歐陽(yáng)傳湘，左晨曉，張智君，袁海龍

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院油氣鉆采工程湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中國(guó)石化河南油田分公司第一采油廠）

水平井氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)堵水實(shí)驗(yàn)研究

歐陽(yáng)傳湘1，左晨曉1，張智君1，袁海龍2

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院油氣鉆采工程湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中國(guó)石化河南油田分公司第一采油廠）

在油氣采收過(guò)程中，水平井比直井更容易出現(xiàn)產(chǎn)出液含水率過(guò)高的現(xiàn)象。水平井在低滲透率油氣田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用越來(lái)越普及，而針對(duì)水平井的特點(diǎn)，成熟的堵水方法和技術(shù)較少。通過(guò)對(duì)具有代表性的巖樣進(jìn)行氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，確定適用的氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)化學(xué)劑，并對(duì)其進(jìn)行熱穩(wěn)定性及地層配伍性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，建立可視水平井堵水物理模型，進(jìn)行氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑使用前后的對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，得到水侵量、水侵速度及含水率的變化特征曲線。研究表明，氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑堵水技術(shù)可用于水平井，可延緩見(jiàn)水時(shí)間，提高無(wú)水采收率，降低含水率。

水平井；潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)；堵水；含水率

0 引言

水平井堵水不像直井那樣可以區(qū)分出高滲層[1］、找出出水點(diǎn)，因此以前用于直井的堵水方法（水泥漿封堵、選擇性堵劑、非選擇性堵劑等）很難在水平井中得到很好的應(yīng)用[2］。針對(duì)這一問(wèn)題，筆者提出了一套水平井堵水的新技術(shù)——?dú)鉂?rùn)濕反轉(zhuǎn)技術(shù)。

潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)堵水的基本原理是通過(guò)向井底附近的巖石中注入無(wú)環(huán)境污染的化學(xué)劑，將井底附近油氣藏巖石的潤(rùn)濕性從水濕轉(zhuǎn)變?yōu)闅鉂瘢▽?duì)于氣藏）或油濕（對(duì)于油藏）。水由原來(lái)的潤(rùn)濕相變成了非潤(rùn)濕相，毛管壓力成為水進(jìn)入巖石的阻力[3］。水進(jìn)入井底附近的巖石必須克服一定的門(mén)坎壓力，當(dāng)生產(chǎn)壓差小于該門(mén)坎壓力時(shí)，水不能進(jìn)入井底，從而達(dá)到堵水的目的[4］。此時(shí)，即使生產(chǎn)壓差大于該門(mén)坎壓力，水能進(jìn)入井底，但侵入量卻大幅度降低，最終提高了油氣井的產(chǎn)量。該方法只是改變了井底附近巖石表面的潤(rùn)濕性，與常規(guī)堵水技術(shù)（堵塞毛細(xì)管、改變滲透率）不同（只堵水、不堵氣和油），它可以真正實(shí)現(xiàn)選擇性堵水。

1 潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)材料：巖心（滲透率為0.09 mD，孔隙度為7%，直徑為3.7 cm，長(zhǎng)度為3.9 cm）；模擬地層水（礦化度為70 000 mg/L）；WA15潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

當(dāng)巖石與水接觸時(shí)，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)天平的偏移量自動(dòng)計(jì)量吸入巖石中的水量，從而判斷巖石吸水率的大小。吸水量越小，堵水效果越好[5］。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)測(cè)定巖石潤(rùn)濕性改變前后的吸水率如圖1所示。

由圖1可知，該巖石潤(rùn)濕性改變前的吸水率高達(dá)70%，潤(rùn)濕性改變后的吸水率曲線與橫坐標(biāo)幾乎重合，即吸水率接近0。此現(xiàn)象表明，采用化學(xué)劑處理巖石后，巖石從水潤(rùn)濕變成了中等以上的氣潤(rùn)濕，水將無(wú)法自發(fā)地吸入巖石。因此WA15試劑能夠使巖石的潤(rùn)濕性從水濕變?yōu)闅鉂?。使用?rùn)濕反轉(zhuǎn)劑后，巖石的吸水率明顯下降。

圖1 巖石潤(rùn)濕性改變前后吸水率的變化Fig.1 Water absorption before and after the change of wettability

2 化學(xué)劑性能評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)前對(duì)潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑進(jìn)行確定，通過(guò)與常規(guī)潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑作大量的篩選比較，得出WA15潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑較其它潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑有著很大的優(yōu)越性：反轉(zhuǎn)能力強(qiáng)，界面張力小，在多孔介質(zhì)上的吸附量大，熱穩(wěn)定性好，與地層水的配伍性好，且對(duì)環(huán)境影響小，價(jià)格低廉。故實(shí)驗(yàn)中選用WA15作為潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑。

2.1 化學(xué)劑熱穩(wěn)定性

由于部分油氣藏的溫度很高，有的甚至超過(guò)160℃，因此對(duì)化學(xué)藥劑溫度穩(wěn)定性的要求很高[6］。大量應(yīng)用于石油工業(yè)的化學(xué)藥劑，包括一些表面活性劑，很難適用于高溫[7］。為此，對(duì)WA15化學(xué)藥劑有必要進(jìn)行溫度穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。

2.1.1 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將100 mL的WA15化學(xué)藥劑放入不銹鋼高壓容器內(nèi)。

（2）將不銹鋼高壓容器密封，再用氮?dú)饧訅褐? MPa。

（3）將不銹鋼高壓容器放進(jìn)恒溫箱內(nèi)，逐步將溫度升高到170℃（一般油藏溫度都低于170℃）。

（4）在該溫度下放置48 h后，取出WA15化學(xué)藥劑，重復(fù)自吸實(shí)驗(yàn)。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在170℃下放置48 h后的WA15化學(xué)藥劑仍然能夠改變巖石的潤(rùn)濕性，即潤(rùn)濕性改變后的吸水率為0。這些試驗(yàn)結(jié)果表明：WA15化學(xué)劑具有很好的溫度穩(wěn)定性，適用于高溫氣藏或油藏。

2.2 化學(xué)劑的地層配伍性

許多油氣藏中地層水的礦化度很高，大量應(yīng)用于油氣田的化學(xué)藥劑在高礦化度下對(duì)巖石潤(rùn)濕性改變效果不明顯[8］。本次采用礦化度為70 000 mg/L的模擬地層水進(jìn)行自吸試驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，WA15化學(xué)劑仍然能夠改變巖石的潤(rùn)濕性，說(shuō)明WA15化學(xué)劑具有較好的高礦化度穩(wěn)定性，適合于高礦化度的環(huán)境。

3 潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)堵水效果實(shí)驗(yàn)

3.1 水平井物理模型

圖2中，密封透明長(zhǎng)方體容器內(nèi)下層（深色）用粗砂填充，上層（淺色）用細(xì)砂填充，經(jīng)膠結(jié)壓實(shí)，使其孔隙度、滲透率等物性接近地層條件，模擬人工地層巖心。圖中彎管為水平井井眼軌跡，水平帶孔段為水平井射孔段，它與模擬巖心之間的接口處都是密封的，通過(guò)鉆不同的孔可以調(diào)節(jié)水平井的上下位置。容器的上下底面都是同樣的雙層結(jié)構(gòu)，上層為透明薄板，薄板中間開(kāi)有一圓孔，與貯水瓶間用軟管密閉連接；下層也是透明薄板，該板內(nèi)面縱向和橫向上布滿寬度很小的凹槽，在縱橫交錯(cuò)點(diǎn)處鉆有針孔大小的孔；上下板在邊緣處密閉。

圖2 可視水平井堵水物理模型示意圖Fig.2 Sketch map showing visual physical model of horizontal well water shutoff

3.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)所需的材料：用濃度為2%的化學(xué)劑溶液處理過(guò)的巖心樣品；天平；壓力傳感器；計(jì)算機(jī)。

3.3 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)中通過(guò)巖心的氣體采用氮?dú)?，水為蒸餾水。氮?dú)怛?qū)替水過(guò)程（氣驅(qū)水）：將天平一與巖心夾持器兩端相連，用于稱量驅(qū)替實(shí)驗(yàn)前后巖心的質(zhì)量，再將貯水燒瓶的一端連接巖心夾持器，另一端連接天平二，測(cè)量用氮?dú)怛?qū)替水時(shí)產(chǎn)液量的變化情況。水驅(qū)替氮?dú)膺^(guò)程（水驅(qū)氣）：用蒸餾水瓶置于巖心上部67 cm處以提供穩(wěn)定的壓差，并在貯氣瓶上裝一壓力傳感器，用于提供氣源壓力信號(hào)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將兩天平的信號(hào)與壓力傳感器提供的氣源信號(hào)傳到計(jì)算機(jī)上，并使用Labbview程序記錄數(shù)據(jù)并處理結(jié)果。

3.4 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）用濃度為2%的化學(xué)劑溶液處理巖心，關(guān)閉巖心所有的進(jìn)出口，靜置2 d，使巖心的潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)。

（2）用氮?dú)庀葘⒉糠只瘜W(xué)劑驅(qū)替出來(lái)，采用抽真空的辦法除去液體。

（3）抽真空飽和水。

（4）稱量沒(méi)有連接管線的巖心質(zhì)量m1。

（5）原始?xì)鈨?chǔ)量為50 mL起，依次改變儲(chǔ)量大?。?0 mL，100 mL，150 mL，200 mL），對(duì)巖心重復(fù)進(jìn)行“氣驅(qū)水”和“水驅(qū)氣”實(shí)驗(yàn)，每一次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后稱量不連接管線后的巖心質(zhì)量m2。

由巖心質(zhì)量的變化可以得到一定壓差下巖心水侵體積隨時(shí)間的變化以及巖心出口端的見(jiàn)水時(shí)間。

3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了研究氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑的堵水效果，分別在不添加和添加氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)化學(xué)劑的2種情況下進(jìn)行了水平井模擬生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，得到水侵量、水侵速度及含水率隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線（圖3至圖5），圖中Sgi為初始含氣飽和度。

由圖3至圖5可知，巖心經(jīng)過(guò)氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑處理后，水侵入產(chǎn)層的體積明顯減少，尤其在早期，水侵速度顯著減緩，巖心的見(jiàn)水時(shí)間由原來(lái)的320 s左右增加到410 s。表明氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑堵水技術(shù)可增加無(wú)水采收率。

圖3 累計(jì)水侵體積隨時(shí)間的變化Fig.3 Accumulated water influx varying with time

圖4 水侵入產(chǎn)層的速度隨時(shí)間的變化Fig.4 Water-invaded rate varying with time

圖5 含水率隨時(shí)間的變化Fig.5 Water cut varying with time

4 結(jié)論

（1）氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑WA15可以將巖石的潤(rùn)濕性從水濕轉(zhuǎn)變成氣潤(rùn)濕。

（2）潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑的堵水效果可以用于水平井的堵水試驗(yàn)，加入潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑后能有效減少水侵入量，延緩見(jiàn)水時(shí)間，降低含水率。

[1]王慶，劉慧卿，曹立迎.非均質(zhì)底水油藏水平井水淹規(guī)律研究[J］.巖性油氣藏，2010，22（1）：122-125.

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Experimental study on wetting transition water shutoff of horizontal well

OUYANG Chuan-xiang1， ZUO Chen-xiao1， ZHANG Zhi-jun1， YUAN Hai-long2
（1.Key Laboratory of Drilling and Exploitation Engineering for Oil and Gas in Hubei Province， College of Petroleum Engineering， Yangtze University， Jingzhou 434023， China； 2.No.1 Oil Production Plant， Henan Oilfield Company， Sinopec， Nanyang 474780， China）

The phenomenon of excessive water production in the horizontal well is more than that in vertical well.Horizontal well is becominguniversalized in the low-permeabilityoil and gas field development,but there are fewwater shutoff methods and techniques aimed at horizontal wells.By conducting the wetting transition experiment to typical rock sample,the applicable chemical gas wettingtransition agent is determined and the thermal stabilityand formation compatibility are studied.The visual physical model of horizontal well water shutoff is established,the experiments before and after the using of wetting transition agent are compared,and water influx,water influx rate and water cut characteristic curves are obtained.The experimental result shows that gas wetting agent technology of horizontal well water shutoffcan be used todelaybreakthrough time,improve water free recoveryand decline water cut.

horizontal well； wettingtransition； water shutoff； water cut

TE358+.3

A

1673-8926（2011）03-0106-04

2010-12-02；

2011-01-20

2005年中國(guó)石油天然氣股份有限公司項(xiàng)目（編號(hào)：050511-2-6）“科技風(fēng)險(xiǎn)創(chuàng)新研究項(xiàng)目計(jì)劃”資助。

歐陽(yáng)傳湘，1963年生，男，副教授，主要從事油藏工程和采油工程方面的研究工作。地址：（434023）湖北省荊州市南環(huán)路1號(hào)長(zhǎng)江大學(xué)東校區(qū)石油工程學(xué)院。E-mail：oycx@yangtzeu.edu.cn

楊琦）