裂縫性灰?guī)r油藏堵水酸化機(jī)理

張麗勤

（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠，黑龍江 大慶 163513）

裂縫性灰?guī)r油藏堵水酸化機(jī)理

張麗勤

（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠，黑龍江 大慶 163513）

為了研究裂縫性灰?guī)r油藏堵水酸化的機(jī)理，模擬了地層條件，并進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，該技術(shù)除了常規(guī)堵水和酸化的機(jī)理外，還有其獨(dú)特的機(jī)理。堵劑在裂縫及大的孔道中形成凝膠或凍膠，凝膠或凍膠因聚合物交聯(lián)而形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有水鎖效應(yīng)；堵劑的轉(zhuǎn)向作用提高了酸化的效率和效果；堵劑對(duì)酸化的緩速作用增大了酸化處理范圍；堵水和酸化協(xié)同作用能夠提高裂縫性灰?guī)r油藏的最終采收率和產(chǎn)能。

裂縫性灰?guī)r；堵水酸化一體化技術(shù)；機(jī)理

單一的堵水和酸化作業(yè)在裂縫性灰?guī)r油藏實(shí)施具有局限性。例如，滲透率級(jí)差大，且低滲透層產(chǎn)液量低的油藏，低滲透層酸化后可能高滲透層仍然出水嚴(yán)重等。堵水酸化一體化技術(shù)是在20世紀(jì)90年代初期提出的［1］、將堵水和酸化2種增產(chǎn)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)的技術(shù)，經(jīng)歷十幾年的發(fā)展和進(jìn)步，已經(jīng)在油田得到了一定的應(yīng)用。但是在裂縫性灰?guī)r油藏中該技術(shù)的機(jī)理認(rèn)識(shí)還不全面，筆者通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)裂縫性灰?guī)r油藏堵水酸化一體化的機(jī)理進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)藥品及流程

實(shí)驗(yàn)藥品配方如下，其中堵劑配方：HPAM為5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），檸檬酸鋁為1%，Na2SO3為2%，水為92%；人工鹽水配方：Na+質(zhì)量濃度為3 384 mg·L-1，Ca2+為520 mg·L-1，Mg2+為96 mg·L-1，Cl-為3 560 mg· L-1，HCO3-為184 mg·L-1，CO32-為480 mg·L-1；模擬油50℃黏度為21.5 mPa·s，80℃黏度為4.8 mPa·s；人工鹽水質(zhì)量濃度為8 224 mg·kg-1。實(shí)驗(yàn)溫度為80℃。實(shí)驗(yàn)中選擇聚合物分子量600萬(wàn)，聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.80%，交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.20%。酸化采用15%的鹽酸。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 氣井?dāng)M穩(wěn)態(tài)流動(dòng)示意

2 裂縫性灰?guī)r巖心的制作

人造巖心［2-3］是將天然灰?guī)r巖心粉碎后，經(jīng)加水混合、壓實(shí)和烘干處理后獲得塊狀人造灰?guī)r巖塊，將人造巖塊切割成方形小塊，組成如圖2所示的模擬裂縫性灰?guī)r的巖心模型，模型尺寸為30 cm×4.5 cm×4.5 cm，外部用環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)，小塊人造灰?guī)r之間的裂縫寬度為0.2～3 mm，裂縫被大顆粒的玻璃粉末所充填。

圖2 裂縫-孔隙型地層模型示意

實(shí)驗(yàn)中共制備了3類巖心模型：Ⅰ類巖心模型平均空氣滲透率為65.58×10-3μm2，Ⅱ類巖心模型平均空氣滲透率為348.18×10-3μm2，Ⅲ類巖心模型是由Ⅰ類巖心與Ⅱ類巖心并聯(lián)而成的。

3 作用機(jī)理

根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)裂縫性灰?guī)r堵水酸化一體化技術(shù)除了常規(guī)堵水和酸化的特征和機(jī)理外，還有其獨(dú)特的宏觀機(jī)理和微觀機(jī)理。

3.1 堵水作用

堵水作用的機(jī)理在于堵劑在裂縫及大的孔道中形成凝膠或凍膠，不僅降低了巖心的有效孔隙度，還會(huì)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3）。當(dāng)水滲透時(shí)，凝膠或凍膠會(huì)吸水膨脹，通過(guò)吸水和進(jìn)一步降低孔隙度而降低了水的滲透率。

圖3 聚合物交聯(lián)凝膠水鎖效應(yīng)

堵油率較低是因?yàn)槎聞┲饕M(jìn)入大孔隙、高滲透的裂縫和孔道，而微小裂縫或孔隙中未形成有效的封堵。一方面，油可在堵劑所形成的凝膠或凍膠之間的孔隙滲透；另一方面，可在堵劑未有效封堵的微小裂縫或孔隙中滲透。也就是說(shuō)，凝膠或凍膠中因聚合物交聯(lián)而形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有水鎖效應(yīng)，能夠吸水而降低其滲透率；而讓油通過(guò)，對(duì)油的滲透率影響較?。ㄒ?jiàn)圖4）。另外，灰?guī)r的親油性有助于油依靠毛細(xì)管力而在灰?guī)r中滲透。

圖4 聚合物堵水處理對(duì)油水滲透率的影響

3.2 酸化解堵/連通作用

裂縫性灰?guī)r堵水酸化技術(shù)中酸化的主要作用是解除地層因堵塞而造成的滲透率降低［4-5］，并因酸滲透而連通裂縫與裂縫、裂縫與孔隙及孔隙與孔隙，提高注水波及范圍，提高采收率。

3.3 堵劑對(duì)酸化的轉(zhuǎn)向作用

凝膠型堵劑的加入預(yù)先封堵高滲透層，或者高滲透的裂縫或孔隙，進(jìn)而，使后續(xù)注入的酸液能夠進(jìn)入低滲透率層，或者低滲透率的窄裂縫和小孔隙，并會(huì)因酸滲透而連通未波及的裂縫和孔隙?？梢?jiàn)，堵劑的轉(zhuǎn)向作用提高了酸化的效率和效果。

3.4 堵劑對(duì)酸化的緩速作用

堵劑在地層中形成黏度較高的凝膠，降低了酸液的氫離子傳質(zhì)速率和酸巖反應(yīng)速率，提高了酸液的滲透或穿透能力，增大了酸化處理范圍。也就是說(shuō)，堵劑封堵后的酸化與膠凝酸酸化有相通之處。

3.5 堵水酸化改變裂縫性灰?guī)r潤(rùn)濕性

引入Amott潤(rùn)濕指數(shù)考察堵水酸化處理后巖心的潤(rùn)濕性變化。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)使用水在自吸室中從巖心中自發(fā)地驅(qū)替油的體積為Vos：這時(shí)在HassIor室內(nèi)通過(guò)強(qiáng)迫性驅(qū)替的原油體積為Vof。這個(gè)過(guò)程反過(guò)來(lái)用油自發(fā)驅(qū)替水的體積為Vws，最后通過(guò)強(qiáng)迫性驅(qū)替水的體積為Vwf。根據(jù)用油替換量與總的替換量比值（Io）與被替換掉水的比值（Iw）之差，得到Amott指數(shù)WI：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，同時(shí)，給出了灰?guī)r表面的接觸角測(cè)定結(jié)果。

表1 堵水酸化處理前、后巖心潤(rùn)濕性指數(shù)和表面接觸角

由表1可見(jiàn)，3類巖心的潤(rùn)濕指數(shù)經(jīng)堵水后均降低，偏向親油性；酸化后均升高，偏向親水性；堵水酸化后主要是偏油性；其中，堵水酸化后，Ⅱ類高滲透率巖心和Ⅲ類并聯(lián)非均質(zhì)巖心潤(rùn)濕性偏油性程度較高，這也在一定程度上說(shuō)明了其堵水增油作用。與常規(guī)砂巖潤(rùn)濕指數(shù)增大，接觸角減小的變化規(guī)律不同，灰?guī)r巖心基質(zhì)表面的接觸角變化規(guī)律為：當(dāng)巖心整體潤(rùn)濕指數(shù)提高時(shí)，接觸角亦增大；潤(rùn)濕指數(shù)減小時(shí)，接觸角亦減小。其原因在于裂縫性灰?guī)r的組成和結(jié)構(gòu)特征，主要是裂縫存在的影響。綜上可見(jiàn)，堵水酸化一體化處理后，巖石基質(zhì)因酸化而使巖石表面親水性增強(qiáng)，而裂縫因堵水而使其親水性變?nèi)酢?/p>

3.6 協(xié)同增產(chǎn)作用

裂縫性灰?guī)r堵水酸化一體化技術(shù)中，堵劑能夠有效封堵高滲透層、高滲透裂縫和孔隙，明顯降低水相滲透率，迫使水能夠進(jìn)入低滲透層，或低滲透的裂縫和孔隙，進(jìn)而，降低了高滲透層水的滲流速度，提高了注入水的波及范圍和波及效率。而酸化在堵水作用后，能夠進(jìn)入被堵塞的、或者滲透率低的油層，起到解堵作用、增孔作用和連通作用，提高動(dòng)用程度較低的低滲透部位，進(jìn)而提高了整個(gè)油藏的采收率和油井的產(chǎn)能。

4 結(jié)論

1）堵劑在微觀上優(yōu)先進(jìn)入高滲透的裂縫和孔隙，在宏觀上優(yōu)先進(jìn)入高滲透層，形成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠或凍膠，降低了巖心的有效孔隙度，選擇性封堵其中的水，降低水的滲透率，使水能夠進(jìn)入低滲透的裂縫、孔隙，或者進(jìn)入低滲透油層，增大了注入水的波及范圍，提高了水驅(qū)的采收率。

2）黏度高的凝膠或凍膠堵劑對(duì)酸化具有緩速作用，降低了酸液的氫離子傳質(zhì)速率和酸巖反應(yīng)速率，提高了酸液的滲透或穿透能力，增大了酸化處理范圍。

3）堵水酸化一體化處理后，巖石基質(zhì)因酸化導(dǎo)致表面親水性增強(qiáng)，而裂縫因堵水而使其親水性變?nèi)酢?/p>

4）堵水和酸化協(xié)同作用能夠提高裂縫性灰?guī)r的最終采收率和產(chǎn)能。

［1］佘躍惠，張小平，王正良，等.油井選堵酸化新技術(shù)初探［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，18（1）：74-78. She Yuehui，Zhang Xiaoping，Wang Zhengliang，etal.A new technique for selective plugging and acidizing oil wells［J］.Journal of Jianghan Petroleum Institute，1996，18（1）：74-78.

［2］唐仁騏，曾玉華，姚風(fēng)英.HNT人造巖樣的制作和研究［J］.石油鉆采工藝，1998，20（1）：98-102. Tang Renqi，Zeng Yuhua，Yao Fengying.Design and making of synthetic cores for HTN［J］.Oil Drilling&Production Technology，1998，20（1）：98-102.

［3］于寶，宋延杰，賈國(guó)彥，等.混合泥質(zhì)砂巖人造巖心的設(shè)計(jì)和制作［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，30（4）：88-90. Yu Bao，Song Yanjie，Jia Guoyan，et al.Design and making of synthetic cores for laminated and dispersed shaly sands［J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2006，30（4）：88-90.

［4］張持坤.朝陽(yáng)溝油田低滲透儲(chǔ)層綜合定量評(píng)價(jià)［J］.石油地質(zhì)與工程，2009，23（3）：78-80. Zhang Chikun.Overall quantitative evaluation of reservoir with low permeability in Chaoyanggou Oilfield ［J］.Petroleum Geology and Engineering，2009，23（3）：78-80.

［5］李輝，陳松.低滲透油藏綜合評(píng)價(jià)技術(shù)［J］.斷塊油氣田，2007，14（4）：55-56. Li Hui，Chen Song.Comprehensive evaluation technique of low permeability reservoir［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2007，14（4）：55-56.

Mechanism of water plugging and acidizing on fractured limestone reservoir

Zhang Liqin
(No.5 Oil Production Plant,Daqing Oilfield Company Limited,PetroChina,Daqing 163513,China)

To study the mechanism of water plugging and acidizing on fractured limestone reservoir,the reservoir conditions are simulated.Besides the conventional water plugging and acidizing mechanisms,the unique mechanism of this technique that the plugging agent is become into the gel or jel in the fracture and large pore path and the net structure of gel or jel,created by polymer crosslinking,is of the water locking effect has been obtained through the laboratory experiment.The diversion effect of plugging agent improves the acidizing efficiency and effect.The retarded acting of plugging agent to acidizing enlarges the acidizing range. The synergetic effect of water plugging and acidizing can improve the ultimate recovery factor and deliverability in fractured limestone reservoir.

fractured limestone;integrated technology of water plugging and acidizing;mechanism

TE311

：A

1005-8907（2011）02-264-03

2010-06-17；改回日期：2011-01-15。

張麗勤，女，1982年生，助理工程師，2009年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)從事采油技術(shù)工作。E-mail：zhangliqin1100@126.com。

（編輯滕春鳴）

張麗勤.裂縫性灰?guī)r油藏堵水酸化機(jī)理［J］.斷塊油氣田，2011，18（2）：264-266. Zhang Liqin.Mechanism of water plugging and acidizing on fractured limestone reservoir［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2011，18（2）：264-266.