鄭華安,田藝,梁玉凱 (中海石油 (中國(guó))有限公司湛江分公司,廣東 湛江524057)
李玉光,何保生,王珊 (中海油研究總院,北京100027)
李蔚萍,向興金,舒福昌,肖加敏 (湖北漢科新技術(shù)股份有限公司,湖北荊州434000)
目前,潿洲油田群以處理后的海水作為油田注入水出現(xiàn)了嚴(yán)重的結(jié)垢問(wèn)題,給油田正常生產(chǎn)帶來(lái)一些困難。分析潿洲油田群注水過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,查找出問(wèn)題的主要原因,并更好地解決潿洲油田群在注水過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,是開展?jié)抻吞锶鹤⑷胨畟ρ芯康闹饕康摹?/p>
注水過(guò)程中引起的儲(chǔ)層傷害主要取決于油層自身?xiàng)l件 (巖性、孔隙結(jié)構(gòu))及所含流體性質(zhì)與注入水水質(zhì)兩個(gè)方面。前者是客觀存在的,是引起儲(chǔ)層傷害的潛在因素;后者是誘發(fā)儲(chǔ)層傷害的外部條件[1~9]。
WZ12-1油田北塊潿二段、中塊3井區(qū)潿三段和中塊4井區(qū)潿三段,以及WZ6-9和WZ6-10油田潿三段儲(chǔ)層均為目前潿洲油田重點(diǎn)注水開采層段,其孔隙度在10%~22.69%,滲透率1.03~385.64mD,大部分屬于中孔、低-中滲儲(chǔ)層。因此,在注水過(guò)程中要嚴(yán)格控制水質(zhì)指標(biāo),尤其是懸浮物固相顆粒含量,若固相顆粒含量不達(dá)標(biāo),則更易堵塞孔道,傷害低滲儲(chǔ)層。
潿洲油田群儲(chǔ)層礦物以石英為主,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.2%~86.0%,還含一定的黏土礦物,黏土礦物主要集中在孔隙內(nèi)和顆粒膠結(jié)處,屬砂巖地層膠結(jié)物。潿洲油田群儲(chǔ)層黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%~15.2%,以高嶺石為主,其次為綠泥石、伊利石、伊-蒙混層。因此,儲(chǔ)層在注水過(guò)程中存在的潛在傷害為速敏 、酸敏和水敏。
潿洲油田群速敏分析結(jié)果表明,絕大多數(shù)儲(chǔ)層屬于無(wú)~弱速敏,極少數(shù)儲(chǔ)層屬于中等偏強(qiáng)速敏,生產(chǎn)過(guò)程中只要控制注水速度在臨界流速下即可。
水敏試驗(yàn)表明,潿洲油田群絕大多數(shù)儲(chǔ)層屬中等~極強(qiáng)水敏,臨界礦化度為5000~10000mg/L。低于地層水礦化度的注入水進(jìn)入儲(chǔ)層后可引起水敏性黏土礦物的膨脹、分散、運(yùn)移,使注水井附近滲透率下降,產(chǎn)生水敏傷害。但潿洲油田群現(xiàn)場(chǎng)注入水均為海水,其礦化度為33000mg/L,遠(yuǎn)高于臨界礦化度。因此,WZ12-1油田注水引起水敏傷害的可能性不大。
注水雖然能向地層補(bǔ)充能量,提高采收率,但如果將不合格的水注入地層,將會(huì)傷害地層。主要可能造成兩個(gè)方面的傷害:一是堵塞傷害;二是腐蝕傷害[1~9]。
對(duì)潿洲油田群WZ11-1A/WZ11-1N/WZ12-1這3個(gè)平臺(tái)注水增壓泵出口水樣進(jìn)行了取樣分析,結(jié)果見表1。與SY/T 5329—94《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》中的B3級(jí)指標(biāo)相比,潿洲油田現(xiàn)場(chǎng)注入水具有以下特點(diǎn):①懸浮物含量和粒徑中值均嚴(yán)重超標(biāo);②含油和濾膜系數(shù)均達(dá)標(biāo);③在未除氧的情況下腐蝕速率嚴(yán)重超標(biāo),而除氧后腐蝕速率能滿足小于0.076mm/a的指標(biāo)要求。
注入水中的固相顆粒對(duì)儲(chǔ)層傷害程度主要取決于顆粒大小與儲(chǔ)層孔喉大小的匹配程度。當(dāng)固相顆粒粒徑大于1/3孔喉直徑時(shí),懸浮物無(wú)法進(jìn)入儲(chǔ)層內(nèi)部,不能形成堵塞;等于孔喉直徑的1/3~1/7的固相顆粒可進(jìn)入近井地帶 (半徑小于10m)形成內(nèi)泥餅,嚴(yán)重傷害近井地帶的滲流通道;小于1/7孔喉直徑可隨注入水流動(dòng),不致嚴(yán)重堵塞近井地帶[1,2]。因此,必須結(jié)合潿洲油田儲(chǔ)層孔喉直徑情況,嚴(yán)格控制注入水中懸浮物質(zhì)量濃度及粒徑中值,最大限度降低該類傷害。
表1 潿洲油田現(xiàn)場(chǎng)注入水水質(zhì)分析結(jié)果
室內(nèi)選取潿洲油田3類不同滲透率的天然巖心進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià),研究注入水對(duì)儲(chǔ)層的傷害影響。首先用與現(xiàn)場(chǎng)注入水礦化度相同并經(jīng)過(guò)精細(xì)過(guò)濾的模擬鹽水飽和巖心,測(cè)定液相初始滲透率,然后用現(xiàn)場(chǎng)注入水進(jìn)行驅(qū)替,測(cè)定其滲透率變化,結(jié)果見表2。由表2可知,直接用現(xiàn)場(chǎng)注入水進(jìn)行巖心驅(qū)替,驅(qū)替40PV時(shí),滲透率保留率為75.85%~83.03%,滲透率傷害率達(dá)16.97%~24.15%,而現(xiàn)場(chǎng)注入水中已添加防垢劑,可認(rèn)為滲透率傷害主要是由固相顆粒堵塞引起的。
表2 潿洲油田現(xiàn)場(chǎng)注入水對(duì)天然巖心傷害評(píng)價(jià)結(jié)果
從表3潿洲油田現(xiàn)場(chǎng)注入水水質(zhì)分析結(jié)果可知,注入水礦化度在33000mg/L左右,含有成垢陽(yáng)離子Ca2+、Mg2+、Sr2+和成垢陰離子HCO3-、CO23-和SO24-。除去溶于水的MgSO4,分析成垢的類型可能為碳酸鈣、硫酸鍶、硫酸鈣等。
結(jié)垢的直接原因是一種難溶鹽在過(guò)飽和溶液中沉淀,而液體過(guò)飽和則是由于不相容液體的混合、溫度、壓力以及pH值的變化,也就是說(shuō),結(jié)垢是由于系統(tǒng)內(nèi)熱力學(xué)的不穩(wěn)定性與化學(xué)不相容性而引起的。在一定程度上,結(jié)垢趨勢(shì)是可以預(yù)測(cè)的。早在1952年Stiff和Davis就提出了用飽和指數(shù)法 (SI)來(lái)預(yù)測(cè)油田注入水中CaCO3的結(jié)垢趨勢(shì)[10,11],該方法主要考慮了系統(tǒng)中的熱力學(xué)條件。之后,Oddo-Tomson對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn),考慮了CO2分壓和總壓對(duì)CaCO3結(jié)垢趨勢(shì)的影響[12]。硫酸鹽的結(jié)垢一般是由于系統(tǒng)內(nèi)2種不相容水的混合產(chǎn)生的,結(jié)垢程度取決于水的化學(xué)成分、水的混合配比以及混合部位的壓力和溫度等因素。Oddo-Tomson于1994年提出了硫酸鹽飽和指數(shù)的計(jì)算公式[13]。
表3 潿洲油田現(xiàn)場(chǎng)注入水水質(zhì)分析結(jié)果
筆者研究中采用Oddo-Tomson改進(jìn)CaCO3預(yù)測(cè)方法和硫酸鹽飽和指數(shù)的計(jì)算公式,編寫了相應(yīng)的計(jì)算程序,形成了結(jié)垢預(yù)測(cè)軟件。對(duì)注入水在不同溫度下的結(jié)垢情況進(jìn)行了預(yù)測(cè),結(jié)果見表4。根據(jù)飽和指數(shù)分析,不同溫度下現(xiàn)場(chǎng)注入的硫酸鹽飽和指數(shù)均為負(fù)數(shù),因此不具有結(jié)硫酸鹽垢的趨勢(shì);而碳酸鈣飽和指數(shù)隨溫度的升高而增大,因此只具有結(jié)碳酸鈣垢的趨勢(shì)。
表4 潿洲油田現(xiàn)場(chǎng)注入水在不同溫度下的硫酸鹽垢和CaCO3垢飽和指數(shù)
室內(nèi)參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5523—2000《油氣田水分析方法》中的絡(luò)合滴定法進(jìn)行潿洲油田注入水結(jié)垢評(píng)價(jià),結(jié)果見表5。從表5的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,注入水的鈣鎂損失率隨溫度升高而增大,因此其結(jié)垢程度也隨溫度升高而變大。同時(shí),隨著溫度的升高,試驗(yàn)結(jié)垢量也增大,這與采用Scale Chem3.0軟件預(yù)測(cè)的結(jié)果相符。細(xì)過(guò)濾出口水樣未添加防垢劑,因此,結(jié)垢趨勢(shì)和結(jié)垢量明顯高于已添加防垢劑的注入水,說(shuō)明防垢劑起到了一定的防垢效果。
表5 潿洲油田現(xiàn)場(chǎng)注入水結(jié)垢程度、結(jié)垢量評(píng)價(jià)結(jié)果
室內(nèi)選取天然巖心并用與注入水礦化度相同的KCl鹽水飽和巖心,測(cè)定巖心液相滲透率;再按照B1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)處理細(xì)過(guò)濾器出口海水 (為了盡量排除雜質(zhì)對(duì)天然巖心的傷害)驅(qū)替至100PV左右,記錄滲透率變化,計(jì)算注入水不同驅(qū)替體積的滲透率保留率,結(jié)果見表6。從試驗(yàn)結(jié)果可知,隨著驅(qū)替體積的增大,巖心滲透率保留率逐漸減小,經(jīng)過(guò)濾現(xiàn)場(chǎng)注入水驅(qū)替100PV時(shí),滲透率傷害率為24.51%,具有明顯地結(jié)垢?jìng)Α?/p>
注水作業(yè)是長(zhǎng)期進(jìn)行的,直接注入有一定程度結(jié)垢趨勢(shì)的注入水會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生累積傷害,因此注入水必須采取更好地防垢措施。
表6 潿洲油田現(xiàn)場(chǎng)注入水動(dòng)態(tài)結(jié)垢評(píng)價(jià)結(jié)果
注入水與儲(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,最終導(dǎo)致注入量降低。表7為潿洲油田注水井地層水水質(zhì)分析結(jié)果。由表7可知,WZ12-1油田7口井的地層水礦化度差異較大,水型復(fù)雜,均含有成垢陰離子和和成垢陽(yáng)離子。由于MgSO4是溶于水的,初步分析成垢的類型可能為碳酸鈣、硫酸鍶、硫酸鈣等。
表7 潿洲油田注水井地層水水質(zhì)分析結(jié)果
注入水注入地層,必然會(huì)與地層水混合,最后隨油氣產(chǎn)出成為采出水,在這些過(guò)程中由于注入水和地層水不配伍或熱力學(xué)因素的變化均可能導(dǎo)致結(jié)垢。
由飽和指數(shù)法預(yù)測(cè)可知:①現(xiàn)場(chǎng)注入水與WZ12-1油田7口井地層水相混合,硫酸鹽垢飽和指數(shù)均為負(fù)值,均沒有結(jié)硫酸鹽垢的趨勢(shì),但采用ScaleChem3.0結(jié)垢預(yù)測(cè)軟件仍預(yù)測(cè)到具有結(jié)SrSO4垢的趨勢(shì);②現(xiàn)場(chǎng)注入水與WZ12-1油田7口井地層水相混合,除WZ12-1-B17井外,其余6口井結(jié)CaCO3垢的趨勢(shì)均增強(qiáng);③井有注入水和地層水結(jié)CaCO3垢趨勢(shì)受CO2分壓的影響很大,隨CO2分壓的減小,CaCO3結(jié)垢的趨勢(shì)明顯增大。
為了評(píng)價(jià)注入水和地層水靜態(tài)結(jié)垢趨勢(shì),給出了潿洲油田注入水與地層水混合結(jié)垢程度和結(jié)垢量評(píng)價(jià)結(jié)果,見表8。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象可知,與注入水自身結(jié)垢相比,注入水與 WZ12-1-A4井地層水混合后結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重,試驗(yàn)結(jié)垢量增大9.1倍,高達(dá)478.75mg/L,無(wú)機(jī)垢將會(huì)嚴(yán)重傷害儲(chǔ)層。
1)從潿洲油田黏土礦物、敏感性、水質(zhì)以及結(jié)垢?jìng)Ψ治鼋Y(jié)果可知,注入水懸浮物質(zhì)量濃度及粒徑中值是目前潿洲油田注入水傷害的主要因素,其次為注入水自身結(jié)垢和注入水與地層水混合結(jié)垢?jìng)Α?/p>
2)潿洲油田現(xiàn)場(chǎng)注入水懸浮物質(zhì)量濃度和粒徑中值均嚴(yán)重超標(biāo)。建議針對(duì)潿洲油田不同儲(chǔ)層開展注入水合適水質(zhì)控制指標(biāo)專項(xiàng)研究。另外,要定期更換過(guò)濾器中的濾料,運(yùn)行過(guò)程中定期做好過(guò)濾器的反沖洗[14],或者增加精細(xì)過(guò)濾工序,保證注入水懸浮物質(zhì)量濃度和粒徑中值達(dá)標(biāo),降低固相顆粒堵塞引起的傷害。
3)潿洲油田現(xiàn)場(chǎng)注入水自身和注入水與地層水混合結(jié)垢,其垢主要均為碳酸鈣垢。
4)盡管現(xiàn)場(chǎng)注入水已添加了防垢劑,但仍具有一定結(jié)垢?jìng)Γ虼?,建議針對(duì)潿洲油田現(xiàn)場(chǎng)注入水結(jié)垢特點(diǎn),開展防垢技術(shù)研究,重新評(píng)價(jià)并優(yōu)選效果較好的碳酸鈣垢和硫酸鹽垢的復(fù)合防垢劑,改善潿洲油田現(xiàn)場(chǎng)注入水的防垢效果。
表8 潿洲油田注入水與地層水混合結(jié)垢程度和結(jié)垢量評(píng)價(jià)結(jié)果
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