強(qiáng)水敏低滲油藏酸化防膨研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

呂毓剛 潘海燕 鄔國(guó)棟 周明 張櫨丹 張鋒

1.晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.中國(guó)石油新疆油田公司開(kāi)發(fā)公司 3.中國(guó)石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院 4.西南石油大學(xué)材料學(xué)院 5.中國(guó)石油新疆油田公司采氣一廠

在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，酸化是保持儲(chǔ)層能量、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)的一項(xiàng)重要措施。黏土礦物一直是解除儲(chǔ)層傷害研究的關(guān)鍵，尤其是蒙脫石和伊蒙混層礦物具有很強(qiáng)的水化膨脹能力，對(duì)強(qiáng)水敏儲(chǔ)層造成難以估計(jì)的傷害[1-3]。因此，在酸化過(guò)程中，有針對(duì)性地篩選出適合油田地層特點(diǎn)的黏土防膨劑，減少儲(chǔ)層的水敏傷害，對(duì)改善特高含水后期油藏開(kāi)發(fā)效果和提高老油田采收率有非常重要的意義[4-6]。

通過(guò)對(duì)石西油田低滲油藏強(qiáng)水敏地層潛在傷害類(lèi)型的分析，首先通過(guò)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出防膨劑和助劑，并確定防膨劑和助劑的用量，然后通過(guò)動(dòng)態(tài)的巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)防膨劑的防膨處理效果[7-9]。

針對(duì)石西油田低滲油藏強(qiáng)水敏儲(chǔ)層特征，酸化效果不理想，酸化后注入性未得到改善，分析原因是殘余酸液導(dǎo)致地層黏土礦物膨脹而引起的。國(guó)內(nèi)外對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題的解決措施是在酸液中加入防膨劑，但采用此方法并未有效抑制黏土礦物膨脹。采用水與醇的混合液配液，防膨效果能達(dá)到油田防膨指標(biāo)的要求。

1 藥品與儀器

實(shí)驗(yàn)藥品：氯化鉀、三氯化鋁、氫氧化鉀、CTAB(十二烷基三甲基溴化銨)、XH-F3(XH-F3防膨劑是由KL無(wú)機(jī)鹽和SL陽(yáng)離子表面活性劑組成的復(fù)合防膨劑)、SB-2(兩性離子防膨劑)、鹽酸、 氫氧化鈉、甲醇、無(wú)水乙醇、煤油、柴油以及P110型鋼片(50 mm×25 mm×2 mm)。

實(shí)驗(yàn)儀器： 游標(biāo)卡尺、NP-01頁(yè)巖膨脹儀、恒溫箱、電子天平、 巖心夾持器、 微量注射泵、 回壓閥、燒杯、量筒等。

2 實(shí)驗(yàn)方法與步驟

采用某油藏Y59-3-5井天然巖心、天然巖屑、注入水和防膨劑及其他藥品進(jìn)行評(píng)價(jià)。室內(nèi)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行了防膨率、破碎率、腐蝕率及配伍性的測(cè)定；動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定滲透率的變化，以評(píng)價(jià)防膨效果。

2.1 防膨率

按SY/T 5971-1994 《注水用黏土穩(wěn)定劑性能評(píng)價(jià)方法》測(cè)定防彭劑的防膨率。

2.2 破碎率

將Y59-3-5井天然巖心放入藥劑中浸泡48 h，然后放入20目(840 μm)篩網(wǎng)中，用清水沖冼30 min，烘干、稱(chēng)量，由此評(píng)價(jià)不同濃度下藥劑在巖心上吸附效果，測(cè)定巖心破碎率。

2.3 配伍性

配伍性按SY/T 5107-2005《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行測(cè)定。

3 結(jié)果與分析

3.1 防膨性能評(píng)價(jià)

3.1.1防膨劑的篩選

根據(jù)某油田某區(qū)塊低滲強(qiáng)水敏性的特點(diǎn)，充分考慮到注入性問(wèn)題，選取了XH-F3、SB-2、KCl、AlCl3、KOH、CTAB等小分子的黏土防膨劑，防膨率見(jiàn)表1。由表1可看出，3%(w)的XH-F3和3%(w)的SB-2防膨效果顯著。其中，XH-F3的效果尤為明顯，防膨率接近80%。XH-F3防膨劑是由KL無(wú)機(jī)鹽和SL陽(yáng)離子表面活性劑組成的復(fù)合防膨劑，兼有短期防膨和長(zhǎng)期防膨的效果。原因主要是季銨陽(yáng)離子與金屬絡(luò)合離子牢固地吸附在黏土顆粒上，中和了黏土粒子負(fù)電荷，減弱水化及分散趨勢(shì)。同時(shí)，疏水的吸附膜有效地阻止了自由水分子與黏土粒子的接觸，抑制了黏土顆粒的水化膨脹[10-12]，極大地降低了對(duì)儲(chǔ)層的傷害。但未達(dá)到一般油田對(duì)防膨的要求(如該油田防膨率要求達(dá)90%以上)。通過(guò)靜態(tài)防膨?qū)嶒?yàn)結(jié)果可知，單一地加入防膨劑難以滿足油田需要。

表1 采用靜態(tài)防膨?qū)嶒?yàn)初選防膨劑(注入水)Table 1 Selection of anti-swelling agent by static anti-swelling experiment (using injection water)防膨劑2 h后的膨脹率/%24 h后的膨脹率/%防膨率/%注入水(空白樣)21.4625.093%(w)KCl9.6611.0951.582%(w)KCl+1%(w)CTAB8.229.7859.443%(w)XH-F34.405.1479.723%(w)SB-27.658.6563.123%(w)KOH8.039.6715.853%(w)AlCl312.5912.5944.49

3.1.2乙醇提高防膨效果

為了滿足油田的防膨需求，在加入3% (w)XH-F3防膨劑的條件下，采用注入水、乙醇與注入水體積比分別1∶5、1∶4、1∶3、1∶2、1∶1的6個(gè)樣，測(cè)定防膨率，結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可看出，隨著乙醇與注入水體積比的增加，防膨率增加。當(dāng)乙醇與注入水體積比為1∶5時(shí)，防膨率達(dá)到了84.12%，未達(dá)到油田防膨要求。當(dāng)乙醇與注入水體積比為1∶4時(shí)，防膨率達(dá)到了92.34%，滿足油田防膨要求。 進(jìn)一步增加乙醇與注入水體積比，防膨率增加不多。因而，認(rèn)為乙醇與注入水的最佳體積比為1∶4。這與其他一般添加少量普通的防膨劑在醇水中有比較好的防膨效果不一樣，主要是由于大量的蒙脫石和伊-蒙混層導(dǎo)致在單一地層水中防膨效果不明顯，只有既減少水進(jìn)入儲(chǔ)層，同時(shí)抑制儲(chǔ)層伊-蒙混層膨脹，才能共同提高防膨效果。

表2 乙醇與注入水配比對(duì)防膨率的影響Table 2 Effect of the ratio of ethanol and injected water on the anti-swelling rate 乙醇與注入水體積比2 h后的膨脹率/%24 h后的膨脹率/%防膨率/%注入水4.405.1479.721∶53.554.5484.121∶42.702.2292.341∶32.542.0993.981∶22.381.9794.651∶12.351.9794.65

以下實(shí)驗(yàn)均以3% (w)XH-F3防膨劑、乙醇與注入水體積比為1∶4的溶液作為母液進(jìn)行。

3.2 破碎率

破碎率實(shí)驗(yàn)主要用于評(píng)價(jià)溶液對(duì)黏土的穩(wěn)定效果，以及對(duì)多孔介質(zhì)端面的堵塞效應(yīng)。破碎率的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可看出，油藏的雙二段地層巖心在防膨劑溶液的浸泡實(shí)驗(yàn)中破碎率損失很小?？偟恼f(shuō)來(lái)，隨著防膨劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，破碎率下降。3%(w)～4%(w)XH-F3防膨劑的巖心破碎率較小，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，采用3%(w)的XH-F3防膨劑。

表3 不同濃度的防膨劑對(duì)巖心破碎率的影響Table 3 Effect of different concentration of anti-swelling agent on core breaking rate防膨劑w/%時(shí)間/h浸泡前巖心質(zhì)量/g浸泡后巖心質(zhì)量/g破碎率/%清水486.235 46.213 60.350XH-F32486.398 56.386 70.184XH-F33484.532 74.531 00.038XH-F34485.631 25.629 70.027

3.3 配伍性的測(cè)定

XH-F3溶液與地層水、注入水、15 %(w) HCl、l % (w)NaOH 的配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可知，XH-F3分別與地層水、注入水、酸液及堿液混合后，未見(jiàn)任何沉淀和懸浮物，且溶液清澈透明，表現(xiàn)出較好的配伍性。

表4 XH-F3的配伍性實(shí)驗(yàn)Table 4 XH-F3 compatibility experiment藥劑地層水注入水15 %(w)HCl1%(w)NaOHXH-F3良好良好良好良好

3.4 動(dòng)態(tài)防膨?qū)嶒?yàn)

將巖心做成標(biāo)準(zhǔn)巖心塊，然后將其膠結(jié)在巖心筒中，飽和地層水，然后注藥劑溶液或注入地層水，測(cè)試其滲透率的變化，評(píng)價(jià)防膨劑溶液的防膨效果，結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1可看出，注10 PV注入水時(shí)，強(qiáng)水敏油藏地層巖心滲透率迅速下降；3(w)%XH-F3的醇水混合溶液注入10 PV時(shí)，滲透率損失較小。該結(jié)果與靜態(tài)防膨?qū)嶒?yàn)結(jié)果是一致的。

綜上所述，單一加入防膨劑，防膨效果達(dá)不到該油田防膨率要求。在醇、注入水的混合液中加入防膨劑，動(dòng)態(tài)防膨?qū)嶒?yàn)與靜態(tài)防膨?qū)嶒?yàn)結(jié)果均表明，防膨率可達(dá)90%以上，防膨效果良好。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

石西油田某低滲強(qiáng)水敏水井K106，分別對(duì)應(yīng) 2 口油井，生產(chǎn)近4年后注水井注水困難，需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)酸化解堵試驗(yàn)。首先用90 ℃熱水循環(huán)洗出井中的蠟塊和死油，再注入防膨液溶液(3%(w)XH-F3防膨劑、乙醇與現(xiàn)場(chǎng)注入水體積比1∶4、15 %(w)的HCl)。擠注過(guò)程中壓力平穩(wěn)，注入排量3～5 m3/h，注入壓力維持在 25.0 ～27.0 MPa。

于 2015 年 6 月15日進(jìn)行酸化解堵，注入該防膨型酸液共60 m3，返排液51.5 m3，酸化后注入壓力降為20.0～22.0 MPa，注入水量由1.5 m3/h提高至10～15 m3/h，達(dá)到了防止黏土礦物膨脹和近井地帶酸化解堵的目的。

5 結(jié) 論

(1) 適合石西油田強(qiáng)水敏地層的防膨液配方為： 3%(w)XH-F3防膨劑、乙醇與注入水體積比1∶4，防膨率達(dá)92.34 %。

(2) 該防膨型醇水混合液的防膨效果好、腐蝕低、破碎率低、配伍性好。

(3) 在石西油田注入該防膨型醇水配制的酸液，酸化后注入壓力大大下降，注水量增加3～5倍，達(dá)到了防止黏土礦物膨脹，實(shí)現(xiàn)近井地帶酸化解堵的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳利霞. 低滲油田注水防膨技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 內(nèi)蒙古石油化工, 2015(3): 105-107.

[2] 丁申影, 喻海峰, 賈菲, 等. 強(qiáng)水敏油藏防膨技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 鉆采工藝, 2016, 39(2): 108-110.

[3] 謝建勇, 石彥, 羅鴻成, 等. 準(zhǔn)東吉7井區(qū)注水井酸化預(yù)處理防膨技術(shù)[J]. 新疆石油地質(zhì), 2017, 38(4): 466-469.

[4] 謝娟, 郭慧穎, 高燕. 壓裂液用高效胺類(lèi)復(fù)合型防膨劑的性能研究[J]. 應(yīng)用化工, 2015， 44(11): 2040-2042.

[5] 楊海博, 武云云. 海上某油田防膨劑的篩選與評(píng)價(jià)[J]. 海洋石油, 2012, 32(2): 54-58.

[6] 馬驍. 蒸汽吞吐伴注防膨劑技術(shù)在敏感性稠油油藏中應(yīng)用試驗(yàn)[J]. 內(nèi)蒙古石油化工, 2012(9): 137-139.

[7] 郭宏峰, 李翔, 常振, 等. 注水井復(fù)合防膨工藝的研究與應(yīng)用[J]. 中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量, 2017, 37(3): 109-110.

[8] MUTAZ E, DAFALLA M A. Chemical analysis and X-ray diffraction assessment of stabilized expansive soils[J]. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2014, 73(4): 1063-1072.

[9] ZHAO H, GE L, PETRY T M, et al. Effects of chemical stabilizers on an expansive clay[J]. Ksce Journal of Civil Engineering, 2014, 18(4): 1009-1017.

[10] 楊海博, 武云云, 王贊. 海上油田注水處理用黏土防膨劑的室內(nèi)篩選[J]. 石油與天然氣化工， 2012, 41(3): 304-307.

[11] 張軒, 黃志宇, 李雯. 新型雙子季銨鹽的合成及黏土防膨性能評(píng)價(jià)[J]. 石油與天然氣化工， 2012, 41(1): 90-91.

[12] 張健, 張黎明, 李健, 等. 新型耐溫防膨劑的合成與性能研究[J]. 石油與天然氣化工, 1999, 28(3): 203-204.