低滲油田注水過程中儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

楊成歐，王 榮

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450；2.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司，天津 300450）

1 低滲油田簡(jiǎn)介

低滲油田，指的就是油層滲透率較低的油藏，它的埋藏地點(diǎn)和周圍環(huán)境、地質(zhì)條件等因素都具有一定的特殊性，與目前我國大量開采的普通油田不同，它豐度低、產(chǎn)量低，且在油田服役一段時(shí)間后，更容易出現(xiàn)原油質(zhì)量大幅下降、綜合含水上升的問題。在我國油田的儲(chǔ)量中，占據(jù)最大比重的并非容易開采且產(chǎn)量高的普通油田，而是低滲透油田，其占據(jù)了我國總油田數(shù)量的六成以上，儲(chǔ)藏著我國半數(shù)以上的石油資源，若能夠?qū)ふ业礁雍侠淼拈_采方法、提高開采效率，就能夠有效緩解我國資源緊缺的問題，為國家工業(yè)發(fā)展帶來福音。在過去，我國在開采低滲油田時(shí)將其他油田的開采經(jīng)驗(yàn)照抄照搬，使用不成熟的技術(shù)，導(dǎo)致低滲油田普遍存在諸多問題，例如照搬普通油田的開采經(jīng)驗(yàn)，所建設(shè)的油田地面工程問題頻出，消耗大量維護(hù)成本，且會(huì)產(chǎn)生較大污染，使設(shè)備過快遭受腐蝕和發(fā)生老化、甚至報(bào)廢，嚴(yán)重縮短了使用壽命，這些都大大提升了我國低滲油田的開采成本，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，為國家?guī)碇T多經(jīng)濟(jì)損失，并且無法達(dá)到安全和穩(wěn)固的要求，提高了事故發(fā)生的概率。因此，必須在現(xiàn)有基礎(chǔ)上針對(duì)低滲油田的特點(diǎn)進(jìn)行研究，使用專門的技術(shù)來進(jìn)行開采工作，并對(duì)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，增添污染處理環(huán)節(jié)，盡可能地從源頭上減少污染、提高開采的效率，改善原油質(zhì)量，從而促進(jìn)我國工業(yè)的發(fā)展，為其他行業(yè)提供必要的能源。目前我國常用的開采方法都需要進(jìn)行注水提高滲透率。

2 注水技術(shù)的使用與儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)的重要性

2.1 水力壓裂技術(shù)

在過去，水力壓裂技術(shù)主要用于煤層氣井的開采，能夠提高產(chǎn)量，經(jīng)過大量實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)它也能夠在低滲透油田的開采工作中有良好的表現(xiàn)，起到重要作用。目前而言，水力壓裂技術(shù)是在低滲油田開采中所使用的歷史最為悠久、發(fā)展最為完善的一種方法，它在地面用高壓泵將大量壓裂液注入井中，從而使得井內(nèi)壓力大幅提升，并大于井壁所承受的地應(yīng)力，超出巖石能夠抵抗的張力范圍，將井底周圍的巖石壓出裂縫，并注入攜砂液擴(kuò)大裂縫，使其向著內(nèi)部延伸，最后在井口關(guān)閉后，能夠使井底周邊的地層中出現(xiàn)許多裂縫，為油田中的油氣流動(dòng)提供途徑，使之順利到達(dá)井底，方便進(jìn)行集中與開采。

2.2 超前注水技術(shù)

開采前進(jìn)行超前注水技術(shù)，向地層中注入大量水，能提高壓力，形成驅(qū)替機(jī)制，使得原油能夠在較大壓力的迫使下更快地從巖石和土的孔隙中通過，從而集中在固定區(qū)域，方便進(jìn)行開采，并提高出油率。低滲油田在服役一段時(shí)間后，隨著原油量的不斷減少，地層壓力會(huì)逐漸下降，原油不容易進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，油層中的孔隙減小，為開采工作帶來諸多不便。超前注水能夠減少堵塞和滯留現(xiàn)象，降低開采所需的成本、減少時(shí)間。

2.3 水平井技術(shù)

斜角較大、接近90°左右并且能夠在目標(biāo)地層中維持一定長度的油氣井被稱為水平井，開采低滲透油田時(shí)，在油層深處挖掘水平井能夠增加油氣的裸露面積，使其不必通過孔隙流動(dòng)，再通過注水增加內(nèi)部壓強(qiáng)，迫使油氣從井中溢出，完成開采工作。水平井的產(chǎn)能受到多種因素的制約，例如井本身的斜角和水平段位置、伸展長度等，還有注水時(shí)的速度，在實(shí)際開采過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行計(jì)算與斟酌，調(diào)整參數(shù)，提高開采效率。

2.4 儲(chǔ)層保護(hù)

低滲油田的儲(chǔ)層孔隙較小，互不連通，并且其中含有大量的膠結(jié)物質(zhì)，原油不容易通過孔隙，容易受到黏土水化膨脹等效應(yīng)的影響，因此開采的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通油田，壓裂液和鉆井液物質(zhì)在注入后起到的作用會(huì)被限制，開采工作人員不得不加大用量，導(dǎo)致成本提升。對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行維護(hù)，是開發(fā)低滲油田中十分重要的工作，它能夠?qū)τ蜌鈱拥奈恢眠M(jìn)行精準(zhǔn)判定，并較為有效地估算油氣層的儲(chǔ)量，減少試油、酸化、壓裂等流程的工作量，有利于對(duì)油層進(jìn)行更加合理的開采，確保穩(wěn)定性與安全性，提高低滲油田的生產(chǎn)能力，增加產(chǎn)油量，從而提高開采的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4.1 巖心分析

在開采低滲油田時(shí)，巖心分析是了解資源儲(chǔ)備的重要手段，同時(shí)也是進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)工作的基礎(chǔ)，是油氣層保護(hù)技術(shù)的開端，它指的是通過顯微技術(shù)、分光技術(shù)或者其他多樣化技術(shù)測(cè)定和評(píng)估油氣層周圍巖石的種類和成分、分布形式等因素，為保護(hù)技術(shù)的選擇和參數(shù)確定提供有效依據(jù)，同時(shí)它還能夠分析可能的損害類型、原因和具體情況，對(duì)油氣層中可能存在的安全隱患進(jìn)行探測(cè)與判斷，幫助工作人員提前進(jìn)行事故防范，了解儲(chǔ)集層的敏感性類型程度和原因，避免開采事故。它最主要的作用就是為油氣資源的開采工藝設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確有力的數(shù)據(jù)依據(jù)，對(duì)開采技術(shù)的選擇和鉆井位置、注水方式等參數(shù)的制定進(jìn)行引導(dǎo)，并為油氣層保護(hù)方案的規(guī)劃提供保障。

2.4.2 油氣層損害原理

低滲油田中，在井筒附近的區(qū)域，由于開采作業(yè)的影響或者化學(xué)物質(zhì)的腐蝕、微生物分解作用或者熱力侵蝕等，可能導(dǎo)致油氣層發(fā)生損害，其損害機(jī)理就是在各種物理化學(xué)作用下，儲(chǔ)物層孔隙結(jié)構(gòu)變化，數(shù)量減少，大小也發(fā)生變化，導(dǎo)致油田滲透率下降。

3 低滲油田注水過程中儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)詳解

3.1 低滲油田注水后水中的成分分析

3.1.1 細(xì)菌

低滲油田中含有的污染性物質(zhì)種類較多，其中有許多油脂成分，還會(huì)有一些致病微生物，其中少量的營養(yǎng)成分能夠被自然界微生物自行降解，也有一些微生物不會(huì)大肆繁殖、破壞環(huán)境，但諸如硫酸鹽還原菌等，則具有很大危害。在低滲油田長期的開發(fā)過程中，由于自然選擇作用，它們對(duì)高溫和高壓的耐受度逐漸提升，能夠在高礦化度環(huán)境正常生存，注水后環(huán)境中氧氣減少，含硫物質(zhì)在水的作用下聚集，為硫酸鹽還原菌的生長提供適宜環(huán)境。開采時(shí)，低滲油田的含硫物質(zhì)會(huì)被氧化成為最高價(jià)的硫酸鹽，硫酸鹽還原菌則能夠?qū)ζ溥M(jìn)行還原，獲取能量，進(jìn)行生長和繁殖。它們通常會(huì)在水流流速較為緩慢或者不流動(dòng)的區(qū)域大量存在，例如在水流速度低的注水管和排水管道中、原油的儲(chǔ)存容器中或者一些設(shè)備和油氣井中結(jié)垢位置、有機(jī)物質(zhì)殘?jiān)鹊?。它們繁殖時(shí)會(huì)使得周圍pH降低，腐蝕設(shè)備，造成開采事故，另外，它們代謝活動(dòng)產(chǎn)生的廢棄物還具有凝集作用，會(huì)形成黑色黏稠物質(zhì)，降低管道的流通性，甚至將其堵塞。水中還存在其他種類的細(xì)菌，與硫酸鹽還原菌相互促進(jìn)，例如腐生菌，它能夠分解有機(jī)物獲得養(yǎng)料和能量，在大量繁殖時(shí)，會(huì)分泌許多黏液，加劇電化學(xué)腐蝕，增強(qiáng)環(huán)境酸性，腐蝕設(shè)備內(nèi)壁，造成水質(zhì)惡化。鐵細(xì)菌也是低滲油田中普遍存在的一種微生物，能夠?qū)⒍r(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵，還可與錳等金屬進(jìn)行反應(yīng)，獲取能量，并排出具有一定黏性的廢棄物形成泥垢，為菌落的固定提供便利條件，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備堵塞。它們喜微酸性環(huán)境，硫酸鹽還原菌和腐生菌都能為它創(chuàng)造適宜的生長條件，含有大量鐵細(xì)菌的水較為渾濁且散發(fā)出異味。

3.1.2 結(jié)垢物質(zhì)

在水中存在的大量結(jié)垢物質(zhì)，可能會(huì)凝結(jié)在一起，導(dǎo)致管道內(nèi)壁的堵塞，致使爆管事故的發(fā)生，并且它還會(huì)降低氣體和水體的接觸面，若是進(jìn)入到燃煤注氣鍋爐中，就會(huì)降低熱交換效率，使得開采時(shí)所需消耗的能源物質(zhì)大大增加。

3.1.3 腐蝕性物質(zhì)

低滲油田中還大量存在著氯化物、硫酸鹽等具有腐蝕性的酸性物質(zhì)，注水后它們會(huì)隨著水流移動(dòng)，腐蝕金屬設(shè)備和管道，若是缺乏妥善處理，導(dǎo)致微小損傷累積，就會(huì)使得設(shè)備穿孔報(bào)廢。

3.2 污染物控制技術(shù)

在注水過程中，油田污水對(duì)于注水系統(tǒng)的影響十分嚴(yán)重，尤其是其中的某些細(xì)菌和容易凝集的物質(zhì)，很容易造成堵塞和設(shè)備腐蝕，另外所產(chǎn)生的污水也需要進(jìn)行一定的處理，不可直接排放，這些都大幅提高了生產(chǎn)升本，因此應(yīng)當(dāng)使用污染物控制技術(shù)，有效處理水中的某些物質(zhì)，降低開采所需耗費(fèi)的資金。首先，在注水過程中應(yīng)當(dāng)定期取樣，對(duì)各個(gè)注水系統(tǒng)、管道中的成分進(jìn)行定量檢驗(yàn)，分析微生物和污染物質(zhì)的種類和數(shù)量，為污染物的控制和消除提供有力依據(jù)。過去我國低滲油田中所使用的細(xì)菌檢測(cè)技術(shù)存在一定問題，例如可能在低溫環(huán)境下檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)，然而當(dāng)溫度升高到30℃左右時(shí)，微生物就會(huì)大量繁殖。

3.2.1 殺菌劑

使用殺菌劑對(duì)微生物進(jìn)行處理，能夠減少水中的雜質(zhì)，保護(hù)儲(chǔ)氣層。根據(jù)組分來分析，如今市面上使用的殺菌劑分為氧化還原類型和非氧化還原類型兩種。前者作用強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短但需要在堿性環(huán)境下作用，并且可能腐蝕金屬，還對(duì)環(huán)境具有較強(qiáng)的污染作用；后者則一般不會(huì)腐蝕設(shè)備，污染相對(duì)也較小，因此應(yīng)盡量使用非氧化還原殺菌劑?，F(xiàn)在常用的有季銨鹽類殺菌劑和多功能新式殺菌劑，效果較強(qiáng)、污染小、性質(zhì)穩(wěn)定。

3.2.2 阻垢劑

常用阻垢劑為有機(jī)磷系列阻垢劑和聚羧酸類阻垢分散劑。前者能夠與鈣鎂離子等結(jié)合并進(jìn)行分散，阻止其聚合形成污垢，并使得碳酸鹽的晶核作用喪失，使其轉(zhuǎn)化為疏松物質(zhì)，能夠隨水流移動(dòng)；后者則能夠?qū)⒑泄腆w的泥沙進(jìn)行分散，抑制多種污垢的產(chǎn)生，水溶性強(qiáng)，且不會(huì)產(chǎn)生污染，能夠直接排放到環(huán)境中。

3.2.3 緩蝕劑

常用緩蝕劑有多種類型，能夠以不同方式在金屬表面形成保護(hù)膜，但氧化膜型緩蝕劑使用不慎反而會(huì)使得腐蝕更加嚴(yán)重，沉淀膜型緩蝕劑的效果一般，形成的保護(hù)膜不均勻且存在孔隙，因此還應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)，斟酌使用。

3.3 精細(xì)過濾技術(shù)

油氣層受損的一大重要來源就是外來固體顆粒造成的堵塞，想要有效保護(hù)油氣層，并確保注入的水能夠順利流動(dòng)，就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行精細(xì)過濾，減少固體顆粒物的含量，從而避免孔喉堵塞。大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，如今在低滲油田中較為實(shí)用的過濾裝備為雙濾料過濾設(shè)備和微空管過濾設(shè)備。

4 結(jié)語

提升低滲油田的開采技術(shù)刻不容緩，它能夠有效緩解我國資源緊缺問題，提高開采效率，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)收益。在低滲油田注水過程中，容易對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行破壞，因此需要端正態(tài)度，提高重視，引入新的技術(shù)加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)，控制固體顆粒物的數(shù)量與污染物數(shù)量，保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。