低滲油田儲層堵塞機(jī)理及泡沫酸化學(xué)解堵

董小剛 賀雪紅

摘 ? ? ?要：低滲儲層多次酸化解堵后酸化效果變差，為實(shí)現(xiàn)深度酸化提高儲層酸化作用效果，通過巖心薄片及掃描電鏡分析了儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，通過實(shí)驗(yàn)研究了儲層巖心水敏、速敏和酸敏性。結(jié)果表明：研究區(qū)儲層黏土礦物中伊利石含量較高，巖樣孔喉半徑小，滲透性較差，存在中等偏強(qiáng)水敏、中等偏弱速敏、酸敏性損害的情況。利用巖心酸蝕實(shí)驗(yàn)配比出緩速酸1.5%+氟化銨0.5%+鹽酸15%作為泡沫酸主體酸液，酸蝕率達(dá)到15.6%，并優(yōu)選出非離子起泡劑作為表面活性劑，并驗(yàn)證了其具有較好的抗鹽和抗油性能。

關(guān) ?鍵 ?詞：低滲儲層;儲層堵塞;緩速酸;泡沫酸;地層酸化

中圖分類號：TE357 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）10-2243-04

Abstract： In order to achieve deep acidification and improve the effect of reservoir acidification， the micro pore structure characteristics of the reservoir were analyzed by core slice and SEM. The water sensitivity， velocity sensitivity and acid sensitivity of the reservoir core were studied by experiments. The results showed that the illite content in the clay minerals of the reservoir was high， the pore throat radius of the rock sample was small， and the permeability was poor. There were moderate to strong water sensitivity， moderate to weak speed sensitivity and acid sensitivity damages. Through the core acid etching experiment， the retarded acid 1.5%+ ammonium fluoride 0.5%+ hydrochloric acid 15% was determined as the main acid of the foam acid， the etching rate reached 15.6%， and the nonionic foaming agent was selected as the surfactant.

Key words：Low permeability reservoir; Reservoir blockage; Retarded acid; Foam acid; Formation acidification

延長油田靖邊采油廠所屬部分區(qū)塊目前利用常規(guī)酸化改善儲層物性，經(jīng)過多次實(shí)施后儲層酸化效果逐漸變差，并給地層帶來了一定的傷害[1]。通過前期的研究表明，儲層黏土礦物含量較高，孔隙度及滲透率極低，酸化及注水過程由于儲層敏感性因素影響，黏土礦物膨脹及顆粒運(yùn)移，造成儲層物性變差，產(chǎn)液量大大降低，影響油田注水開發(fā)效果[2]。以往傳統(tǒng)地層酸化主要采用土酸酸液體系，由于土酸強(qiáng)酸性會導(dǎo)致儲層巖石格架的破壞，導(dǎo)致儲層孔隙堵塞，鹽酸溶蝕掉儲層中的鈣質(zhì)膠結(jié)物及綠泥石膠結(jié)物，而對其余膠結(jié)物的溶蝕效果一般，無法形成更好的酸蝕效果[3]。近幾年，優(yōu)化了酸液體系，采用了緩蝕酸，即在土酸的基礎(chǔ)上弱化了HF和地層巖石反應(yīng)的速率，降低了對巖心格架的損害，在酸蝕作用上有了進(jìn)一步的提升[4-5]。

泡沫酸作為近年來研發(fā)出的新型酸液體系，是將空氣、氮?dú)獾葰怏w注入酸液體系中并形成泡沫，使得酸液體系成為一種分散體系。針對已經(jīng)經(jīng)過多次酸化改造的低滲儲層，采用泡沫酸液體系能起到更為有效的作用[6]，具有酸液作用距離長、注入地層液壓力低、液體黏度高、反排后地層殘液少、地層傷害小等優(yōu)勢[7-9]。本文在緩速酸的基礎(chǔ)上加入了起泡劑等添加劑，配置出了一種酸液泡沫分散體系，不僅能保留緩速酸的深度酸化功能，還改善了酸液的性質(zhì)，對多次實(shí)施酸化作業(yè)的地層具有較好的應(yīng)用潛力[10]。

1 ?儲層堵塞機(jī)理

1.1 ?儲層微觀特征及堵塞類型

對于低滲儲層而言儲層傷害主要有兩種類型：一種是由于液相的侵入造成的儲層傷害，另一種是固體顆粒進(jìn)入地層后造成的儲層堵塞。因此，在分析儲層堵塞產(chǎn)生的原因時(shí)，需要分析儲層孔隙結(jié)構(gòu)類型、膠結(jié)物、黏土礦物等[11]。

選取研究區(qū)儲層巖樣進(jìn)行薄片分析（每塊取6個(gè)不同測試點(diǎn)），分析現(xiàn)場巖心總體特征：構(gòu)造、巖石總體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、膠結(jié)方式、孔隙充填方式、裂縫發(fā)育情況等。結(jié)果表明，巖石具中粒砂狀結(jié)構(gòu)。碎屑以中粒砂級碎屑為主，細(xì)粒、粗粒砂級碎屑次之，極細(xì)粒砂級碎屑較少，分選性中等，磨圓度較好（次圓狀為主，次棱角狀為輔），個(gè)別黑云母顆粒較大。碎屑成分為石英、長石、巖屑和黑云母，其中巖屑以酸性噴出巖、變質(zhì)石英巖、泥（頁）巖、石英砂巖巖屑為主，長石主要為斜長石，斜長石多被鐵白云石交代呈殘晶狀。碎屑礦物成熟度較低，碎屑的次生蝕變?yōu)殚L石碎屑的鐵白云石化，黑云母綠泥石化。膠結(jié)類型為接觸式膠結(jié)（泥質(zhì)）、再生膠結(jié)（硅質(zhì)）?？紫吨饕獮榱ｉg溶孔，石英顆粒邊緣港灣狀或參差狀（圖1）。

選取砂巖巖樣，通過進(jìn)行掃描電鏡分析巖心內(nèi)黏土礦物組成及微觀結(jié)構(gòu)特征。分析表明，砂巖膠結(jié)致密，存在大量黏土礦物;巖石孔隙、裂縫微發(fā)育，存在較多溶蝕孔，孔中填充有黏土礦物（圖2）。

綜合分析掃描電鏡結(jié)果可知，研究區(qū)塊致密砂巖儲層巖石膠結(jié)致密，孔隙、裂縫微發(fā)育，為典型低孔低滲儲層。巖石存在較多黏土礦物，儲層孔隙填充有黏土礦物，顆粒表面共生高嶺石、伊利石、少量伊/蒙混層等敏感性礦物，可知巖石應(yīng)存在速敏性、水敏性等。

液相損害產(chǎn)生的原因?yàn)閮訋r心的水敏傷害，同時(shí)也受到注入地層流體速度影響，當(dāng)流體中含有懸浮顆粒，流體在較高速度流動過程產(chǎn)生剪切力，過多的顆粒造成了孔隙的堵塞。巖心水敏損害受4個(gè)方面影響：黏土礦物含量及分布，儲層自身孔隙大小，外來流體鹽、堿性，以及地層壓力改變時(shí)儲層孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化。

固相顆粒造成的儲層堵塞根據(jù)顆粒類型分為無機(jī)物堵塞和有機(jī)物堵塞兩種。無機(jī)堵塞物包括鉆井液、完井液、注入水中含油的顆粒，以及注入水與地層巖心礦物形成的碳酸鈣、硫酸鈣沉淀等無機(jī)垢。有機(jī)堵塞物包括石蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等原油中析出的物質(zhì)，造成儲層孔隙喉道堵塞，另外還有厭氧細(xì)菌在地層中大量繁殖造成油層的堵塞。

1.2 ?油水井堵塞特征

通過對研究區(qū)多次酸化作業(yè)后的注水開發(fā)油井返排結(jié)垢物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)性質(zhì)分析，結(jié)果表明，堵塞物以蠟質(zhì)、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)為主，有機(jī)物和無機(jī)物并存，成分較為復(fù)雜（表1）。

堵塞物在地層內(nèi)的分布半徑主要趨于近井地帶，根據(jù)完井方式的不同略有差別，裸眼完井堵塞區(qū)域相比射孔完井更為密集，但射孔完井堵塞物在射孔孔眼更容易堆積。

2 ?儲層敏感性分析

2.1 ?水敏性實(shí)驗(yàn)

按照SY/T 5358—2002《儲層敏感性流動實(shí)驗(yàn)評價(jià)方法》，對水敏性進(jìn)行評價(jià)[12]。由水敏指數(shù)評價(jià)巖心水敏性，水敏指數(shù)由下式計(jì)算：

通過對研究區(qū)致密儲層巖心的水敏性評價(jià)實(shí)驗(yàn)可知，隨著實(shí)驗(yàn)流體礦化度不斷降低，巖樣滲透率不斷下降，當(dāng)流體礦化度降至10 000 mg·L-1時(shí)，巖樣滲透率損害率均超過20%，當(dāng)流體礦化度為0時(shí)，滲透率損害率在50%～70%，屬于中等偏強(qiáng)水敏損害（圖3）。

2.2 ?速敏性實(shí)驗(yàn)

按照SY/T 5358—2010《儲層敏感性流動實(shí)驗(yàn)評價(jià)方法》，對單相鹽水的流速敏感性進(jìn)行評價(jià)。由速敏引起的滲透率變化率由下式計(jì)算：

通過對研究區(qū)致密儲層現(xiàn)場巖心的速敏性評價(jià)實(shí)驗(yàn)可知，隨驅(qū)替流體流速不斷增大，巖心滲透率逐漸降低。當(dāng)流速為0.75 mL·min-1時(shí)，巖心滲透率下降幅度超過20%，因此確定臨界流量為 ? ? ?0.50 mL·min-1。當(dāng)流速為6 mL·min-1時(shí)，滲透率損害率最大，在30%～50%，故屬于中等偏弱速敏性損害（圖4）。

2.3 ?酸敏性實(shí)驗(yàn)

酸敏性評價(jià)實(shí)驗(yàn)包括一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸（15%HCl）和土酸（12%HCl+3%HF）的敏感性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)流程為：用與地層水相同礦化度的氯化鉀鹽水正向測基礎(chǔ)滲透率;反向注入0.5～1.0 PV倍數(shù)的鹽酸或者土酸，停驅(qū)替泵模擬關(guān)井1 h;用氯化鉀鹽水正向測出滲透率。

2.3.1 ?鹽酸敏感性評價(jià)實(shí)驗(yàn)

研究區(qū)致密儲層現(xiàn)場巖心在通鹽酸后，巖心滲透率降低，滲透率降低率為45.8%，故該巖心存在中等偏弱鹽酸敏感性損害（圖5）。

2.3.2 ?土酸敏感性評價(jià)實(shí)驗(yàn)

研究區(qū)塊致密儲層現(xiàn)場巖心通土酸后巖心滲透率急劇下降，滲透率損害率為55.7%，該巖心為中等偏強(qiáng)土酸敏感性損害（圖6）。

3 ?泡沫酸解堵實(shí)驗(yàn)

新型泡沫酸液體系包括主體酸（鹽酸、緩速酸）和起泡劑，在緩速酸的基礎(chǔ)上加入起泡劑后使得注入地層的酸液泡沫中攜帶HF、緩速酸一起進(jìn)入地層更深部位，實(shí)現(xiàn)深度酸化功能，起泡劑同時(shí)也能起到酸化作用后協(xié)助返排的作用。

3.1 ?主體酸液配比

實(shí)驗(yàn)過程采用緩速酸、氟化銨、鹽酸不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行配比，然后將配比得到的混合酸液與巖心反應(yīng)，模擬地層溫度50 ℃環(huán)境下反應(yīng)4 h，然后將巖心烘干稱重，分析巖心在3種酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比下的溶蝕率，配比質(zhì)量分?jǐn)?shù)及溶蝕率結(jié)果見表2。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組3配方：緩速酸1.5%+氟化銨0.5%+鹽酸15%對巖心溶蝕率最高，達(dá)到了15.6%。

3.2 ?氣相選擇

目前泡沫酸液中考慮到成本問題一般采用空氣、氮?dú)夂投趸細(xì)怏w作為混合氣注入酸液中，而由于空氣中含有大量氧氣成分，地層內(nèi)原油及天然氣為易燃易爆流體，考慮到安全風(fēng)險(xiǎn)因素，采用惰性氣體最佳，而二氧化碳注入地層后于溶于地層水，產(chǎn)生碳酸根及碳酸氫根，與地層水中鈣離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，將會造成儲層堵塞。因此，最終選擇氮?dú)庾鳛榛旌先胨嵋褐械臍庀?，制取方法為現(xiàn)場酸化過程設(shè)置制氮車進(jìn)行現(xiàn)場制氮。

3.3 ?起泡劑優(yōu)選

起泡劑性能決定了泡沫的穩(wěn)定性，起泡劑在酸液配置過程通過攪動形成大量的混合泡沫，泡沫攜帶酸液注入地層。起泡劑選優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)為是否適合所選的主體酸液體系，以及形成的泡沫穩(wěn)定性的好壞。選擇目前常用的幾種起泡劑：陰離子型、陽離子型和非離子型，分別評價(jià)這3種起泡劑在上述配比主體酸液中的起泡性能。同時(shí)為分析注入地層后混合酸液及泡沫與地層巖石和地層水混合后，受地層鹽性和地層含油的影響，造成起泡性能改變，實(shí)驗(yàn)分別分析了加入12 000 mg·L-1礦化度模擬地層水，以及加入原油后起泡能力，結(jié)果見表3，反映出非離子型起泡劑具有更好的起泡性能。

4 ?結(jié) 論

1）研究區(qū)儲層存在中等偏弱速敏，臨界流速為0.5 mL·min-1，儲層具有中等偏強(qiáng)水敏性損害和中等偏弱鹽酸敏性損害、中等偏強(qiáng)土酸敏性損害。

2）通過實(shí)驗(yàn)分析，配置出緩速酸1.5%+氟化銨0.5%+鹽酸15%+非離子起泡劑的泡沫酸酸液體系，發(fā)泡性能良好，具有較好的抗鹽和抗油性能。

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