徑向射流甲酸鹽噴射液研究與地面模擬噴射試驗(yàn)

王爾鈞，魏安超，馬磊，許發(fā)賓（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

李蔚萍，舒福昌，向興金，胡墨杰（荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北荊州 434000）

潿洲12－1S油田主要目的層段為古近系始新統(tǒng)晚流沙港組一段（簡(jiǎn)稱流一段，符號(hào)為E2－3L1）Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ油組，儲(chǔ)集砂體落實(shí)，成藏條件優(yōu)越，井控地質(zhì)儲(chǔ)量約951.7×104m3，勘探潛力較大。

2010年5月，在潿洲12－1S油田鉆探了WZ12－1S－1井，該井全井共發(fā)現(xiàn)油氣顯示334.0m，巖性為中砂巖、細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖。對(duì)E2－3L1下層序濁積砂體主體部位Ⅴ油組的疑惑層進(jìn)行了MDT、MiniDST（分別指電纜地層測(cè)試和地層測(cè)試），均取出油樣。隨后使用斯倫貝謝PJ4512HMX射孔彈pure射孔，穿深0.863m孔徑8.89mm，對(duì)3161.0～3180.0m井段進(jìn)行了DST（鉆桿測(cè)試），氣舉后敞開(kāi)放噴，44MPa負(fù)壓測(cè)試日產(chǎn)油10.4m3，氣少量。

為了進(jìn)一步落實(shí)潿洲12－1S油田E2－3L1的含油氣性、儲(chǔ)量規(guī)模、儲(chǔ)層物性及產(chǎn)能數(shù)據(jù)，升級(jí)該構(gòu)造的地質(zhì)儲(chǔ)量，選擇在該構(gòu)造較低部位部署評(píng)價(jià)井，該井如果鉆探成功，將成為潿西南油田群產(chǎn)能補(bǔ)充的源泉。針對(duì)這樣的地層繼續(xù)使用常規(guī)射孔效果可能仍會(huì)不理想。為了提高產(chǎn)能，必須選擇新的增產(chǎn)工藝。

1 常規(guī)鉆完井工藝對(duì)儲(chǔ)層的傷害

1.1 鉆完井帶來(lái)的地層傷害

由于有害的鉆井液、固井液的侵入對(duì)近井周圍的油氣儲(chǔ)層造成損害，使得該地帶的滲透率下降，形成鉆井侵入帶。目前尚沒(méi)有公認(rèn)的確定鉆井侵入帶的精確方法。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般鉆井和完井井壁周圍的侵入帶深度為600～1200mm。鉆井侵入帶的深度是影響射孔效率的重要因素，很多研究人員建立了計(jì)算儲(chǔ)層損害模式和數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)侵入帶深度，描述其對(duì)油井產(chǎn)量的影響。1991年Karakas和Tariq研究了射孔在穿透和未穿透?jìng)闆r下的射孔表皮因數(shù)，并且得出結(jié)論，射孔彈穿過(guò)傷害深度，則產(chǎn)能比可在很大程度上得到提高［1］。

1.2 射孔壓實(shí)帶對(duì)地層滲透率的損害

聚能彈射孔產(chǎn)生的損害區(qū)或壓實(shí)帶對(duì)近井地層滲透率造成嚴(yán)重傷害［2］。圖1為射孔核心損害帶示意圖。射孔孔道周圍的巖石結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重的破壞，并導(dǎo)致巖石孔隙度和滲透率下降，下降后的滲透率為原來(lái)地層滲透率的10%～35%左右，損害區(qū)的厚度大約為6～12.5mm，甚至達(dá)25mm［3］。

2 增產(chǎn)工藝選擇

圖1 射孔核心損害帶示意圖

徑向射流工藝是最近幾年在國(guó)際上興起的一種油層改造增產(chǎn)的新工藝技術(shù)［4］，國(guó)外主要應(yīng)用于煤層氣儲(chǔ)層，國(guó)內(nèi)從2009年開(kāi)始在遼河、大慶、大港、長(zhǎng)慶、吉林等陸地油田得到應(yīng)用，平均單井日增油5t，平均日產(chǎn)油增幅達(dá)200%，最高的A21－29井日增油達(dá)到10t，均具有較好的增產(chǎn)效果。

結(jié)合潿洲12－1S油田E2－3L1V油組的特點(diǎn)，采用同時(shí)具有裸眼完井方法和射孔完井方法優(yōu)點(diǎn)的徑向射流完井方式作為其增產(chǎn)工藝。

3 徑向射流噴射液研究

目前國(guó)內(nèi)外均采用清水作為噴射液，雖然平均日產(chǎn)油氣增幅明顯，但與常規(guī)工藝相比，泄油面積較大的徑向射流工藝實(shí)際增產(chǎn)遠(yuǎn)小于理論增產(chǎn)。徑向射流工藝在海上油田尚屬空白，考慮儲(chǔ)層保護(hù)的噴射液體系研究成果則為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

3.1 徑向射流過(guò)程中儲(chǔ)層損害因素分析

在實(shí)施徑向射流工藝時(shí)，噴射液會(huì)與儲(chǔ)層巖石、儲(chǔ)層流體相互接觸，因此儲(chǔ)層的物性、流體特征以及儲(chǔ)層的溫壓都可能引起儲(chǔ)層損害，噴射液必須考慮這些因素。

3.1.1 水鎖損害

在油氣層開(kāi)發(fā)過(guò)程中，當(dāng)鉆井液、固井液、完井液等外來(lái)流體侵入儲(chǔ)層后，由于毛細(xì)管力作用，地層驅(qū)動(dòng)壓力不能將外來(lái)流體完全排出地層，從而使儲(chǔ)層的含水飽和度增加，油氣相滲透率降低，這種現(xiàn)象稱為水鎖效應(yīng)［5］。從潿洲12－1S油田儲(chǔ)層孔滲數(shù)據(jù)來(lái)看，基本屬于特低孔－中孔特低滲－低滲儲(chǔ)層，滲透率在0.01～32.94mD，因此噴射液必須具備防止水鎖損害的特性。

3.1.2 水敏損害

從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，E2－3L1Ⅴ油組儲(chǔ)層具有中等偏弱－強(qiáng)的水敏，臨界礦化度小于13627.5mg／L；而潿洲油田海域天然海水的礦化度高達(dá)33000mg／L。因此，采用海水配制甲酸鉀加重的噴射液可避免水敏損害發(fā)生。

3.1.3 結(jié)垢損害

入井流體與儲(chǔ)層流體不配伍時(shí)，兩者相互作用將產(chǎn)生無(wú)機(jī)物沉淀、有機(jī)沉淀等，這些物質(zhì)可在孔喉處聚集沉積堵塞孔喉。常見(jiàn)的無(wú)機(jī)沉淀有碳酸鈣、碳酸鍶、硫酸鋇、硫酸鈣、硫酸鍶等。產(chǎn)生無(wú)機(jī)沉淀的主要原因有兩個(gè)：一是入井流體與地層流體不配伍；二是隨著生產(chǎn)過(guò)程中外界條件的變化，地層水中原有的一些化學(xué)平衡會(huì)遭到破壞，平衡發(fā)生移動(dòng)而產(chǎn)生沉淀。有機(jī)沉淀主要指石蠟、瀝青質(zhì)及膠質(zhì)在井眼附近地帶的沉積，有機(jī)沉淀的產(chǎn)生不僅可以堵塞儲(chǔ)層的滲流通道，而且還可能使儲(chǔ)層潤(rùn)濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層滲流能力下降。

徑向射流時(shí)，噴射液與地層水可充分接觸，而噴射液基液為潿洲12－1S油田海域的海水，因此需要評(píng)價(jià)海水與地層水的結(jié)垢情況。表1為潿洲12－1S油田海域海水組成，從表1的離子組成來(lái)看，地層水屬碳酸氫鈉型，地層水中含有成垢陰離子、；而海水屬氯化鎂型，海水中含有成垢陽(yáng)離子Ca2＋和少量的Sr2＋，兩者混合接觸具有結(jié)無(wú)機(jī)垢的條件。對(duì)潿洲12－1S油田海域海水和地層水以不同比例混配硫酸鹽垢和CaCO3垢飽和指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。從軟件預(yù)測(cè)結(jié)垢可知，硫酸鹽垢飽和指數(shù)均為負(fù)值，不具備結(jié)硫酸鹽垢的趨勢(shì)；而碳酸鈣垢飽和指數(shù)均大于2，明顯具有結(jié)碳酸鈣垢的趨勢(shì)，海水與地層水配伍性欠佳。

表1 潿洲12－1S油田海域海水組成

試驗(yàn)采用SZD－1型散射光臺(tái)式渾濁計(jì)，對(duì)潿洲12－1S油田海域模擬海水和配制模擬地層水進(jìn)行配伍性評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2結(jié)果可見(jiàn)，海水與地層水體積比在5∶5混合時(shí)具有明顯的結(jié)垢現(xiàn)象，因此要防止二次沉淀?yè)p害儲(chǔ)層。

表2 海水與地層水配伍性評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1.4 乳化堵塞損害分析

E2－3L1Ⅴ油組地面原油屬中質(zhì)原油，具有 “一中三低一高”的特性，即密度中等（0.8597g／cm3），黏度低（5.56mPa·s）、瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低（3.09%）、膠質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低（3.12%），蠟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高（12.31%）特點(diǎn)。而噴射液可與儲(chǔ)層原油接觸，具有形成乳狀液的機(jī)會(huì)，可能造成乳化堵塞，損害儲(chǔ)層。因此噴射液必須加強(qiáng)防乳破乳措施。

3.2 噴射液儲(chǔ)層保護(hù)要求

潿洲12－1S油田徑向射流儲(chǔ)層主要存在水鎖損害、結(jié)垢損害以及乳化堵塞。為了更好地保護(hù)儲(chǔ)層，噴射液應(yīng)具有以下特點(diǎn)：①無(wú)固相；②具有較好的防水鎖損害性能；③具有較好的防乳破乳性能；④具有較好的防二次沉淀性能；⑤腐蝕性小，完井作業(yè)過(guò)程中不需加防腐劑，不會(huì)出現(xiàn)管材腐蝕；⑥抑制性好，有利于防止黏土膨脹損害。

3.3 噴射液體系構(gòu)建

針對(duì)前面的儲(chǔ)層損害因素和損害機(jī)理分析可知，要構(gòu)建既能滿足儲(chǔ)層保護(hù)要求，又能滿足噴射要求的徑向射流甲酸鹽噴射液，主要難點(diǎn)在于以下3種制劑的優(yōu)選：①能溶解于甲酸鉀溶液的無(wú)泡防水鎖劑；②能溶解于甲酸鉀溶液的無(wú)泡防乳破乳劑；③能溶解于甲酸鉀溶液的無(wú)泡防垢劑。

室內(nèi)分別進(jìn)行了3類制劑幾十種處理劑的起泡性、鹽溶液中的溶解性，以及防水鎖劑的防水鎖性、防乳破乳劑的破乳性和防垢劑的防垢性評(píng)價(jià)。通過(guò)大量的優(yōu)選評(píng)價(jià)試驗(yàn)，確定噴射液基本配方：海水＋3%防水鎖劑HFS＋2%防乳破乳劑HFR＋2%防垢劑HFG（配方中百分?jǐn)?shù)指體積分?jǐn)?shù)），甲酸鉀加重。

3.4 噴射液體系性能評(píng)價(jià)

在確定噴射液體系基本配方后，室內(nèi)配制噴射液，對(duì)其防膨性、防乳破乳性、防水鎖性、與地層水配伍性以及儲(chǔ)層保護(hù)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.4.1 噴射液防膨性評(píng)價(jià)

室內(nèi)分別采用離心法和線性膨脹法對(duì)噴射液的防膨性進(jìn)行評(píng)價(jià)。從離心法評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，相對(duì)煤油和蒸餾水來(lái)說(shuō)，噴射液的防膨率達(dá)86%，具有較好的防膨性，噴射液可有效抑制儲(chǔ)層黏土礦物的水化。

高溫高壓膨脹儀可以更準(zhǔn)確地模擬儲(chǔ)層條件下的黏土礦物的膨脹情況，從上面的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在儲(chǔ)層條件下，隨著膨脹時(shí)間的延長(zhǎng)，蒸餾水的膨脹率急劇增大，16h后達(dá)到152.8%；而煤油和噴射液變化不大，膨脹率小于2%，具有較好的防膨性。

3.4.2 噴射液防乳破乳性評(píng)價(jià)

室內(nèi)對(duì)比了海水和噴射液與潿洲原油的乳化情況，結(jié)果見(jiàn)表3。從表3試驗(yàn)結(jié)果可知，原油與海水混合后，完全乳化，在80℃恒溫40min后仍無(wú)油水分離現(xiàn)象；而噴射液與原油混合后，在80℃恒溫20min后油水完全分離，沒(méi)有乳化現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，噴射液具有較好的防乳破乳性能。

表3 噴射液防乳破乳性評(píng)價(jià)結(jié)果

3.4.3 噴射液防水鎖性評(píng)價(jià)

室內(nèi)分別進(jìn)行了蒸餾水、海水以及甲酸鉀加重的不同密度下噴射液氣－液表面張力和油－液界面張力的對(duì)比評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4結(jié)果可知，隨著介質(zhì)密度的增大，氣－液表面張力和油－液界面張力也相應(yīng)降低；防水鎖劑的引入使得噴射液氣－液表面張力和油－液界面張力大幅度降低，說(shuō)明噴射液具有較好的防水鎖性能。

表4 噴射液防水鎖性評(píng)價(jià)結(jié)果

3.4.4 噴射液配伍性評(píng)價(jià)

室內(nèi)評(píng)價(jià)了噴射液與地層水的配伍性，從試驗(yàn)結(jié)果可知，噴射液中引入防垢劑后，與地層水以不同比例混合后濁度值均小于3.0，說(shuō)明噴射液與地層水具有較好的配伍性。

3.4.5 噴射液儲(chǔ)層保護(hù)評(píng)價(jià)

室內(nèi)評(píng)價(jià)了噴射液對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)性能，結(jié)果見(jiàn)表5。從試驗(yàn)結(jié)果可知，直接用海水污染，則滲透率恢復(fù)值只有80.2%，而添加了防水鎖劑、防垢劑和防乳破乳劑3種儲(chǔ)層保護(hù)劑的噴射液污染后的巖心滲透率恢復(fù)值均在95%以上，說(shuō)明噴射液具有較好的儲(chǔ)層保護(hù)性能。

表5 噴射液儲(chǔ)層保護(hù)評(píng)價(jià)結(jié)果

4 噴射液地面模擬噴射試驗(yàn)

2012年11月，在上海宏睿公司東營(yíng)分公司基地進(jìn)行了甲酸鹽噴射液地面模擬噴射試驗(yàn)。模擬水泥靶心由500標(biāo)水泥∶粒徑在0.8～1.2mm沙子∶石膏的質(zhì)量比為1∶0.7∶0.3，靶心采用長(zhǎng)50cm、內(nèi)徑為16cm的PVC管內(nèi)灌注成型，養(yǎng)護(hù)后該靶心的靶心強(qiáng)度為C300，孔隙度為15%。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2和表6。由對(duì)比效果可知，對(duì)強(qiáng)度相同的水泥靶心，在噴射壓力一定的情況下，甲酸鹽噴射液與清水基本具有同樣的可噴性。

圖2 靶心清水（a）和甲酸鹽噴射液（b）噴射后現(xiàn)象

表6 噴射液噴射效果對(duì)比

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

噴射液充分考慮了儲(chǔ)層保護(hù)，地面模擬噴射效果較好，但徑向射流工藝以及配套噴射液在海上油田的適應(yīng)性還有待現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步試驗(yàn)。

［1］Karakas M S，Tariq M.Semianalytical productivity models for perforated completion ［J］.SPE18247，1991.

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［3］張毅，李根生，熊偉，等 .高壓水射流深穿透射孔增產(chǎn)機(jī)理研究 ［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，28（2）：38～41.

［4］李根生，牛繼磊，劉澤凱，等 .水力噴砂射孔機(jī)理研究 ［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，26（2）：31～35.

［5］曾偉，陳舒，向海洋 .異常低含水飽和度儲(chǔ)層的水鎖損害 ［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（7）：1～3.