黑山梁油區(qū)儲層敏感性及解堵作用研究

王小軍，陳 棟，甄 浩，郭志龍，趙 逸.

(延長油田股份有限公司杏子川釆油廠，陜西延安 717500)

注水開發(fā)是延長油田目前主要的開發(fā)方式。延長油田為國內(nèi)外典型的特—超低滲油藏，普遍具有低孔隙度、低滲透率的特性，其平均孔隙度為12.6%，平均滲透率為2.32 mD，平均孔喉半徑僅為0.37 μm。在施工作業(yè)時，一方面由于泥質(zhì)含量高、黏土礦物巖性復(fù)雜，注入水與地層的不配伍、注入水水質(zhì)等問題使得注水井附近的地層堵塞，導(dǎo)致注水井井口注入壓力高；另一方面，注水井需要經(jīng)過壓裂改造才能獲得良好的注入性，在措施作業(yè)時造成近井地帶污染，使得油層滲透率降低，注入能力下降，甚至出現(xiàn)注不進(jìn)的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響注水開發(fā)效果。目前注水井常見的污染因素有：回注水中的懸浮物、乳化油、細(xì)菌；無機(jī)垢沉淀、黏土礦物膨脹、顆粒運(yùn)移；多次酸化造成的水井近區(qū)過度溶蝕、地層骨架被破壞；緩蝕劑陽離子吸附、殘酸二次沉淀物；壓裂液殘?jiān)罢{(diào)驅(qū)劑殘余物等；致密低滲儲層還易產(chǎn)生水鎖傷害，蒙托石含量高的儲層易發(fā)生水敏傷害；綠泥石含量高的儲層易發(fā)生酸敏傷害；NaSO4型地層水易產(chǎn)生酸不溶硫酸鹽垢堵塞傷害等[1-6]。

酸化是實(shí)現(xiàn)注水井解堵的常用措施，常規(guī)酸化解堵技術(shù)酸巖反應(yīng)速率高，而且多數(shù)解堵技術(shù)只針對某一種堵塞物的解堵，而不能解除多種堵塞，解堵不徹底，不能從根本上解決水井堵塞問題，且解堵有效期短，效果差[7-15]。酸液解堵體系的組成是由被解堵油層的物性及污染堵塞類型和程度決定的[16-18]，不同油田不同區(qū)塊需要的解堵體系各有不同，研制出真正適合延長油田水井解堵的多氫緩速酸解堵工藝技術(shù)體系對延長油田的長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

2 儲層敏感性分析

研究區(qū)長6油層黏土礦物的組成部分主要有濁沸石、方解石、石英及菱鐵礦等，填隙物含量占比為6%～23%。從敏感性礦物含量分析來看，目標(biāo)區(qū)長6油層含有較多的綠泥石，可以與酸性溶液相互反應(yīng)甚至完全溶解，最終生成易于沉淀的凝膠形狀的氫氧化鐵，因此綠泥石是該油區(qū)重要的酸敏性礦物；其次為濁沸石礦物、長石、碳酸鹽等酸敏性礦物；高嶺石含量不高，因此速敏對儲層的傷害不嚴(yán)重。

2.1 儲層速敏性

研究區(qū)長6油層4塊巖樣的測試結(jié)果(表1)表明，樣品滲透率損害率小于50%，速敏程度較弱；室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要呈中等—偏弱速敏的現(xiàn)象。長6層位臨界流速為1.13 m/d，為防止因注入速度過大引起地層中黏土礦物顆粒的運(yùn)移，造成喉道堵塞和滲透率下降，長6層位注入速度應(yīng)小于1.13 m/d。

表1 儲層速敏試驗(yàn)Table 1 Reservoir velocity sensitivity test

2.2 儲層酸敏性

從研究區(qū)酸敏試驗(yàn)結(jié)果可以看出(表2)，長6儲層表現(xiàn)為中等酸敏，主要原因是長6儲層中綠泥石含量高達(dá)80%以上，因此，在酸化解堵時要預(yù)防酸敏對儲層的傷害，采用適合的解堵體系。

表2 儲層酸敏試驗(yàn)Table 2 Reservoir acid sensitivity test

2.3 儲層堿敏性

由于該區(qū)長6儲層含有長石砂巖、伊利石及綠泥石，因此，當(dāng)注入的工作液pH值較大時，引起黏土礦物產(chǎn)生解理，長石礦物發(fā)生溶解，致使黏土與長石結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞而產(chǎn)生沉淀，造成孔隙喉道的堵塞。根據(jù)研究區(qū)堿敏試驗(yàn)的結(jié)果(表3)可知，長6儲層pH值的臨界點(diǎn)為11.6，屬于中等和弱堿敏，因此注入水的pH值應(yīng)保持在臨界堿度值以上，防止造成堿敏。

表3 儲層堿敏試驗(yàn)Table 3 Reservoir alkali sensitivity test

2.4 儲層水敏性

通過對薄片鑒定資料分析可知，該區(qū)儲層主要為細(xì)小孔隙和微細(xì)喉道配置，喉道以片狀和管狀為主，儲層中伊/蒙間層主要以蜂窩狀分布于粒表或充填于孔隙中(圖1)。長6儲層伊/蒙混層相對含量為5.3%～12.7%。從室內(nèi)水敏試驗(yàn)結(jié)果(表4)可以看出，儲層主要呈弱—中等及偏弱水敏現(xiàn)象，因此，注入水的礦化度應(yīng)控制在49 817 mg/L以上。

表4 儲層水敏試驗(yàn)Table 4 Reservoir water sensitivity test

3 解堵作用分析

該技術(shù)現(xiàn)場的實(shí)施主要采用井下封隔器、水力錨、球座等工具，逐層實(shí)現(xiàn)解堵作業(yè)。具體流程是：通過采取投球加壓的方法，實(shí)現(xiàn)在不起用管柱的情況下，根據(jù)不同層段的敏感性和堵塞情況，采取不同解堵液對不同層位的分層解堵，改善吸水剖面，緩解層間矛盾，提高水驅(qū)波及體積和水驅(qū)效率，具有較好的效果，且施工效率高、成本低。

3.1 解堵機(jī)理分析

本次解堵液體系主要為多氫酸，多氫酸是一種新型砂巖油藏酸化體系，由有機(jī)磷酸與氟鹽復(fù)配所制成。其中有機(jī)磷酸可以逐級解離釋放H+，氟鹽可以電離出F-，二者結(jié)合生成HF，可溶蝕地層礦物，恢復(fù)或提高地層滲透率。多氫酸逐級電離方程式如下：

H5R=H4R-+H+

(1)

H4R-=H3R2-+H+

(2)

H3R2-=H2R3-+H+

(3)

H2R3-=HR4-+H+

(4)

HR4-=R5-+H+

(5)

其中H5R表示有機(jī)磷酸，R5-為磷酸基團(tuán)。

氟鹽主要使用氟化氫銨，存在兩步電離反應(yīng)：

(6)

(7)

多氫酸體系中HF的初始濃度較低，隨著酸巖反應(yīng)的進(jìn)行，該體系不斷地解離出新的H+和F-參與反應(yīng)，使酸液在地層中可以較長時間地保持活性，實(shí)現(xiàn)深部酸化的目的。多氫酸體系還可以在黏土礦物的表面形成一層磷酸硅鋁膜，防止膠結(jié)物被過度溶蝕。此外，體系中的有機(jī)磷酸對金屬離子(如Ca2+、Mg2+)具有較強(qiáng)的螯合能力，可以有效避免酸化中二次傷害的生成。

3.2 主要性能研究

3.2.1 多氫酸對石英的溶蝕率

多氫酸與土酸對石英的溶蝕率曲線如圖2所示。多氫酸體系的溶蝕率均隨時間的增加而逐漸增加，反應(yīng)可以長時間持續(xù)進(jìn)行，在12 h后仍具有一定的活性，表明其具有良好的緩速性能。

3.2.2 多氫酸對黏土的溶蝕率

多氫酸對黏土的溶蝕率曲線如圖3所示?？梢钥闯鐾了崤c黏土的反應(yīng)在2 h內(nèi)迅速進(jìn)行，6 h后反應(yīng)進(jìn)行完全，其對于黏土的溶蝕率明顯高于多氫酸。而多氫酸對黏土的溶蝕率隨時間緩慢上升，表明多氫酸對泥質(zhì)礦物的溶蝕速度較慢。

3.2.3 多氫酸對離子的螯合能力

表5為多氫酸對金屬離子的螯合值，可以看出，無論對于二價離子還是三價離子，多氫酸均具有較好的螯合能力，因此能夠有效抑制酸化過程中二次傷害的生成。

表5 多氫酸對金屬離子的螯合值Table 5 The chelation value of polyhydrogen acid to metal ions

4 現(xiàn)場實(shí)施效果

本次現(xiàn)場試驗(yàn)采用的緩速酸配方為：鹽酸12%+氫氟酸4%+起泡劑2%+緩劑蝕1%+黏土穩(wěn)定劑1%+鐵離子穩(wěn)定劑1.5%，施工過程如圖4所示。

北13-2注水井射孔段為1 179～1 184 m、1 234～1 240 m。該井2012年7月17日新井投注，注水壓力為12 MPa，配注量為8 m3；2015年12月壓力升高出現(xiàn)注不進(jìn)狀況，主要原因?yàn)樽⑺鸬慕貛Ф氯?017年3月27日對該井進(jìn)行低緩速酸分層增注技術(shù)試驗(yàn)，對1 179～1 184 m、1 234～1 240 m分為長2兩段解堵。施工日注水量平均為8.8 m3，該井施工后注水量達(dá)到配注要求，解堵效果良好(圖5)。

據(jù)吸水剖面測試數(shù)據(jù)(圖6、圖7)顯示可知：解堵前北13-2井3個層段僅有1段吸水，措施后3個層段均吸水，第一段吸水強(qiáng)度為3.7 m3/d，第二段吸水強(qiáng)度為4.2 m3/d，第三段吸水強(qiáng)度為2.2 m3/d，解堵增注效果明顯，提高了注水井吸水能力和縱向水驅(qū)波及體積。

5 結(jié)論及認(rèn)識

(1)針對黑山梁油區(qū)儲層堵塞、注不進(jìn)的問題，通過室內(nèi)敏感性分析，確定了該區(qū)儲層敏感性總體主要表現(xiàn)在中等偏弱速敏、弱水敏、中等偏強(qiáng)酸敏、弱堿敏。在此基礎(chǔ)上研制出了適合該區(qū)解堵的多氫酸緩速體系，對石英和黏土礦物的溶蝕率較好，對金屬離子鈣和鐵具有較好的螯合能力，在解堵的同時能夠有效抑制酸化過程中的二次傷害。

(2)黑山梁區(qū)塊10口注水井解堵作業(yè)措施成功率為100%，施工有效率達(dá)到70%以上，有效地提高了注水量，改善了吸水剖面，效果明顯，對類似油藏解堵增注具有一定的借鑒作用。