水平井氣潤濕反轉堵水實驗研究

歐陽傳湘，左晨曉，張智君，袁海龍

（1.長江大學石油工程學院油氣鉆采工程湖北省重點實驗室；2.中國石化河南油田分公司第一采油廠）

水平井氣潤濕反轉堵水實驗研究

歐陽傳湘1，左晨曉1，張智君1，袁海龍2

（1.長江大學石油工程學院油氣鉆采工程湖北省重點實驗室；2.中國石化河南油田分公司第一采油廠）

在油氣采收過程中，水平井比直井更容易出現(xiàn)產(chǎn)出液含水率過高的現(xiàn)象。水平井在低滲透率油氣田開發(fā)中的應用越來越普及，而針對水平井的特點，成熟的堵水方法和技術較少。通過對具有代表性的巖樣進行氣潤濕反轉實驗，確定適用的氣潤濕反轉化學劑，并對其進行熱穩(wěn)定性及地層配伍性實驗評價，建立可視水平井堵水物理模型，進行氣潤濕反轉劑使用前后的對比實驗研究，得到水侵量、水侵速度及含水率的變化特征曲線。研究表明，氣潤濕反轉劑堵水技術可用于水平井，可延緩見水時間，提高無水采收率，降低含水率。

水平井；潤濕反轉；堵水；含水率

0 引言

水平井堵水不像直井那樣可以區(qū)分出高滲層[1］、找出出水點，因此以前用于直井的堵水方法（水泥漿封堵、選擇性堵劑、非選擇性堵劑等）很難在水平井中得到很好的應用[2］。針對這一問題，筆者提出了一套水平井堵水的新技術——氣潤濕反轉技術。

潤濕性反轉堵水的基本原理是通過向井底附近的巖石中注入無環(huán)境污染的化學劑，將井底附近油氣藏巖石的潤濕性從水濕轉變?yōu)闅鉂瘢▽τ跉獠兀┗蛴蜐瘢▽τ谟筒兀?。水由原來的潤濕相變成了非潤濕相，毛管壓力成為水進入巖石的阻力[3］。水進入井底附近的巖石必須克服一定的門坎壓力，當生產(chǎn)壓差小于該門坎壓力時，水不能進入井底，從而達到堵水的目的[4］。此時，即使生產(chǎn)壓差大于該門坎壓力，水能進入井底，但侵入量卻大幅度降低，最終提高了油氣井的產(chǎn)量。該方法只是改變了井底附近巖石表面的潤濕性，與常規(guī)堵水技術（堵塞毛細管、改變滲透率）不同（只堵水、不堵氣和油），它可以真正實現(xiàn)選擇性堵水。

1 潤濕反轉實驗

1.1 實驗準備

實驗材料：巖心（滲透率為0.09 mD，孔隙度為7%，直徑為3.7 cm，長度為3.9 cm）；模擬地層水（礦化度為70 000 mg/L）；WA15潤濕反轉劑。

1.2 實驗方法

當巖石與水接觸時，計算機可以通過天平的偏移量自動計量吸入巖石中的水量，從而判斷巖石吸水率的大小。吸水量越小，堵水效果越好[5］。

1.3 實驗結果

實驗測定巖石潤濕性改變前后的吸水率如圖1所示。

由圖1可知，該巖石潤濕性改變前的吸水率高達70%，潤濕性改變后的吸水率曲線與橫坐標幾乎重合，即吸水率接近0。此現(xiàn)象表明，采用化學劑處理巖石后，巖石從水潤濕變成了中等以上的氣潤濕，水將無法自發(fā)地吸入巖石。因此WA15試劑能夠使巖石的潤濕性從水濕變?yōu)闅鉂?。使用潤濕反轉劑后，巖石的吸水率明顯下降。

圖1 巖石潤濕性改變前后吸水率的變化Fig.1 Water absorption before and after the change of wettability

2 化學劑性能評價

實驗前對潤濕反轉劑進行確定，通過與常規(guī)潤濕反轉劑作大量的篩選比較，得出WA15潤濕反轉劑較其它潤濕反轉劑有著很大的優(yōu)越性：反轉能力強，界面張力小，在多孔介質上的吸附量大，熱穩(wěn)定性好，與地層水的配伍性好，且對環(huán)境影響小，價格低廉。故實驗中選用WA15作為潤濕反轉劑。

2.1 化學劑熱穩(wěn)定性

由于部分油氣藏的溫度很高，有的甚至超過160℃，因此對化學藥劑溫度穩(wěn)定性的要求很高[6］。大量應用于石油工業(yè)的化學藥劑，包括一些表面活性劑，很難適用于高溫[7］。為此，對WA15化學藥劑有必要進行溫度穩(wěn)定性實驗。

2.1.1 實驗步驟

（1）將100 mL的WA15化學藥劑放入不銹鋼高壓容器內。

（2）將不銹鋼高壓容器密封，再用氮氣加壓至5 MPa。

（3）將不銹鋼高壓容器放進恒溫箱內，逐步將溫度升高到170℃（一般油藏溫度都低于170℃）。

（4）在該溫度下放置48 h后，取出WA15化學藥劑，重復自吸實驗。

2.1.2 實驗結果

在170℃下放置48 h后的WA15化學藥劑仍然能夠改變巖石的潤濕性，即潤濕性改變后的吸水率為0。這些試驗結果表明：WA15化學劑具有很好的溫度穩(wěn)定性，適用于高溫氣藏或油藏。

2.2 化學劑的地層配伍性

許多油氣藏中地層水的礦化度很高，大量應用于油氣田的化學藥劑在高礦化度下對巖石潤濕性改變效果不明顯[8］。本次采用礦化度為70 000 mg/L的模擬地層水進行自吸試驗。從實驗結果可知，WA15化學劑仍然能夠改變巖石的潤濕性，說明WA15化學劑具有較好的高礦化度穩(wěn)定性，適合于高礦化度的環(huán)境。

3 潤濕反轉堵水效果實驗

3.1 水平井物理模型

圖2中，密封透明長方體容器內下層（深色）用粗砂填充，上層（淺色）用細砂填充，經(jīng)膠結壓實，使其孔隙度、滲透率等物性接近地層條件，模擬人工地層巖心。圖中彎管為水平井井眼軌跡，水平帶孔段為水平井射孔段，它與模擬巖心之間的接口處都是密封的，通過鉆不同的孔可以調節(jié)水平井的上下位置。容器的上下底面都是同樣的雙層結構，上層為透明薄板，薄板中間開有一圓孔，與貯水瓶間用軟管密閉連接；下層也是透明薄板，該板內面縱向和橫向上布滿寬度很小的凹槽，在縱橫交錯點處鉆有針孔大小的孔；上下板在邊緣處密閉。

圖2 可視水平井堵水物理模型示意圖Fig.2 Sketch map showing visual physical model of horizontal well water shutoff

3.2 實驗準備

實驗所需的材料：用濃度為2%的化學劑溶液處理過的巖心樣品；天平；壓力傳感器；計算機。

3.3 實驗流程

實驗中通過巖心的氣體采用氮氣，水為蒸餾水。氮氣驅替水過程（氣驅水）：將天平一與巖心夾持器兩端相連，用于稱量驅替實驗前后巖心的質量，再將貯水燒瓶的一端連接巖心夾持器，另一端連接天平二，測量用氮氣驅替水時產(chǎn)液量的變化情況。水驅替氮氣過程（水驅氣）：用蒸餾水瓶置于巖心上部67 cm處以提供穩(wěn)定的壓差，并在貯氣瓶上裝一壓力傳感器，用于提供氣源壓力信號。實驗過程中，將兩天平的信號與壓力傳感器提供的氣源信號傳到計算機上，并使用Labbview程序記錄數(shù)據(jù)并處理結果。

3.4 實驗步驟

（1）用濃度為2%的化學劑溶液處理巖心，關閉巖心所有的進出口，靜置2 d，使巖心的潤濕性反轉。

（2）用氮氣先將部分化學劑驅替出來，采用抽真空的辦法除去液體。

（3）抽真空飽和水。

（4）稱量沒有連接管線的巖心質量m1。

（5）原始氣儲量為50 mL起，依次改變儲量大?。?0 mL，100 mL，150 mL，200 mL），對巖心重復進行“氣驅水”和“水驅氣”實驗，每一次實驗結束后稱量不連接管線后的巖心質量m2。

由巖心質量的變化可以得到一定壓差下巖心水侵體積隨時間的變化以及巖心出口端的見水時間。

3.5 實驗結果

為了研究氣潤濕反轉劑的堵水效果，分別在不添加和添加氣潤濕反轉化學劑的2種情況下進行了水平井模擬生產(chǎn)實驗，得到水侵量、水侵速度及含水率隨時間變化的關系曲線（圖3至圖5），圖中Sgi為初始含氣飽和度。

由圖3至圖5可知，巖心經(jīng)過氣潤濕反轉劑處理后，水侵入產(chǎn)層的體積明顯減少，尤其在早期，水侵速度顯著減緩，巖心的見水時間由原來的320 s左右增加到410 s。表明氣潤濕反轉劑堵水技術可增加無水采收率。

圖3 累計水侵體積隨時間的變化Fig.3 Accumulated water influx varying with time

圖4 水侵入產(chǎn)層的速度隨時間的變化Fig.4 Water-invaded rate varying with time

圖5 含水率隨時間的變化Fig.5 Water cut varying with time

4 結論

（1）氣潤濕反轉劑WA15可以將巖石的潤濕性從水濕轉變成氣潤濕。

（2）潤濕反轉劑的堵水效果可以用于水平井的堵水試驗，加入潤濕反轉劑后能有效減少水侵入量，延緩見水時間，降低含水率。

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Experimental study on wetting transition water shutoff of horizontal well

OUYANG Chuan-xiang1， ZUO Chen-xiao1， ZHANG Zhi-jun1， YUAN Hai-long2
（1.Key Laboratory of Drilling and Exploitation Engineering for Oil and Gas in Hubei Province， College of Petroleum Engineering， Yangtze University， Jingzhou 434023， China； 2.No.1 Oil Production Plant， Henan Oilfield Company， Sinopec， Nanyang 474780， China）

The phenomenon of excessive water production in the horizontal well is more than that in vertical well.Horizontal well is becominguniversalized in the low-permeabilityoil and gas field development,but there are fewwater shutoff methods and techniques aimed at horizontal wells.By conducting the wetting transition experiment to typical rock sample,the applicable chemical gas wettingtransition agent is determined and the thermal stabilityand formation compatibility are studied.The visual physical model of horizontal well water shutoff is established,the experiments before and after the using of wetting transition agent are compared,and water influx,water influx rate and water cut characteristic curves are obtained.The experimental result shows that gas wetting agent technology of horizontal well water shutoffcan be used todelaybreakthrough time,improve water free recoveryand decline water cut.

horizontal well； wettingtransition； water shutoff； water cut

TE358+.3

A

1673-8926（2011）03-0106-04

2010-12-02；

2011-01-20

2005年中國石油天然氣股份有限公司項目（編號：050511-2-6）“科技風險創(chuàng)新研究項目計劃”資助。

歐陽傳湘，1963年生，男，副教授，主要從事油藏工程和采油工程方面的研究工作。地址：（434023）湖北省荊州市南環(huán)路1號長江大學東校區(qū)石油工程學院。E-mail：oycx@yangtzeu.edu.cn

楊琦）