引言

聚合物具有改善油水流度比，提高波及系数的作用，常被用作驱油剂以提高原油采收率^[1-4]。而聚合物驱作为中国主要的三次采油技术之一，已经在胜利、河南、大庆、大港、新疆等油田实现工业化应用，并取得了较好的增油降水效果^[5-8]。然而，由于各种因素的影响，注聚过程中常发生聚合物沿优势通道窜进，在生产井过早产出的现象。这不仅使聚合物利用率降低，注聚增油效果变差，同时也增加了产出液的处理难度和成本，对油田生产极为不利^[9-12]。因此，研究聚合物窜流影响因素和窜流特征，进一步完善聚合物驱油技术，对提高油田采收率至关重要。国内部分学者针对聚合物窜流影响因素进行了研究，发现导致聚合物窜流的主要原因包括储层非均质性强、存在大孔道或裂缝、注聚速度偏大和不合适的聚合物分子量等^[13-15]，而聚合物窜流主要判别指标有含水率、产聚浓度和吸液百分数等^[16]。目前相关研究多针对砂岩油藏，对砾岩油藏的研究较少。

七东1区克下组砾岩油藏平均孔隙度17%，平均渗透率614 mD，渗透率变异系数0.87，地层水矿化度10 000$\sim$40 000 mg/L。2014年8月油藏开始采用五点井网注聚，聚合物平均浓度在1 500 mg/L，注聚后Ⅰ区北部油井最早出现聚合物窜流现象，部分油井产出聚合物浓度大于1 000 mg/L，严重影响了聚合物驱效果。因此，拟针对七东1区克下组砾岩油藏开展聚窜特征及调剖对策研究，为油藏后续动态跟踪及方案调整提供指导，完善砾岩油藏聚合物驱技术。

1 实验方法 1.1 实验条件

实验温度34 ℃，实验压力17 MPa，实验用水为七东1区模拟地层水(组成见表 1)，实验用油为七东1区脱气原油，聚合物为HJ2500(北京恒聚化工集团有限责任公司，工业品)，调剖剂配方为：0.3% HY-J+0.2% HY-1+0.03% HY-2，HYJ、HY-1、HY-3分别为聚合物、交联剂和促凝剂，均为工业品，由华北石油光大石化有限公司提供。岩芯为人造砾岩岩芯($\phi$ 38 mm$\times$75 mm)，基本参数见表 2和表 3。

1.2 实验步骤 1.2.1 聚合物驱窜流实验

按照图 1所示实验流程进行3岩芯并联驱油实验，先以0.3 mL/min的驱替速率水驱至含水98%，再以相同速率注入0.37 PV浓度为1 500 mg/L的聚合物，然后转入水驱至含水98%停止实验，记录整个过程的压力变化以及高、中、低渗岩芯的产液量、产水量、产油量，并检测聚合物驱及后续水驱过程中产出液的聚合物浓度变化。

1.2.2 聚合物驱调剖实验

连接图 1所示实验流程进行并联岩芯驱油实验(注：本实验只用到两个岩芯夹持器)，驱替速率固定0.3 mL/min。记录所有实验过程的注入压力、产液量、产油量、产水量等数据。

(1) 聚合物驱过程中调剖

水驱至98%后，注入浓度为1 500 mg/L的聚合物溶液进行聚合物驱，注聚过程中若出现窜流则进行调剖，即注入0.30 PV调剖剂，候凝4$\sim$6 h使调剖剂成胶，然后再恢复注入聚合物溶液，直至注入量达到0.37 PV，再进行后续水驱。

(2) 聚合物驱后调剖

水驱至98%后，注入0.37 PV浓度为1 500 mg/L的聚合物溶液进行聚合物驱，然后进行后续水驱，直至出口端综合含水率达到98%，随即注入0.3 PV调剖剂，候凝4$\sim$6 h使调剖剂成胶后，再进行后续水驱。

2 聚合物驱窜流特征研究 2.1 聚窜层含水率变化

不同渗透率变异系数下聚窜层含水率变化如图 2所示。

由实验结果可以看出，注入聚合物后，不同非均质条件下的高渗层含水率均出现了不同程度的下降。聚合物由于其增黏性可以改善油水流度比，同时可在一定程度上调整吸液剖面。非均质性越强，高渗层注聚后含水下降幅度越大，但是恢复至聚合物驱前高含水水平的速度也越快，这是因为强非均质条件下聚合物对窜流抑制作用有限，窜流很快再次形成。七东1区克下组砾岩油藏特殊的复模态孔隙结构使其非均质性强，严重的窜流导致聚合驱后的含水率曲线“下凹”后快速抬升，致使聚合物驱未能达到预期效果。

为了进一步分析不同非均质性条件下七东1区克下组砾岩油藏聚合物驱含水率变化，引入窜流通道产出端含水率的高斯误差函数^[17]

$ f_{\rm w} = 0.5\alpha {\rm erfc}\left(\dfrac{x-u\left(1-S_{\rm wc}\right)}{2\sqrt{D\left(1-S_{\rm wc}\right)t}}\right) + f_{\rm wo} $

(1)

$ \alpha = 1/[1+(1-b)\mu_{\rm w}/(T_{\rm k}b\mu_{\rm o})] $

(2)

式中：$f_{\rm w} $—含水率，%；

$\alpha$—稀释倍数，无因次；

erfc—高斯误差函数；

$u$—注入流体渗流速度，cm/s；

$x$—$x$坐标，cm；

$S_{\rm wc}$—束缚水饱和度，%；

$t$—测试时间，s；

$D$—等效扩散系数，cm$^{2}$/s;

$f_{\rm wo}$—油藏初始含水饱和度对应的含水率，%；

$T_{\rm k}$—窜流通道渗透率级差，无因次；

$b$—窜流通道所在贼层占生产层厚度比例，%；

$\mu_{\rm w}$—水相黏度，mPa$\cdot$s；

$\mu_{\rm o}$—油相黏度，mPa$\cdot$s。

结合含水率理论公式及图 2可知，聚合物驱时水相黏度增大，稀释倍数减小，窜流通道含水率减小，含水率曲线下凹；渗透率变异系数增加，稀释倍数增大，窜流通道含水率上升加快，窜流更严重，含水率曲线快速上翘；后续水驱时，随着储层中的聚合物被水稀释顶替，驱替液黏度减小，稀释倍数增大，含水率快速上升。

2.2 聚窜层吸液百分数变化

不同渗透率变异系数下聚窜层吸液百分数变化如图 3所示。

定义注聚后高渗层吸液率重新开始上升时刻为聚窜开始时间，吸液率恢复至较高水平并基本稳定的时刻为聚窜完全形成时间，二者均采用注聚开始后累计注入PV数衡量，结果见表 4。

由实验结果可以看出，随着渗透率变异系数增加，高渗层吸液百分数逐渐增加，同时高渗层发生聚窜的时间逐渐提前，从注聚后0.74 PV提前到0.55 PV，聚窜完全形成的时间也变短，从1.54 PV减少至0.98 PV。在储层存在非均质性的情况下，聚合物优先进入水驱优势通道，通过吸附、滞留等增加了高渗层的渗流阻力，后续聚合物进入中、低渗层，扩大了聚合物的波及系数。储层非均质性较弱时(渗透率变异系数为0.30)，聚合物的流度控制作用可以调整并稳定吸液剖面，不发生窜流；而非均质性较强时，聚合物在高渗层形成的渗流阻力不足以改善非均质性，聚合物仍沿高渗层窜流，导致吸液百分数迅速上升。

2.3 聚窜层产聚浓度变化

不同渗透率变异系数下聚窜层产聚浓度变化如图 4所示。

由图 4可见，渗透率变异系数为0.3的岩芯未发生聚窜，高渗层产出端并未监测到聚合物。渗透率变异系数越大，高渗层出口端更早检测到聚合物。渗透率变异系数为0.50的高渗岩芯在注聚结束后出口端才检测到聚合物，而渗透率变异系数为0.70和0.88的岩芯在注聚初期即检测到聚合物。渗透率变异系数越高，高渗岩芯出口端检测到的聚合物浓度越高，最高值达到500 mg/L以上。砾岩油藏因为连通性差，注聚井容易产生憋压现象，注入压力高加剧了聚合物的不均匀推进，聚合物容易在生产井突破产出。聚合物沿优势通道的窜流造成了聚合物的浪费，使得聚合物的利用率降低，同时也增加了产出液的处理成本，在聚合物驱过程中应采取措施予以控制。

3 调剖控制聚窜实验研究

聚合物驱过程不同阶段调剖高、低渗岩芯吸液百分数如图 5所示。由实验结果可以看出：(1)聚合物对吸水剖面有一定改善能力，低渗岩芯产液略有增加，但很快聚合物也发生窜流，此时在聚合物驱过程中进行调剖，后续聚合物溶液基本进入低渗岩芯驱替，聚合物利用率提高；(2)聚合物驱后进行调剖，仅对后续的吸水剖面有调整作用，而聚合物驱时低渗岩芯并未启动，聚合物溶液全部进入高渗岩芯，利用率低。

聚合物驱过程不同阶段调剖实验结果如图 6所示，根据如式(3)所示的调剖效率公式^[18]计算调剖效率，结果如表 5所示。实验结果表明，聚合物驱过程中调剖能及时有效地控制聚合物窜流，调剖效率为97.93%，调剖后注入压力增加，后续聚合物进入低渗层，扩大了波及系数，采收率提高28.75%。而聚合物驱后调剖的调剖效率为99.72%，虽有效抑制了后续注入水窜流，但未能充分发挥调剖与聚合物驱的“加效作用”，因此含水下降至中低含水后有效期较短，提高采收率26.25%，比聚合物驱过程中调剖的采收率低2.5%。

$ \eta = \dfrac{Q_{\rm hb}/Q_{\rm ib} - Q_{\rm ha}/Q_{\rm ia}}{Q_{\rm hb}/Q_{\rm ib}} {\times}100\% $

(3)

式中：$\eta$—调剖效率，$\%$；

${Q_{\rm hb}}$—高渗透层调剖前的吸水量，mL；

${Q_{\rm ha}}$—高渗透层调剖后的吸水量，mL；

${Q_{\rm ia}}$—低渗透层调剖前的吸水量，mL；

${Q_{\rm ib}}$—低渗透层调剖后的吸水量，mL。

4 结论

(1) 七东1区克下组砾岩油藏的渗透率变异系数超过0.5时，聚合物驱发生窜流，且渗透率变异系数越大，窜流发生得越早，窜流程度越严重，窜流后高渗层吸液百分数越高。窜流减小了聚合物驱波及系数，严重影响了聚合物驱增油效果。

(2) 砾岩油藏特殊的复模态孔隙结构加剧了聚合物窜流，窜流后高渗岩芯含水率快速回升，且渗透率变异系数越大，含水率上升越快，聚合物在高渗层突破时间越短，出口端越早产出聚合物，且产出液中聚合物浓度越高。

(3) 在较高的调剖效率条件下，聚合物驱过程中出现窜流后及时调剖，可以有效抑制聚窜，提高聚合物利用率，增油效果比聚合物驱后调剖更好。对于开始注聚即发生窜流的强非均质砾岩油藏，合理的调剖对策是“聚合物驱全过程调剖”，即：聚合物驱前调剖，预防窜流；聚合物驱过程中出现聚窜后及时调剖，控制窜流；聚合物驱后调剖，保护聚合物段塞完整性，延长聚合物驱有效期，确保聚合物驱增油效果。