鹽沉析技術(shù)堵氣竄實(shí)驗(yàn)

金發(fā)揚(yáng) 田園媛 蒲萬芬 袁成東 郭 勇 劉哲知

1．西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院 2．中海油服油田生產(chǎn)研究院

在注氣提高油氣田采收率過程中，由于油藏非均質(zhì)性和不利流度比等因素的影響，容易出現(xiàn)氣竄。氣竄的出現(xiàn)，會降低注入氣的波及體積，甚至導(dǎo)致注入氣在地層中無效循環(huán)，從而影響氣驅(qū)油氣田的采收率。因此，研究封堵氣竄的方法和技術(shù)，對提高氣驅(qū)油氣田開發(fā)效果有重要意義。

目前，控制或延緩氣竄的方法分為兩類。一類是從油藏工程角度出發(fā)，優(yōu)化注氣方案中各個參數(shù)，如注入方式、注入壓力、射孔方式、注采井距和注采井網(wǎng)等，從而延緩或控制氣竄。牙哈凝析氣田成功采用該方法延緩氣竄，實(shí)現(xiàn)了高壓循環(huán)注氣開發(fā)［1］。另一類方法是利用注入流體與地層巖石或流體發(fā)生物理化學(xué)作用，降低氣竄通道滲透率或改善流度比，從而封堵氣竄。如水氣交替注入（WAG）［2－6］、復(fù)合凝膠［7］、CO2泡沫［8－10］、聚合物凍膠＋ 泡沫復(fù)合防竄體系［11］等。這些方法能解決礦化度和溫度不高的油氣田氣驅(qū)氣竄問題，但卻不適用于高溫、高鹽（溫度大于等于120℃，礦化度大于等于20×104mg／L）油氣藏氣驅(qū)氣竄的防治。因?yàn)椋酆衔锖推鹋輨┑仍诟邷馗啕}條件下難以長期保持穩(wěn)定的化學(xué)活性。為此，根據(jù)鹽沉析技術(shù)不受溫度和礦化度影響的現(xiàn)狀以及在高溫、高鹽條件下能長期保持有效封堵的特點(diǎn)，開展了鹽沉析封堵氣竄的研究與探討。

1 鹽沉析堵氣竄提高氣驅(qū)波及體積的機(jī)理

1．1 鹽沉析技術(shù)原理

鹽沉析技術(shù)的原理是通過減小高濃度或飽和鹽水溶液中鹽的溶解度，析出鹽結(jié)晶顆粒，從而封堵孔隙或喉道。為了減小鹽在溶液中的溶解度，需要加入醇或其他類型的非電解質(zhì)。因此，該技術(shù)又叫醇誘導(dǎo)鹽沉析技術(shù)。國內(nèi)外關(guān)于鹽沉析技術(shù)的研究主要集中在體系研究［12］、水井調(diào)剖提高氣驅(qū)波及體積［13－15］、油井消除氣錐［16－17］和氣藏控水增氣［18］等方面。目前還未見應(yīng)用鹽沉析封堵氣驅(qū)過程中氣竄的相關(guān)研究或報(bào)道。

1．2 提高氣驅(qū)波及體積的機(jī)理

氣驅(qū)過程中，導(dǎo)致氣竄的原因主要有地層非均質(zhì)性、裂縫、注入氣與地層流體間不利的流度比、黏性指進(jìn)等。根據(jù)鹽沉析技術(shù)原理，該技術(shù)既可用于水井調(diào)剖、油井堵水或消除氣錐，也可用于氣驅(qū)油氣田治理氣竄。

鹽沉析封堵氣驅(qū)過程中氣竄通道，使后續(xù)注入氣轉(zhuǎn)向未動用的低滲透層或低滲透區(qū)，從而提高注入氣的波及體積（圖1）。

圖1－a、b表示鹽結(jié)晶顆粒在平面氣竄區(qū)域內(nèi)形成了堵塞，從而封堵氣竄通道，提高了注入氣平面波及系數(shù)。圖1－c、d表示鹽沉析體系進(jìn)入了發(fā)生氣竄的高滲透層，在近井地帶形成堵塞，封堵了氣竄通道，從而啟動低滲透層，改善注氣井吸氣剖面，提高了注入氣垂向波及系數(shù)。鹽沉析堵氣竄技術(shù)能夠同時提高平面和垂向波及系數(shù)，因此有很強(qiáng)的堵氣竄提高注入氣波及體積的能力。

圖1 鹽沉析堵氣竄提高氣驅(qū)波及體積圖

通過電鏡掃描研究了鹽結(jié)晶顆粒的微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 鹽結(jié)晶顆粒微觀結(jié)構(gòu)圖

可見，晶體相互交錯重疊，顆粒呈空間多重堆積狀態(tài)，放大500或2 000倍時都可以觀察到鹽結(jié)晶顆粒由許多小晶體連續(xù)堆積而成，堆積均勻而致密，從而保證其良好的堵氣竄能力。

2 鹽沉析堵氣竄物模實(shí)驗(yàn)

2．1 實(shí)驗(yàn)藥品、儀器與材料

NaCl、誘導(dǎo)劑（液體，自制）、α－烯烴磺酸鹽（AOS）、填砂管（長 500mm、直徑 25mm）、ISCO 100DX泵、中間容器、氮?dú)馄俊?0MPa回壓閥、石英砂等。

2．2 實(shí)驗(yàn)條件和方法

實(shí)驗(yàn)溫度120℃，實(shí)驗(yàn)用鹽水為蒸餾水配制的35%NaCl溶液，氣為氮?dú)猓隹诙嘶貕?0MPa。采用排水法在出口端計(jì)量流出氣體體積［18］。用填砂管充填石英砂模擬地層。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 5336—2006測定孔隙體積和初始?xì)鉁y滲透率（K1），以該初始?xì)鉁y滲透率為氣竄時滲透率，注堵氣竄體系后再測定氣測滲透率（K2），由下式計(jì)算各堵氣竄體系對氣竄的封堵率（η）。即

式中K1、K2分別是堵氣竄前、后的氣測滲透率，mD。

2．3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2．3．1 滲透率對鹽沉析堵氣竄的影響

注入0．2PV鹽沉析體系（35%NaCl溶液0．1PV＋誘導(dǎo)劑溶液0．1PV）進(jìn)行不同滲透率填砂管堵氣竄實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 不同滲透率條件下鹽沉析的堵氣竄能力表

從表中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得：滲透率對鹽沉析堵氣竄能力影響較小，滲透率增大，封堵率略有減小，在滲透率超過1 000mD后，封堵率仍可達(dá)55%以上，比注入相同PV數(shù)鹽水的封堵率高近20%，且鹽沉析的殘余阻力系數(shù)也明顯高于鹽水。原因是鹽結(jié)晶顆?？稍谧⑷攵烁浇目紫逗秃淼乐行纬啥嘀囟逊e（圖2），從而對孔隙和喉道半徑較大的高滲透氣竄通道形成有效封堵。

2．3．2 不同堵氣竄方法堵氣竄能力對比

用氣測滲透率差異較小的填砂管模擬氣竄層，分別進(jìn)行鹽水、WAG水氣交替（氣水比1∶1）、泡沫（0．5%AOS起泡劑）和鹽沉析堵氣竄實(shí)驗(yàn)，注入體積均為0．2PV，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 不同方法對氣竄的封堵能力表

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鹽沉析對氣竄的封堵能力最強(qiáng)，然后從強(qiáng)到弱依次是泡沫、水氣交替和鹽水。泡沫對氣竄的封堵率略高于水氣交替，二者比鹽水的封堵率高約8～10個百分點(diǎn)。泡沫封堵能力略高水氣交替的原因是在120℃高溫和35%NaCl高鹽條件下，起泡劑易完全或部分失去活性，從而降低了泡沫的穩(wěn)定性，導(dǎo)致泡沫未能充分發(fā)揮其高滲流阻力作用，減弱了泡沫的堵氣竄能力。

相比之下，鹽沉析技術(shù)析出的鹽結(jié)晶顆粒在高溫和高鹽條件下仍能保持良好的封堵能力，因此在相同滲透率條件下，鹽沉析的堵氣竄能力最強(qiáng)，其封堵率比泡沫高19．27%，比鹽水高29．24%。2．3．3 鹽沉析選擇性封堵氣竄能力

用2根填砂管分別模擬低滲透層和高滲透層，評價(jià)鹽沉析選擇性封堵高滲透氣竄層的能力和對低滲透層的傷害，注入0．2PV鹽沉析體系，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 鹽沉析選擇性封堵能力表

表中實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鹽沉析有較好的選擇性封堵氣竄能力，對低滲透非氣竄層的傷害較小。原因是根據(jù)流體優(yōu)先進(jìn)入低滲流阻力區(qū)域的原理，在同時注入鹽沉析體系時，鹽沉析體系優(yōu)先進(jìn)入高滲透C8號填砂管中，因此對鹽沉析對高滲透氣竄層的封堵率是低滲透層封堵率的4．19倍，且高滲透層的殘余阻力系數(shù)是低滲透層的2．32倍。此外，封堵前高滲透層產(chǎn)氣速度是低滲透層的6．1倍，封堵后高滲透層產(chǎn)氣速度是低滲透層的2．92倍?？梢姡?、低滲透層的產(chǎn)氣速度差異明顯減小，說明鹽沉析能選擇性封堵氣竄，進(jìn)而控制或減緩氣竄。

2．3．4 耐沖刷性實(shí)驗(yàn)

為考察各種堵氣竄技術(shù)的長期有效性，將已進(jìn)行堵氣竄實(shí)驗(yàn)的C8號填砂管和B2、B3、B4組實(shí)驗(yàn)填砂管重新單獨(dú)注氣，研究封堵率與累積注入量的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 封堵率與累積注入的關(guān)系圖

從圖3可以看出，泡沫和水氣交替堵氣竄的耐沖刷性差，在累積注入量1～5PV范圍內(nèi)，封堵率急劇降低，最終封堵率均小于10%。鹽沉析的封堵率在累積注入量1～10PV范圍內(nèi)緩慢降低，原因是在注入端孔隙中除鹽結(jié)晶顆粒外，還有鹽沉析后的剩余水，這部分“剩余水”在初期對氣竄的封堵也有貢獻(xiàn)，但同水氣交替一樣，單一水相引的封堵在后續(xù)注氣過程中極易因氣體再次突破而失效，因此在恢復(fù)注氣初期（累積注氣量小于10PV時），鹽沉析的封堵率隨累積注入量的增加而緩慢下降。

當(dāng)剩余水引起的封堵降到最低后，鹽沉析的封堵率不再減小，兩組鹽沉析的最終封堵率均高于50%，說明鹽沉析堵氣竄有良好的耐沖刷能力，能保持對氣竄的長期封堵，主要原因是析出的鹽結(jié)晶顆粒不受注氣的影響。

2．3．5 解堵實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際施工過程中，可能會出現(xiàn)誤堵或措施后低滲透層吸氣能力明顯減小，影響正常配注等情況。為了研究誤堵后解堵、重新釋放低滲透非氣竄層吸氣能力的可行性，用選擇性封堵能力實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的C3號填砂管進(jìn)行解堵實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法是注入0．1PV蒸餾水后靜置10min，然后打開進(jìn)口端將填砂管中液體反排，反排結(jié)束后重新測定氣測滲透率，重復(fù)上述步驟直至氣測滲透率不再變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 解堵后鹽沉析封堵率變化圖

從圖4可以看出，在累積注入量小于2PV時，隨著注入蒸餾水量的增加，封堵率急劇降低，原因是注入蒸餾水不斷溶解注入端孔喉中堆積的鹽結(jié)晶顆粒，有效解除了鹽沉析造成的堵塞，恢復(fù)了地層滲透率。解堵后最終的封堵率僅為3%左右，說明鹽沉析引起的堵塞可實(shí)現(xiàn)高效解堵，這對降低施工風(fēng)險(xiǎn)有積極意義。

3 結(jié)論

1）鹽沉析堵氣竄技術(shù)有良好的耐溫耐鹽性和完善的堵氣竄、提高注入氣波及體積機(jī)理，研究鹽沉析堵氣竄技術(shù)，對高溫高鹽惡劣油氣田實(shí)現(xiàn)合理高效注氣開發(fā)有重要意義。

2）同水氣交替、泡沫等堵氣竄技術(shù)相比，鹽沉析堵氣竄技術(shù)既有良好的堵氣竄能力、選擇性封堵能力及耐沖刷能力，又有對低滲透層傷害小、能解堵等優(yōu)點(diǎn)，因此，鹽沉析技術(shù)對提高油藏采收率有很好適應(yīng)性。同時，在實(shí)際應(yīng)用中還可配套分層定點(diǎn)注入等工藝，以提高技術(shù)的成功率和有效期。

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