塔里木油田“三高”致密砂巖氣藏防/解水鎖技術(shù)

安志杰

遼河油田公司鉆采工藝研究院

近年來，天然氣的開發(fā)領(lǐng)域主要集中在致密砂巖氣藏［1-3]，由于該類氣藏供流體流動(dòng)的孔喉較小，孔徑基本為微米級(jí)，孔隙結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，當(dāng)鉆井液、完井液、修井液等外來水相流體侵入儲(chǔ)層孔隙后，在水氣接觸面上存在氣體流向井筒必須克服的毛細(xì)管力［4-8]，若儲(chǔ)層驅(qū)動(dòng)壓力不足以克服這一壓力時(shí)，就會(huì)形成水鎖效應(yīng)［9-10]。低滲透氣藏一旦發(fā)生水鎖效應(yīng)，引起的滲透率傷害達(dá)70%以上，可使低滲透氣藏的產(chǎn)量降至原來的1/3 以下［11-13]。塔里木油田天然氣探明儲(chǔ)量的67.35%都存在于致密砂巖，而庫車山前包括克深、庫車、克拉和迪那四大主要產(chǎn)氣區(qū)塊屬于高溫、高鹽、高壓致密砂巖氣藏，平均溫度150 ℃、地層水礦化度20×104mg/L、平均壓力系數(shù)1.6、平均孔隙度5.03%、平均滲透率0.25×10-3μm2。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，部分氣井由于井底積液或者作業(yè)過程中流體的侵入已經(jīng)發(fā)生水鎖效應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)量大幅度下降，降低了油氣開發(fā)采收率。目前，致密砂巖水鎖解除的方法主要采用化學(xué)法［14]，現(xiàn)場使用效果較好，但是藥劑的耐溫和耐鹽性較差，根據(jù)塔里木油田的實(shí)際情況，在充分了解引起水鎖因素［15-16]的基礎(chǔ)上，篩選復(fù)配了耐溫、耐鹽的高效防/解水鎖劑，有效防止和解除水鎖效應(yīng)對(duì)地層滲透率的傷害，恢復(fù)地層滲透率及氣井原有的產(chǎn)能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

表/界面張力測試儀(上海盈諾精密儀器有限公司)、低滲巖心流動(dòng)試驗(yàn)儀(江蘇易用科技有限公司)、恒溫干燥箱(南京蘇恩瑞干燥設(shè)備有限公司)、電子天平(賽多利斯科學(xué)儀器有限公司)、加熱磁力攪拌器(上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司)等。

非離子表面活性劑改性烷基糖苷、非離子氟碳表面活性劑、甲醇、地層水(水質(zhì)分析見表1)、天然巖心(2.5 cm×3.6 cm)等。

表 1 地層水主要離子含量 mg/L Table 1 Contents of the main ions in the formation water

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 巖心自吸實(shí)驗(yàn)［17]

(1)測定巖心的氣測滲透率和干重；(2)將巖心抽真空飽和地層水，得出巖心孔隙體積；(3)將巖心清潔、干燥，稱取干重后用膠帶密封巖心側(cè)面，將其懸掛于鐵架臺(tái)上；(4)打開電子天平，將裝有地層水的燒杯放置于電子天平上，讀數(shù)清零；(5)調(diào)節(jié)鐵架臺(tái)，使巖心底部接觸液面，同時(shí)開始計(jì)時(shí)并記錄電子天平讀數(shù)變化，直到電子天平讀數(shù)保持不變；(6)然后將巖心抽真空飽和防/解水鎖劑后再烘干，重復(fù)步驟(2)～(4)，記錄巖心質(zhì)量變化與自吸時(shí)間的關(guān)系。

1.2.2 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

(1)用地層水飽和巖心，用氮?dú)庠诓煌瑝毫ο买?qū)替，分別測定其滲透率；(2)記錄每個(gè)壓力下的氣測滲透率，每個(gè)壓力保持30 min，若無液體流出，則跳躍至下一壓力；如有液體流出，則保持壓力2 h，記錄氣測滲透率；(3)用防/解水鎖劑反向飽和巖心，放置24 h；(4)重復(fù)步驟(1)、(2)。

1.2.3 液相滯留實(shí)驗(yàn)

(1)測定巖心的氣測滲透率和干重；(2)將巖心放置于測試溶液(地層水、防/解水鎖劑)中，抽真空飽和，稱量飽和后巖心質(zhì)量；(3)然后將飽和后的巖心置于巖心夾持器中，用氮?dú)庠诓煌膲毫ο买?qū)替巖心中的液體，同時(shí)測定巖心在不同壓力驅(qū)替后的氣測滲透率，稱量巖心在不同壓力驅(qū)替后的質(zhì)量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 防/解水鎖劑的復(fù)配

在塔里木油田庫車山前構(gòu)造帶儲(chǔ)層高溫、高鹽特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選取了耐溫、耐鹽并且表面活性高的表面活性劑改性烷基糖苷(A)和氟碳表面活性劑(B)，與揮發(fā)性和具有表面活性的甲醇(C)進(jìn)行正交復(fù)配實(shí)驗(yàn)，以表面張力為主要依據(jù)來優(yōu)選各個(gè)藥劑的最優(yōu)濃度，結(jié)果見表2 和表3。從表3 中數(shù)據(jù)和正交實(shí)驗(yàn)算法得出，復(fù)配溶液中三組分的最優(yōu)濃度組合為A2+B4+C2，即0.1%改性烷基糖苷+0.02%氟碳表面活性劑+4%甲醇。

2.2 巖心自吸實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

按照1.3.1 中實(shí)驗(yàn)方法，選取滲透率相近的2 塊巖心進(jìn)行自吸實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，通過測定處理前后巖心自吸含水量的變化，可以評(píng)價(jià)復(fù)配藥劑對(duì)巖心潤濕性的改變效果，結(jié)果見圖1。

表 2 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平Table 2 Factor level of orthogonal experiment

表 3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal experimental result

圖 1 32 號(hào)巖心(k=0.417×10-3 μm2)自吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig. 1 Imbibition experimental result of No.32 core(k=0.417×10-3 μm2)

從圖1 可以看出，(1)巖心隨著自吸時(shí)間的增加，巖心含水飽和度曲線呈現(xiàn)先急劇上升后逐漸趨于平緩；(2)巖心用藥劑處理后，巖心的自吸速度有所減緩，并且含水飽和度大幅度下降。原因在于［18]，復(fù)配藥劑具有較好的吸附性，處理后巖心孔隙表面吸附了一層藥劑薄膜，降低了巖心內(nèi)部毛細(xì)管力，改變了巖心內(nèi)部的潤濕性，對(duì)巖心潤濕性反轉(zhuǎn)改善效果較好。

2.3 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

按照1.3.2 中實(shí)驗(yàn)方法，選取滲透率不同的4 塊巖心，在溫度為60 ℃和不同驅(qū)替壓力下對(duì)處理前后巖心進(jìn)行氣測滲透率測定，評(píng)價(jià)復(fù)配藥劑提高巖心滲流的能力，結(jié)果見表4、圖2。

從表4 和圖2 可以看出，隨著驅(qū)替壓力的增大，巖心氣測滲透率也隨之增大；在相同驅(qū)替壓力下，藥劑處理后巖心的氣測滲透率大幅度增加，改進(jìn)系數(shù)基本在1.0 以上，效果較好。原因在于：對(duì)于親水致密砂巖巖心，當(dāng)氣相驅(qū)動(dòng)液相時(shí)，會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)管阻力，當(dāng)增大壓力時(shí)，驅(qū)替壓力可以克服一部分毛細(xì)管力，驅(qū)出一部分水，使得巖心氣測滲透率增大；用藥劑處理后的巖心，表面活性劑吸附在巖心孔隙表面，降低了氣液表面張力，在相同壓力下，可進(jìn)一步驅(qū)出剩余水，另外甲醇在揮發(fā)過程中也攜帶出部分水，使得巖心滲透率增大，降低水鎖程度。

表 4 處理前后巖心在不同壓力下氣測滲透率Table 4 Gas log permeability of the cores under different pressures before and after the treatment

圖 2 39 號(hào)巖心的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)過程Fig. 2 Displacement experiment process of No.39 core

2.4 液相滯留實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

按照1.3.3 中實(shí)驗(yàn)方法，選取33 號(hào)(3.65×10-3μm2)和52 號(hào)(3.76×10-3μm2) 2 塊巖心，在溫度為60 ℃和不同驅(qū)替壓力下對(duì)處理前后巖心進(jìn)行氣測滲透率和含水飽和度測定，評(píng)價(jià)復(fù)配藥劑對(duì)巖心排液時(shí)間的影響，結(jié)果見圖3、圖4。

圖 3 不同驅(qū)替壓力下巖心的含水飽和度Fig. 3 Water saturation of the core under different displacement pressures

圖 4 不同驅(qū)替壓力下巖心的氣測滲透率Fig. 4 Gas log permeability of the core under different displacement pressures

從圖3 和圖4 可以看出，隨著驅(qū)替壓力的增大，巖心含水飽和度逐漸下降，滲透率逐漸上升至平緩；相同驅(qū)替壓力下，復(fù)配藥劑飽和后的巖心含水飽和度相對(duì)較小，滲透率相對(duì)較大。原因在于：在親水地層中，復(fù)配藥劑溶液與氣的表面張力小，毛管阻力小，根據(jù)公式 t=4μl2/(Δpr2-2σrcosθ)可以得出在驅(qū)替壓差Δp 作用下氣體從半徑為r 的毛管中線性驅(qū)替長為L 的液柱時(shí)間會(huì)縮短，使得巖心的含水飽和度小和滲透率增大，減輕了水鎖效應(yīng)。

3 結(jié)論

(1)針對(duì)塔里木油田儲(chǔ)層特點(diǎn)，在優(yōu)選現(xiàn)有藥劑的基礎(chǔ)上，通過正交實(shí)驗(yàn)得出適合于特殊儲(chǔ)層的復(fù)配體系：0.1%改性烷基糖苷+0.02%氟碳表面活性劑+4%甲醇。

(2)復(fù)配體系具有較好的吸附性、揮發(fā)性和表面活性，吸附在巖心孔隙表面，可降低巖心毛細(xì)管力，使得處理后的巖心自吸速度和自吸量大幅度下降，提高了巖心的滲流能力，降低了巖心內(nèi)外來液體的排液時(shí)間，減輕了水鎖效應(yīng)。

(3)該復(fù)配體系的研制成功，對(duì)致密砂巖氣藏生產(chǎn)井防/解水鎖施工作業(yè)可提供一定的技術(shù)支撐。