多敏性砂巖儲(chǔ)集層酸化解堵方法研究及應(yīng)用——以勝利樊家油田Es3 砂巖油層為例

□萬(wàn)緒新 張守鵬 尹玉梅 李彥操 賀文卿

李彥操，勝利油田分公司石油工程監(jiān)督中心;賀文卿，勝利油田分公司石油工程監(jiān)督中心

以我國(guó)東部渤海灣地區(qū)為代表的大部分油田與陸相斷陷湖盆相聯(lián)系。油氣儲(chǔ)集層以陸源碎屑沉積物組成的砂礫巖為主，黏土礦物是最普遍的填充成分，其多樣性對(duì)儲(chǔ)集層的孔隙和滲透性能影響極大。

提高低滲透儲(chǔ)層滲透性能的主要工藝方法是采用酸化解堵，但實(shí)際結(jié)果是在孔喉中黏土礦物有效溶除之前，儲(chǔ)層骨架已被溶解，經(jīng)常進(jìn)一步加深滲透率的傷害程度。低滲透砂巖油層的有效酸化增產(chǎn)是提高難動(dòng)用儲(chǔ)量采出率的關(guān)鍵，此問(wèn)題的解決直接關(guān)系到油區(qū)的增儲(chǔ)上產(chǎn)。本文以勝利樊家低滲透砂巖油層為例，采用巖石礦物微區(qū)測(cè)試(光學(xué)顯微分析與電子掃描技術(shù))與工藝化學(xué)原理相結(jié)合的分析方法，研制優(yōu)選了一種緩蝕酸實(shí)施分步酸化，使得在針對(duì)鋁硅酸鹽類礦物(主要是黏土礦物)填堵的砂巖儲(chǔ)集層進(jìn)行酸化解堵時(shí)，砂巖骨架顆粒的溶解速度小于填隙物的溶解速度，達(dá)到有效地溶除孔喉中礦物微粒并擴(kuò)展?jié)B流空間的目的。

一、多敏性砂巖儲(chǔ)集層的滲透性傷害

低滲透砂體的埋藏深度相對(duì)較大，在濟(jì)陽(yáng)和東濮坳陷一般埋深于3，000m 以下，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的成巖作用過(guò)程，常常由與山間盆地相聯(lián)系的濱、淺湖三角洲、辮狀河道、沖擊扇、濁積扇等砂體組合而成。原始孔隙率的損失經(jīng)歷了壓實(shí)、壓融、黏土充填、化學(xué)膠結(jié)、礦物結(jié)晶加大等復(fù)雜的地質(zhì)演化過(guò)程。盡管在某一特定時(shí)期和特定環(huán)境下礦物相可能由于地下熱液或有機(jī)酸的介入而發(fā)生一定程度的溶解，有增孔擴(kuò)喉的作用，但砂巖中的次生孔隙發(fā)育帶往往又被后期成巖作用再次填堵。根據(jù)砂巖儲(chǔ)集性與油氣運(yùn)移規(guī)律的綜合研究發(fā)現(xiàn)，油氣進(jìn)入儲(chǔ)集層的時(shí)期對(duì)應(yīng)于烴源巖中有機(jī)酸的普遍分解析出并產(chǎn)生次生孔隙的過(guò)程，同時(shí)黏土礦物中的蒙脫石、伊/蒙混層礦物等在弱酸性介質(zhì)環(huán)境中開(kāi)始轉(zhuǎn)化為自生的、具有良好晶形的高嶺石。所以，高嶺石發(fā)育帶與相對(duì)高孔滲帶和油氣富集帶往往是對(duì)應(yīng)的。但在此成巖期之后，隨著有機(jī)酸的枯竭，地下介質(zhì)環(huán)境開(kāi)始向弱堿性轉(zhuǎn)化，高嶺石、綠泥石等黏土成分也向伊利石轉(zhuǎn)化，孔隙率再次降低，儲(chǔ)集層內(nèi)部連通孔隙的喉道被大量針、片狀伊利石“搭橋”堵塞，原油被阻滯于儲(chǔ)集層內(nèi)部孤立的孔隙中成為“不可動(dòng)油”，而此時(shí)的儲(chǔ)集層已演變成為低孔低滲多敏性儲(chǔ)集層。

以勝利樊家油田Es3 砂巖油層為例，儲(chǔ)集層中黏土礦物總量占據(jù)了12%，其中對(duì)油層潛在傷害最大的是占相對(duì)含量60%的自生“假六邊形”片狀高嶺石和對(duì)酸極為敏感的綠泥石礦物(圖1)。除黏土礦物外，斑塊狀碳酸鹽膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)集層滲透性也存在潛在傷害。

圖1

因此，樊家油田Es3 砂巖油層原油不能順利采出的原因可以歸結(jié)為:儲(chǔ)集巖經(jīng)強(qiáng)烈的壓實(shí)成巖作用后，多種黏土(來(lái)源于原始沉積物和塑性顆粒的脫落成分)和化學(xué)膠結(jié)物基本上占據(jù)了儲(chǔ)集層的孔隙和喉道空間，僅殘留了部分微孔隙。復(fù)雜的黏土成分和碳酸鹽礦物可以使油田在開(kāi)發(fā)中同時(shí)具備排液速度敏感性、鹽酸敏感性、氫氟酸敏感性和水敏感性。而任何一種敏感性的發(fā)生都可以導(dǎo)致原油產(chǎn)出受阻，多種敏感性同時(shí)存在對(duì)原油的產(chǎn)出更為不利。有時(shí)，針對(duì)某幾類填隙礦物的酸化解堵方案相互抵觸，很難奏效。

表1

儲(chǔ)集層中自生高嶺石在低流速作用下，遷移能力較弱，但當(dāng)排液流速達(dá)到該儲(chǔ)集層的臨界流速值(3.5ml/min)以上時(shí)，其“假六邊形”晶片開(kāi)始分散，很容易鉗堵于喉道入口處，降低儲(chǔ)集層滲透性。如果使用鹽酸解堵，碳酸鹽膠結(jié)物有一定的溶蝕量，溶出空間約5% ～10%，高嶺石溶蝕率小于1%，綠泥石溶解程度可以達(dá)到100%。但隨著酸液耗盡，PH 值回升，由含鐵碳酸鹽和綠泥石中溶離出的Fe2+、Fe3+很快被絡(luò)合為Fe(OH)3↓，該沉淀物呈絮凝狀，其體積將會(huì)完全占據(jù)先前碳酸鹽膠結(jié)物溶出的空間，致使酸化效果不明顯。如果使用氫氟酸解堵，砂巖碎屑骨架顆粒、黏土礦物均會(huì)不同程度地被溶蝕，但碎屑顆粒的溶解速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于黏土充填物的溶解速度，當(dāng)有利于液相滲透的巖石骨架被破壞時(shí)，作為填充成分的黏土溶蝕率卻很有限，往往不能達(dá)到酸化解堵的目的。同時(shí)，氫氟酸遇到碳酸鹽膠結(jié)物，會(huì)產(chǎn)生CaF2↓，該沉淀物呈微粒狀，在低滲透儲(chǔ)集層中極易堵塞滲流喉道。如果使用土酸(常用12%HCl+3%HF)解堵，砂巖儲(chǔ)集層中碎屑顆粒、黏土礦物、碳酸鹽膠結(jié)物均會(huì)不同程度地溶解，但隨著酸液耗盡，F(xiàn)e(OH)3↓和CaF2↓兩類沉淀會(huì)同時(shí)生成，其副作用仍然影響著酸化效果。另外，淡水作用液的使用也會(huì)使儲(chǔ)集層中的某些次要黏土成分發(fā)生微弱膨脹，更加劇儲(chǔ)集層滲透性的破壞。

二、酸化解堵理論模式的建立

由于儲(chǔ)集層中高嶺石占據(jù)了黏土礦物中的多數(shù)，因此酸化的有效性應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)易分散、遷移的高嶺石。依據(jù)礦物化學(xué)反應(yīng)原理和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果得到的數(shù)據(jù)，對(duì)主要有高嶺石充填的砂巖儲(chǔ)集層，有效的用酸步驟為:用3% ～5%濃度的NH4CL 前置注入儲(chǔ)集層，形成酸性無(wú)副作用介質(zhì)環(huán)境，并穩(wěn)定高嶺石。再用8%濃度配置的氟硼酸后置進(jìn)行針對(duì)高嶺石的緩慢補(bǔ)給性酸溶。這是一個(gè)氟硼酸水化分解自生氫氟酸的過(guò)程，當(dāng)前期酸液耗盡時(shí)，又有不斷從氟硼酸中分解的氫氟酸補(bǔ)給，直到氟硼酸耗盡為止，并進(jìn)一步固化黏土，擴(kuò)寬孔隙度。這一作用原理是因?yàn)闅浞釋?duì)顆粒的溶解效果優(yōu)于對(duì)高嶺石的溶解，如果一次性注入足夠量的氫氟酸，則會(huì)使顆粒骨架首先遭受破壞、而黏土溶解量很低。緩慢補(bǔ)給性酸溶是充分利用高嶺石較高的比表面積，以與酸液有很大的接觸面積抗衡酸液對(duì)顆粒的相對(duì)高溶解速度，達(dá)到在保護(hù)儲(chǔ)集層格架的同時(shí)改善儲(chǔ)集層孔隙率，緩速的作用在于顆粒始終得不到足夠的溶解酸液，而全部被黏土晶格占據(jù)［5］。

如果砂巖儲(chǔ)集層中單純存在綠泥石，則有效的用酸步驟為:用10% ～15%的鹽酸配適量異抗壞血酸(鐵螯合作用)注入儲(chǔ)集層，綠泥石被迅速溶解，在酸液耗盡之前(保持ph 值＜4)將反應(yīng)液與反應(yīng)物同時(shí)返排，擴(kuò)大儲(chǔ)集層孔隙率。當(dāng)酸液耗盡時(shí)，如沒(méi)有得到及時(shí)返排，隨著ph 值的回升，綠泥石中溶離出的鐵離子與氫氧根結(jié)合形成氫氧化鐵沉淀，有再次堵塞儲(chǔ)集層孔喉的可能，孔隙率有可能變得更低。但使用輔助劑異抗壞血酸，則可以抑制Fe2+、Fe3+的絡(luò)合沉淀。針對(duì)碳酸鹽膠結(jié)儲(chǔ)集層的酸化也可以使用該方法，但使用濃縮磷酸或氟磷酸深部緩蝕效果將會(huì)更好。儲(chǔ)集層如果得到有效酸溶擴(kuò)孔，則微量黏土發(fā)生的膨脹將不足以傷害儲(chǔ)集層。

根據(jù)上述原理，樊家油田樊128 井區(qū)Es3 砂巖油層的酸化方案應(yīng)設(shè)計(jì)為:一是利用3%NH4CL 洗井，在不引發(fā)黏土膨脹的同時(shí)，清除井底落物。洗井液的選配與后期用液在性質(zhì)上配伍;二是利用12%鹽酸添加適量檸檬酸(有抑制鐵離子沉淀之功效)前置注入地層，溶解斑塊狀膠結(jié)的碳酸鹽礦物，并力求無(wú)副產(chǎn)物生成;三是8%氟硼酸作為后置主體液注入儲(chǔ)集層，緩慢溶解高嶺石并穩(wěn)定大部分黏土微粒，添加適量異抗壞血酸防止綠泥石中溶離出的鐵離子發(fā)生沉淀;四是注液后根據(jù)反應(yīng)原理候凝3 小時(shí)為宜，不宜過(guò)長(zhǎng)，利用氣舉等方式返排，立即轉(zhuǎn)抽投產(chǎn)。排液速度對(duì)比速敏實(shí)驗(yàn)的臨界值3.5ml/min，即用12mm 油嘴抽吸日排量不超過(guò)15 方。

三、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果

對(duì)樊128 井區(qū)Es3 砂巖儲(chǔ)集層射孔試油時(shí)，普遍在工藝實(shí)施的當(dāng)時(shí)能夠求得一定產(chǎn)量，但減產(chǎn)速度極快，幾小時(shí)至數(shù)日內(nèi)就可減至工業(yè)品級(jí)以下，甚至無(wú)液產(chǎn)出。這一現(xiàn)象吻合了上述分析結(jié)論。

按酸化設(shè)計(jì)方案對(duì)樊128 -2 井儲(chǔ)集層實(shí)施改造后，當(dāng)日獲17t/d 高產(chǎn)工業(yè)油流，按照敏感性發(fā)生的臨界流速值大小，后調(diào)整為14t/d 的產(chǎn)出量，且實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)產(chǎn)的目的。

四、結(jié)語(yǔ)

多類雜基充填的低滲透砂巖油層，采用酸化措施改善其滲透性的方法應(yīng)視儲(chǔ)集層性質(zhì)而定。一般而言，針對(duì)儲(chǔ)集層巖石結(jié)構(gòu)與礦物成分的配置關(guān)系采用不同用酸分步酸蝕的方法常常奏效，且每一步酸溶的有效性一定要結(jié)合巖石孔喉骨架結(jié)構(gòu)的變化加以判斷。試圖尋求一種固定不變的、且長(zhǎng)期有效的砂巖酸化液是不科學(xué)的，這歸因于儲(chǔ)集層性質(zhì)的多變性。

［1］(美)M J 埃克諾米德斯，K G 諾爾蒂;康德泉，等譯.油藏增產(chǎn)措施［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1991:549 ～590

［2］張守鵬，李懷淵，張成玉，等.巖石微觀分析判識(shí)油層傷害的技術(shù)方法與應(yīng)用［J］.石油學(xué)報(bào)，2000，21(5):52 ～57

［3］張守鵬，王偉慶，夏云，等.提高油層滲透率的酸—巖作用原理與油層改造應(yīng)用實(shí)例［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2000，22(1):77 ～80