物溶液作用下的运移。
图6树脂砂防注入井裂缝口闭合图（1井筒、2石英砂、3地层、4树脂砂）
2.4树脂砂固化时间的确定
树脂砂固化时间测试表明，在 40 ℃环境温度下，树脂砂初始固化时间为 30min，最终固化时间为96hr。压裂施工结束后地层温度恢复时间约为30min。
因此现场制订现场施工工序为：单层压裂结束后先不动管柱等候120min，待压力扩散且树脂砂初凝后再起压裂管柱。压裂井投注前关井96hr，使树脂砂充分固结。
2.5现场应用效果
截止2004年10月底，在注聚井中进行树脂砂压裂234口井，初期单井日增注44.6m3，压力下降3.0 MPa，平均有效期已达18个月，效果远远好于石英砂压裂，且持续有效，最长已达36个月。
3、表面活性剂增注技术
常规酸化措施用于聚合物注入井，由于酸液与聚合物会发生反应，会在井筒中生成絮凝物和硬质团块，形成堵塞，无法获得增注降压效果。
增注就是要增加注入水的有效渗透率, 由公式可知Kw=K×Krw，提高绝对渗透率（K）和提高水相相对渗透率（Krw）都可以提高注入水的有效渗透率（Kw），从而达到降低注入压力、增注的目的。注聚井表面活性剂增注技术就是利用超低界面表活剂改变油层砂岩孔隙表面性质及其与注入流体的界面张力，提高油层的水相渗透率，实现注聚井增注降压。
3.1表活剂体系优选
通过室内实验，研究出以烷醇酰胺和聚氧乙烯聚氧丙烯镶段共聚物为主要成分的非离子表活剂FLZB及助剂复合体系，该体系能够形成10-3mN/m数量级的超低界面张力，从而降低聚合物的后续吸附和扑集作用，从而提高水的相对渗透率。在模拟油藏温度（45℃）和矿化度（4456mg/L）条件下，通过室内实验确定了现场应用的最佳配比为：表面活性剂FLZB 0.5 %，助剂A 1.0%。
通过实验对该表活剂体系的抗稀释能力、稳定性、抗盐能力进行了评价（见图7、8），结果表明，该表活剂复合体系，具有抗稀释能力强、稳定性高、抗盐能力强的特点，在温度为45℃，矿化度为4456mg/L条件下放置28天内，连续测定界面张力均保持在10-3mN/m之内。
图7FLZB/助剂A复合体系的抗稀释性能 图8 FLZB/助剂A复合体系的稳定性能曲线
3.2表活剂增注岩心驱替实验
为寻找表活剂体系最佳驱替程序，检验表活剂体系在聚驱岩心上的降压效果，开展了岩心降压试验。将非离子表面活性剂FLZB、各种助剂分别用模拟地层水配成浓度为5%的溶液，实验所用的模型为直径25mm 人造岩心。当注入聚合物溶液压力达到稳定以后，分别对聚合物+活性剂二元驱、聚合物-表活剂-聚合物段塞驱（结果见图10、11、12、13）。
图10 54-2岩心聚驱-二元驱压力变化图11 80-26岩心聚驱-活性剂-后续聚驱压力变化
图12 70-11岩心聚驱-氧化剂-二元驱压力变化图13聚驱-氧化剂-活性剂-后续聚驱压力变化
4、增注技术的效果评价及经济效益对比
采用无因次吸水指数方法，对比树脂砂压裂、表活剂增注、石英砂压裂三种种聚合物注入井压裂的增注效果（如图14所示）。
圖14石英砂、树脂砂和表面活性剂聚合物增注K/K0曲线
曲线中纵坐标为K/K0, 其中K0为注入井措施前当月视吸水指数（日注入量与井口压力的比值）；K为注入井措施后分月视吸水指数。
三种措施单井平均增注量可由下式算出：
Q增=平均×措施后有效天数 (4)
式中：Q增——增注量；
Qn——措施后某月注入量；
Q0平均——注入井措施前日注入量的平均值；
Q0= (5)
利用（4）、（5）式计算可得截止目前树脂砂压裂的平均单井增注量为1.65万m3；表面活性剂的平均单井增注量为0.68万m3、石英砂压裂（常规化学解堵）的平均单井增注量为0.25万m3，常规化学解堵的平均单井增注量为0.19万m3。由于树脂砂压裂和表面活性剂增注两种措施目前仍然有效，因此以上两种措施的增注量计算偏于保守。
5 结论
1、高携砂能力的聚合物将支撑剂带入地层深部，造成井筒附近裂缝闭合，是注聚井压裂失效的主要原因。
2、现场试验证明，采用尾追树脂砂的方法可较好的解决注聚井压裂有效期短的问题，增注有效期可达20个月以上。
现场试验表明，表面活性剂降压增注技术是一种经济有效的注聚井增注工艺，与树脂砂压裂相比，具有对油层完好程度、油层及隔层厚度、水泥环胶结状况及完井质量没有限制，适用范围更宽的优点。
聚合物增注措施的经济评价表明，树脂砂压裂和表面活性剂聚合物增注措施的经济效益明显好于石英砂压裂措施。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词聚合物技术研究 经济效益
前言
在注聚区块可能存在注聚压力高问题，原有普通的水力压裂和化学增注措施，都不能很好解决注聚井注入困难的问题，增注效果差，有效期短，都不超过3个月。在分析措施失效的原因的此基础上，提出了树脂砂压裂和表面活性剂增注两种聚合物增注工艺，提高了聚驱增注措施效果，获得了较好的经济效益。
树脂砂压裂增注技术
2．1聚合物注入井压裂失效原因分析
压裂措施对于解除注水井近井地带的污染, 改善储层的渗流条件,增加注入量是有效果的，但在聚合物注入井中应用常规压裂技术却存在有效期短的问题。虽然采取了增加支撑剂用量、提高支撑剂浓度以及酸压结合等措施，聚合物注入井中的压裂有效期仍不超过3个月。
分析造成聚驱注入井压裂失效原因有两个：一是聚合物溶液的粘度高、携砂能力强；二是聚合物注入井的注入压力较高，支撑剂在裂缝中承受较小的闭合压力，使得高携砂能力的聚合物将把支撑剂带入地层深部，造成井筒附近裂缝闭合，压裂失效如图1所示。
图1注聚井压裂失效原理示意图（1—井筒、2—石英砂、3—地层）
为验证以上压裂失效原因，室内利用聚合物溶液分别对模拟楔型裂缝内的支撑剂运移情况进行了实验。实验装置包括聚合物容器、平流泵、人工模拟裂缝和收集器等。实验流程如图2所示。
图2实验流程图
基质岩心采用两块长度为30cm、宽度为4cm、厚度为2cm的均质岩心，其渗透率为1200×10-3μm2。岩心沿长宽方向形成一条长度为30cm的人工裂缝。裂缝为一条楔形缝，一端的宽度为3mm，另一端的宽度为5mm。在裂缝中填充不同的支撑剂后用环氧树脂进行整体密封处理。基质岩心侧视和正视图如图3、图4所示。
图3楔形裂缝侧视图图4 楔形裂缝正视图
用4种不同的支撑剂，分别用清水和聚合物溶液（1000ppm）以208、416、625、833 ml/min的排量各驱替30分钟，模型出口流出的砂量如图5所示。
图5出砂量与流量关系曲线
由曲线可以看出，石英砂水驱、聚合物驱，石英砂+碳纤维聚合物驱在楔形裂缝中都有砂粒运移，石英砂聚合物驱累积运移量最多，石英砂水驱次之。树脂砂聚驱、核桃壳聚驱无砂粒运移。由于核桃壳为松散胶结，而树脂砂胶结强度较高，能够在井筒周围形成一个整体的砂饼，有效防止砂粒的运移，因此现场压裂过程中选择树脂砂作为支撑剂。
2.3树脂砂加砂半径及加砂量的确定
由于支撑剂的运移只发生在井筒附近，因此现场采用尾追树脂砂的方法。但由于井筒附近裂缝为树脂砂而裂缝深部仍为石英砂，为防止裂缝深部石英砂运移而造成树脂砂与石英砂连接处的裂缝闭合，需要找出石英砂开始运移时注入流体的临界流量，确定防砂半径，从而保证整个裂缝内的支撑剂均处于稳定状态（如图6所示）。
根据室内实验结果，在模拟裂缝内当聚合物溶液的流速为0.1388mm/s时石英砂开始运移。因此现场聚合物注入井裂缝内的流速高于此值范围内都应采用树脂砂。经计算压裂过程中树脂砂的加砂半径应为11m，需要尾追1m3的树脂砂。现场压裂过程中尾追树脂砂量为1.3m3，可以防止裂缝内所有支撑剂在聚合物溶液作用下的运移。
图6树脂砂防注入井裂缝口闭合图（1井筒、2石英砂、3地层、4树脂砂）
2.4树脂砂固化时间的确定
树脂砂固化时间测试表明，在 40 ℃环境温度下，树脂砂初始固化时间为 30min，最终固化时间为96hr。压裂施工结束后地层温度恢复时间约为30min。
因此现场制订现场施工工序为：单层压裂结束后先不动管柱等候120min，待压力扩散且树脂砂初凝后再起压裂管柱。压裂井投注前关井96hr，使树脂砂充分固结。
2.5现场应用效果
截止2004年10月底，在注聚井中进行树脂砂压裂234口井，初期单井日增注44.6m3，压力下降3.0 MPa，平均有效期已达18个月，效果远远好于石英砂压裂，且持续有效，最长已达36个月。
3、表面活性剂增注技术
常规酸化措施用于聚合物注入井，由于酸液与聚合物会发生反应，会在井筒中生成絮凝物和硬质团块，形成堵塞，无法获得增注降压效果。
增注就是要增加注入水的有效渗透率, 由公式可知Kw=K×Krw，提高绝对渗透率（K）和提高水相相对渗透率（Krw）都可以提高注入水的有效渗透率（Kw），从而达到降低注入压力、增注的目的。注聚井表面活性剂增注技术就是利用超低界面表活剂改变油层砂岩孔隙表面性质及其与注入流体的界面张力，提高油层的水相渗透率，实现注聚井增注降压。
3.1表活剂体系优选
通过室内实验，研究出以烷醇酰胺和聚氧乙烯聚氧丙烯镶段共聚物为主要成分的非离子表活剂FLZB及助剂复合体系，该体系能够形成10-3mN/m数量级的超低界面张力，从而降低聚合物的后续吸附和扑集作用，从而提高水的相对渗透率。在模拟油藏温度（45℃）和矿化度（4456mg/L）条件下，通过室内实验确定了现场应用的最佳配比为：表面活性剂FLZB 0.5 %，助剂A 1.0%。
通过实验对该表活剂体系的抗稀释能力、稳定性、抗盐能力进行了评价（见图7、8），结果表明，该表活剂复合体系，具有抗稀释能力强、稳定性高、抗盐能力强的特点，在温度为45℃，矿化度为4456mg/L条件下放置28天内，连续测定界面张力均保持在10-3mN/m之内。
图7FLZB/助剂A复合体系的抗稀释性能 图8 FLZB/助剂A复合体系的稳定性能曲线
3.2表活剂增注岩心驱替实验
为寻找表活剂体系最佳驱替程序，检验表活剂体系在聚驱岩心上的降压效果，开展了岩心降压试验。将非离子表面活性剂FLZB、各种助剂分别用模拟地层水配成浓度为5%的溶液，实验所用的模型为直径25mm 人造岩心。当注入聚合物溶液压力达到稳定以后，分别对聚合物+活性剂二元驱、聚合物-表活剂-聚合物段塞驱（结果见图10、11、12、13）。
图10 54-2岩心聚驱-二元驱压力变化图11 80-26岩心聚驱-活性剂-后续聚驱压力变化
图12 70-11岩心聚驱-氧化剂-二元驱压力变化图13聚驱-氧化剂-活性剂-后续聚驱压力变化
4、增注技术的效果评价及经济效益对比
采用无因次吸水指数方法，对比树脂砂压裂、表活剂增注、石英砂压裂三种种聚合物注入井压裂的增注效果（如图14所示）。
圖14石英砂、树脂砂和表面活性剂聚合物增注K/K0曲线
曲线中纵坐标为K/K0, 其中K0为注入井措施前当月视吸水指数（日注入量与井口压力的比值）；K为注入井措施后分月视吸水指数。
三种措施单井平均增注量可由下式算出：
Q增=平均×措施后有效天数 (4)
式中：Q增——增注量；
Qn——措施后某月注入量；
Q0平均——注入井措施前日注入量的平均值；
Q0= (5)
利用（4）、（5）式计算可得截止目前树脂砂压裂的平均单井增注量为1.65万m3；表面活性剂的平均单井增注量为0.68万m3、石英砂压裂（常规化学解堵）的平均单井增注量为0.25万m3，常规化学解堵的平均单井增注量为0.19万m3。由于树脂砂压裂和表面活性剂增注两种措施目前仍然有效，因此以上两种措施的增注量计算偏于保守。
5 结论
1、高携砂能力的聚合物将支撑剂带入地层深部，造成井筒附近裂缝闭合，是注聚井压裂失效的主要原因。
2、现场试验证明，采用尾追树脂砂的方法可较好的解决注聚井压裂有效期短的问题，增注有效期可达20个月以上。
现场试验表明，表面活性剂降压增注技术是一种经济有效的注聚井增注工艺，与树脂砂压裂相比，具有对油层完好程度、油层及隔层厚度、水泥环胶结状况及完井质量没有限制，适用范围更宽的优点。
聚合物增注措施的经济评价表明，树脂砂压裂和表面活性剂聚合物增注措施的经济效益明显好于石英砂压裂措施。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。