縮膨降壓增注技術在敏感性油藏的應用

摘要：在油氣田開發(fā)過程中，部分敏感性油藏儲層含粘土礦物（蒙脫石、伊利石），這些成分遇水發(fā)生膨脹、運移，使地層滲透率下降，嚴重影響油氣開發(fā)效果。文章對縮膨降壓增注技術在敏感性油藏的應用進行了探討。

關鍵詞：縮膨降壓；增注技術；滲透率；采收率

中圖分類號：P619 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）01-0123-02

在油氣田開發(fā)過程中，部分敏感性油藏儲層含粘土礦物（蒙脫石、伊利石），這些成分遇水發(fā)生膨脹、運移，使地層滲透率下降，嚴重影響油氣開發(fā)效果[1]。且該類油水井隨著注水的不斷進行，底水的錐進及酸化、壓裂、修井作業(yè)用水的進入，含粘土成分地層的滲透率逐漸下降，直接影響油水井的正常生產(chǎn)。在注水開發(fā)的區(qū)塊，這類井的矛盾更加突出。含粘土的油層直接注不進水，而不含粘土的地層呈強吸水趨勢，指進現(xiàn)象嚴重，注水波及系數(shù)變小，使采收率下降。

一、縮膨降壓增注技術

（一）技術背景

純梁采油廠純化、正理莊油田的一些區(qū)塊、儲層粘土礦物含量高達30%以上。在開發(fā)過程中，由于注入水的礦化度遠小于地層水的礦化度，造成粘土礦物的膨脹、破碎、微粒運移，以及注水水質(zhì)影響而產(chǎn)生油層傷害，表現(xiàn)為注水壓力上升，注水量減少。這類水井常規(guī)酸化后，雖然能夠解除近井地帶的污染，但由于沒有消除因粘土膨脹、運移造成油層傷害的根本因素，初期效果較好，但注水壓力上升快，有效期短。

（二）技術原理

地層吸水膨脹、失水收縮的原因，多數(shù)認為主要是粘土顆粒與水作用后，由于雙電層的形成，使擴散層或弱結(jié)合水厚度變化所引起的；或者是由于某些親水性較強的粘土礦物（如蒙脫石）層間結(jié)合水的吸水或析出所致。如蒙脫石、伊利石等礦物的晶胞之間，可以吸附大量水分子。由于進入硅氧四面體和鋁氧八面體的“層間結(jié)合水”的增加，使結(jié)晶格架膨脹，引起土體積膨脹。

針對注水使粘土發(fā)生膨脹、運移的情況，縮膨劑的使用越來越受到重視?？s膨劑是一種化學合成的高分子陽離子化合物，它通過與粘土礦物發(fā)生物理化學反應，使粘土晶格改性，使其遇水后不膨脹；已膨脹的粘土晶格，通過化學反應改性后釋放出水分子，晶格縮小。并通過多點吸附作用使這些改性的粘土物質(zhì)與原地層礦物牢固結(jié)合，從而避免了粘土礦物遇水膨脹、運移給地層造成的傷害，提高了油氣開發(fā)效果，并節(jié)省大量的地層改造費用。

縮膨劑離子基團具有氧化性，能破壞粘土的晶格，使吸水后的粘土釋放出所吸附的水分，收縮膨脹體積，恢復地層被堵毛細孔。

縮膨劑離子的水化能為386千焦/摩爾，低于Li+、Na+、Mg2+、Ca2+等。由于粘土對陽離子的吸附具有選擇性，它往往優(yōu)先吸附水化能較低的陽離子，因而縮膨劑的離子比Li+、Na+、Mg2+、Ca2+優(yōu)先被粘土所吸附。此外，當其被粘土吸附后，由于水化能力低，回促使晶層受到壓縮，從而形成緊密的構(gòu)造，并有效抑制粘土水化。

縮膨劑分子具有與水分子發(fā)生作用的極性官能團，當其加至水中后，其水化基團即與水分子相結(jié)合。當粘土顆粒與其水溶液接觸時，依靠氫鍵或靜電吸力吸附相近的粘土顆粒，由于縮膨劑具有足夠高分子量，并具有較大的線型展開能力和合適的分子結(jié)構(gòu)，它不僅能吸附在一個鈉土顆粒上而且能進一步連接到相鄰的粘土顆粒上，把多個粘土顆粒連接或橋接在一起，從而阻止粘土分散，保持粘土的穩(wěn)定性[2]。

（三）選井原則

1．區(qū)塊黏土含量較高，呈水敏、速敏特性的高壓注水井；

2．油水井連通狀況好，注采反應明顯；

3．初期注水狀況較好，存在二次污染的水井；

4．進行酸化后初期效果較好，但壓力上升快，有效期短的水井；

5．井況好，無套變、套漏。

（四）縮膨劑室內(nèi)試驗

1．縮膨性能評價試驗。通過離心試驗將縮膨劑的縮膨性能與普通防膨劑進行了對比，結(jié)果如表1：

由表1中可以看出縮膨劑對粘土具有較強的縮膨性能，縮膨率達到45%以上，而防膨劑對粘土的縮膨性能較弱，只有18%左右。

2．防膨性能評價試驗。用粘土穩(wěn)定劑性能評價方法對縮膨劑和普通防膨劑進行了防膨率測定，結(jié)果如表2：

數(shù)據(jù)表明縮膨劑比常規(guī)防膨劑的防膨率略好。

3．巖心顆粒靜態(tài)浸泡試驗。進行了縮膨劑與普通防膨劑的巖心顆粒靜態(tài)浸泡試驗，測定了其靜態(tài)穩(wěn)定粘土能力。

試驗表明縮膨劑浸泡的巖心顆粒失重率小于8.3%，而常規(guī)防膨劑浸泡的巖心顆粒失重率大于60%，表明縮膨劑對巖心顆粒具有良好的靜態(tài)穩(wěn)定性能。

4．縮膨劑腐蝕性能試驗。按照SY5425-91的靜態(tài)掛片法，采用N80鋼片在90℃下與20%的縮膨劑溶液反應4h，測定鋼片的腐蝕速率。經(jīng)檢測其腐蝕速率小于2.3g/m².h，小于部標6g/m².h，說明縮膨劑腐蝕性能可滿足現(xiàn)場要求。

二、現(xiàn)場應用

2007年5月以來分別選取純32-16、樊41-4井進行了縮膨降壓增注試驗。

以純32-16井為例，該井是純化油田注清水井，以往酸化增注措施有效期僅為320天，2007年3月后注不進，地層壓降曲線顯示近井地帶有污染，分析認為該井欠注原因有兩方面：一是注清水使得粘土膨脹運移造成的傷害；二是注清水引起地層近井地帶結(jié)垢傷害。為此選擇在該井實施除垢與縮膨降壓增注相復合的增注技術，以提高增注效果。該井于5月6日順利實施，現(xiàn)場施工壓力由30MPa降低至24MPa，擠注縮膨劑45m³，開注后油壓一直穩(wěn)定在22Mpa，有效期較以往已延長150天。

三、結(jié)論

通過縮膨劑與常規(guī)防膨劑在室內(nèi)靜態(tài)模擬試驗及礦場應用，可以得出以下結(jié)論：

1．縮膨劑對粘土具有較強的縮膨性能，可以達到普通防膨劑能力的兩倍；

2．縮膨劑對巖心顆粒具有良好的靜態(tài)穩(wěn)定性能，失重率小于7%；

3．縮膨劑腐蝕速率小，腐蝕性能可滿足現(xiàn)場要求；

4．縮膨劑與酸化措施相結(jié)合，可穩(wěn)定注水壓力，延長酸化有效期[3]。

參考文獻

[1]崔新棟．縮膨技術在現(xiàn)河采油廠的應用[J]．海洋石油，2007，27(3)．

[2]張學鋒．縮膨劑HDS-01及其縮膨降壓增注技術[J]．油田化學，2004，21(2)．

[3]孫江成．縮膨降壓增注技術試驗研究與應用[J]．江漢石油學院學報，2004，26(z3)．

作者簡介：孫治國（1978- ），男，勝利油田純梁采油廠工藝所工程師，研究方向：油田化學、油田注水。