吕柏林，邢向荣，樊靖文，胡鹏程，马 鹏，杨 春

(1.中国石油新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000；2.克拉玛依国勘石油技术有限公司，新疆 克拉玛依 834099)

0 引 言

中国陆上稠油油藏多数为陆相沉积，地质条件复杂，以多层互层状组合为主，储集层以碎屑岩为主，具有高孔、高渗、胶结疏松的特征。常采用注蒸汽热采方式开发稠油油藏，但存在2个问题：一是非均质性严重，动用程度低，中低渗层动用状况差，高渗层汽窜干扰严重；二是胶结疏松的砂岩稠油油藏具有砂粒松散、稠油携砂能力强的特点，导致产出砂量较多。经统计，90%以上的汽窜井均伴随出砂，由于采出砂的特殊性质，处理难度较大，处理成本高。相关学者对油田采出砂处理技术进行了大量的探索和实践：国外主要采用清洗法处理采出砂[1]；中国相关技术研究起步较晚，主要采用的方法主要为干燥焚烧法、生物降解法、坑内密封法、固化法等[2]，均因技术不成熟或存在环保隐患而停用，目前仅有回注法仍在应用。

采出砂的处理、回注调剖是稠油热采增产的新技术，其难点在于对耐温性、固化强度要求高。因此，针对新疆超稠油油藏，经过大量室内实验和现场试验研究，利用采出砂自主研制了新型KWF复合堵剂，并对该堵剂主要性能进行了实验评价。

1 研究区概况

新疆风城油田为辫状河三角洲、辫状河流相沉积，油层埋深为200～429 m，有效厚度为7.6～20.0 m，孔隙度为27%～30%，渗透率为527～3 450 mD，50 ℃原油黏度为12 896～20 563 mPa·s，地层条件下原油黏度为10×104～100×104mPa·s。其中，Z32、Z18井区为主力开发区块。开发初期，2个井区均采用蒸汽吞吐热采方式。2013年，Z32井区开始进行转蒸汽驱试验，目前有78个井组转驱。2019年，Z18井区进行综合调整，目前有25个井组转驱。截至2020年年底，采出程度达17%，综合油汽比为0.107。

目前，研究区存在以下问题。

(1) 井间干扰严重，受影响油井比例大。风城超稠油油藏埋深浅、物性好、非均质性强。随着蒸汽吞吐周期的增加，蒸汽易沿高渗层发生汽窜。截至2020年年底，Z32井区856口井发生汽窜干扰6858井次，占总井数的89%；Z18井区2 279口发生汽窜干扰19 246井次，占总井数的85%。

(2) 出砂严重，检泵频率高，生产效率低。截至2020年年底，Z32井区累计出砂836口井，占该区总井数的83%，井底砂面高度大于30 m、修井冲砂次数大于2次的严重出砂井共443口，出砂关停井65口，低能生产井12口；Z18井区累计出砂2 432口井，占该区总井数的87%，严重出砂井1 425口，出砂关停井156口，低能生产井35口。油井出砂造成井下泵卡，影响正常生产，需要检泵，严重时需要冲砂。一般检泵需要2～3 d，冲砂需要5 d，严重降低了生产效率。

(3) 油层纵向动用程度低。直井受笼统注汽、储层纵向渗透率差异大、射孔跨度大以及蒸汽超覆等因素影响，纵向动用程度低，且各层动用差异不断加剧。通过对吸汽剖面、产液剖面分析可知，油层上部动用程度(96.9%)高于下部(55.7%)，剩余油主要分布于油层下部。因此，亟需改善下部油层动用状况，提高油层动用程度。

2 采出砂调剖体系

2.1 采出砂调剖体系的提出

稠油油藏调剖技术通过调整油井吸汽剖面来改善开发效果[3-5]。目前常用的稠油高温调剖体系包括橡胶颗粒型调剖剂、高温凝胶+耐高温无机颗粒体系、氮气泡沫暂堵体系、热(可逆)凝胶调剖体系等，这些体系中化学药剂占比较高，成本高昂，推广应用范围有限，因此，需要探索其他调剖体系。新疆风城油田目前已进入注蒸汽开发后期，油井大量出砂，面临巨大的环保压力。向采出砂中添加化学剂使之成为一种调剖体系，对环境保护和油田开发均具有积极意义。

超稠油油田采出砂主要由稠油、水、降解有机物、泥和超细砂等混合组成。通过分析化验可知，采出砂存储池中含水为60%～70%，含油为10%～15%，泥砂含量为15%～30%。固相中粒径小于100 μm的占80%以上，主要为10～50 μm，平均为48 μm。而油藏储层的平均孔径为200 μm，大于采出砂颗粒的粒径[6]，特别是汽窜大孔道有些孔径已经达到毫米级，采出砂进入大孔道基本无障碍。因此，利用采出砂调剖具有可行性。

2.2 采出砂调剖体系研究思路及原理

存储池中含水为70%的采出砂本身不具备流动性，必须添加一定量的水才能使其流动起来，但会导致采出砂的稳定性变差，静置半个小时即分层，不利于泵注，达不到调剖体系的要求。因此，选取膨润土作为分散剂，使稀释后的采出砂依然不沉降，便于泵送。泵送进入油藏的采出砂在高温高速蒸汽的驱使下应滞留在大孔道中，否则调剖依然无效，因此，添加固化剂可使采出砂在油藏中凝固，并与地层胶结，达到调剖的目的。此外，采出砂调剖体系的凝固时间不可控，给调剖施工带来安全隐患，需添加促凝剂来控制体系的凝固时间。最终，确定采出砂调剖体系的基本配方为采出砂+水+分散剂+固化剂+促凝剂。

采出砂调剖作用机理主要为固体矿物颗粒的物理堵塞作用。当采出砂分散体系注入地层孔隙通道，由于相似相容原理，体系中的一部分乳化油可以吸附在地层岩石的亲油表面，而分离出的无机矿物则桥接聚集形成团粒结构，堵塞渗流大孔道，降低大孔道渗透率，改善吸汽剖面，使后续注入汽流转向，动用未波及储层，提高中低渗透层的动用程度，达到增油降水的目的。

2.3 采出砂调剖配方

经过大量实验筛选研究[7-9]，自主研制出新型KWF复合堵剂，其配方为：40.0%油田采出砂+3.0%～4.0%无机盐类固化剂+0.6%膨润土分散剂+0.2%片碱促凝剂+油田采出水。该体系密度为1.15～1.35 g/cm3，表观黏度约为50 mPa·s。该体系具有以下优势：①采出砂处理过程安全环保，过程可控；②调剖封堵体系采用油田污水进行配制，解决了部分污水处理问题；③可以进行区域整体调剖，封堵大孔道或汽窜通道；④采出砂来自地层，与油层配伍性好；⑤主体原料为油田产出物，成本较低。

3 采出砂调剖体系性能评价

3.1 凝固时间

设定温度为100℃，仅改变促凝剂的质量，记录体系的凝固时间(表1)[10]。由表1可知，凝固时间随着促凝剂质量的减少而增大，表明该体系凝固时间可控，可通过调整促凝剂的用量来改变凝固时间，避免封堵时间过早或过晚。

表1 油田采出砂调剖剂胶结凝固实验数据

3.2 耐温性评价

稠油热采油藏温度较高，对体系的耐温性要求高，风城油田现场要求耐温应达到350 ℃。通过实验测得促凝剂质量浓度为0.4%时，不同温度下采出砂体系的凝固时间(图1)。由图1可知，该体系凝固时间随温度升高缓慢降低，在高温情况下未出现较大幅度变化，表明该体系温度敏感性低，可确保现场顺利施工[11]。

图1 不同温度下调剖体系凝固时间

将相同配比的KWF复合堵剂分别注入5个物性相近的人造岩心，测试其不同温度环境下封堵前后的渗透率、封堵率和突破压力，结果如表2所示。

表2 不同温度下的岩心封堵率实验结果

由表2可知：不同温度下，调剖堵剂的封堵率均达到85.0%以上，封堵效果好，突破压力均达到6.0 MPa以上，封堵强度高。综合结果表明，该体系的耐温性能好，能够满足热采要求。

3.3 封堵效果

设定蒸汽出口温度为200 ℃，注入速度为5 L/h，将相同配比的6份KWF复合堵剂注入6组物性相近的人造大孔道岩心，测试其不同注入量下封堵前后的渗透率，计算封堵率(表3)。由表3可知，随着注入量的增大，封堵效果越来越好。

表3 不同渗透率下岩心封堵率实验数据

3.4 油层保护效果

设定蒸汽出口温度为200 ℃，注入速度为5 L/h，将相同配比的KWF复合堵剂分别注入3组不同渗透率级差的双管并联岩心，测试封堵前后的岩心渗透率，计算其封堵率(表4)[12]。由表4可知，采出砂调剖体系基本只进入大孔道，同时大孔道封堵率较高，表明复合堵剂可有效保护油层。

表4 不同渗透率级差下岩心封堵率实验数据

综合上述实验可知，采出砂调剖体系是通过以流体状态进入大孔道，在大孔道中凝固并与地层胶结在一起来达到封堵大孔道的目的，其具有以下特点：①初始黏度低于150 mPa·s，泵入性能好，可实现深部调剖；②沉降时间大于4 h，悬浮性能好；③胶结凝固时间可控制在3～300 h，保证施工安全；④耐温大于350 ℃，满足热采注入生产要求；⑤封堵率大于85.0%，封堵效果好。

4 实例应用

4.1 措施设计

2019年，在Z32井区直井汽驱区域和Z18井区蒸汽吞吐区域，选取采出程度大于30%、井间汽窜严重的40口井，实施采出砂调剖措施。注入体系设计为前置段塞、封堵段塞、后置段塞、顶替段塞(表5)。

表5 采出砂调剖措施井注入参数

4.2 实施效果

2019年4月，在施工难度较小的Z32井区直井汽驱区域中的6口井开展试验，分析评价后，对该井区30口井及Z18井区4口井进行批量施工(表6)。截至2019年12月底，措施井见产26口。措施前日产液平均为11.0 m3/d，日产油平均为0.37 t/d，措施后生产天数平均为71 d，日产液平均为84.8 m3/d，日产油平均为15.50 t/d，阶段增油1 057 t。

表6 采出砂调剖措施井实际注入参数统计

此外，施工较早、见产时间较长的F00002井注入调剖体系18 d，施工压力为3.0 MPa，注入总量2 285 m3，其中注入标准砂1 088 m3。措施前日产液为7.5 m3/d，日产油为0.3 t/d，含水为96.0%；措施后生产152 d，日产液为16.3m3/d，日产油为6.1 t/d，含水为62.9%，累计增油875 t。

5 结 论

(1) 风城油田超稠油油藏埋深浅、物性好、非均质性强。随着注蒸汽开采时间的增长，80%的注采井沿高渗层发生汽窜，油层纵向动用程度低，下部动用程度仅为55.7%。

(2) 基于室内实验，自主研制出了基于采出砂的新型KWF复合堵剂，采出砂来自地层，又回注地层，与油层有良好配伍性，既解决了联合站处理问题，又降低了稠油热采开发成本。该体系具有固化时间可调(3～300 h)、抗压大于6 MPa、耐温大于350 ℃、封堵率大于85.0%的特点，能满足超稠油油藏调剖的需求。

(3) 现场应用表明，该体系在注入高渗汽窜通道后可与地层岩石胶结，可有效封堵大孔道，提高单井产油量，阶段累计增油达1 057 t。采出砂调剖技术既解决了采出砂的联合站处理问题，又降低了稠油热采开发成本，对提高油田最终采收率和经济效益具有重要意义。