趙 攀 ，魏江偉 ，張 明

1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院 （陜西 西安 710065）

2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采油廠 （陜西 西安 710200）

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司姬塬油田 （以下簡(jiǎn)稱姬塬油田）位于鄂爾多斯盆地中部偏西北，區(qū)域構(gòu)造上橫跨天環(huán)坳陷和陜北斜坡，晚三疊世西北部的鹽定三角洲、東北部的安邊三角洲與西部的環(huán)縣三角洲在此交匯，其主力生油層為延長(zhǎng)組。目前已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)原油300萬(wàn)t，是長(zhǎng)慶油田實(shí)現(xiàn)5 000萬(wàn)t目標(biāo)的重要資源基礎(chǔ)。

1 儲(chǔ)層傷害特征分析

儲(chǔ)層傷害是指在儲(chǔ)層打開(kāi)及其隨后的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，各種人為因素對(duì)儲(chǔ)層自然供液能力的損傷。引起儲(chǔ)層傷害的原因主要來(lái)自2個(gè)方面：一是由于外來(lái)流體與地層流體的不配伍，從而造成乳化堵塞、無(wú)機(jī)結(jié)垢堵塞、有機(jī)結(jié)垢堵塞，以及地層內(nèi)固相沉淀的堵塞；二是外來(lái)固相顆粒的侵入造成孔喉的堵塞，工作濾液侵入及不配伍的注入流體造成的傷害，微粒運(yùn)移以及細(xì)菌的堵塞等[1-3]。

1.1 儲(chǔ)層地質(zhì)特征導(dǎo)致的潛在傷害

根據(jù)對(duì)姬塬油田延長(zhǎng)組儲(chǔ)層的地質(zhì)特征分析，儲(chǔ)層傷害的潛在因素主要有以下幾個(gè)方面。

1.1.1 儲(chǔ)層中粘土礦物及其敏感性的潛在傷害

在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，粘土礦物是導(dǎo)致油層傷害的重要潛在因素。常見(jiàn)的粘土礦物有蒙脫石、高嶺石、伊利石、綠泥石和混合層。由于它們自身的特性，使其在一定的外來(lái)因素的作用下對(duì)油層產(chǎn)生傷害。

姬塬油田長(zhǎng)2儲(chǔ)層填隙物平均含量11.96%，主要含高嶺石、鐵方解石、綠泥石；長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層填隙物含量為15.9%，以鐵方解石、方解石和高嶺石為主，其次為綠泥石和硅質(zhì)；長(zhǎng)8儲(chǔ)層中的粘土礦物主要為自生綠泥石，以及少量自生高嶺石和伊利石。高嶺石在絮流、高速流及壓力劇烈波動(dòng)的條件下，在油層內(nèi)發(fā)生遷移，堵塞喉道。此外，綠泥石等酸敏性礦物與酸反應(yīng)不完全時(shí)，其殘余微粒也可以在油層內(nèi)發(fā)生遷移，造成喉道的堵塞。對(duì)長(zhǎng)8儲(chǔ)層選擇了具有代表性的巖樣，進(jìn)行了敏感性分析，結(jié)果見(jiàn)表1、表2。長(zhǎng)8儲(chǔ)層存在弱速敏、弱水敏、弱酸敏、弱堿敏、中偏弱應(yīng)力敏感。

1.1.2 孔隙結(jié)構(gòu)的潛在傷害

姬塬油田延長(zhǎng)組儲(chǔ)層屬低滲-特低滲儲(chǔ)層，其中長(zhǎng)2儲(chǔ)層喉道半徑中值0.38μm，屬中-小孔細(xì)喉型孔隙結(jié)構(gòu)；長(zhǎng)4+5及長(zhǎng)8儲(chǔ)層喉道半徑中值0.26μm，屬小孔細(xì)-微細(xì)喉型孔隙結(jié)構(gòu)。 姬塬油田延長(zhǎng)組儲(chǔ)層喉道半徑中值較小，在鉆井、完井及開(kāi)發(fā)過(guò)程中，微細(xì)固相顆粒進(jìn)入油層造成孔喉堵塞，鉆井液、完井液、壓裂液侵入與地層束縛水不配伍時(shí)，可造成沉淀或水鎖效應(yīng)，尤其是在長(zhǎng)4+5及長(zhǎng)8儲(chǔ)層。

表1 長(zhǎng)8儲(chǔ)層水敏評(píng)價(jià)結(jié)果

表2 長(zhǎng)8儲(chǔ)層酸敏評(píng)價(jià)結(jié)果

1.1.3 地層流體的潛在傷害

姬塬油田長(zhǎng)8儲(chǔ)層地層水的總礦化度較低,但長(zhǎng)2及長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層地層水的礦化度較高（超過(guò)60 g/L），溶解有大量的Ca2+、Mg2+等離子。在鉆采過(guò)程中，隨著溫度、壓力的下降以及水中溶解的天然氣的逸出，原有的化學(xué)平衡將會(huì)被打破，導(dǎo)致CaCO3等無(wú)機(jī)結(jié)垢的形成。延長(zhǎng)組部分油井的原油含蠟量較高，在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，若注入流體的pH值較高及溫度較低，將引起瀝青從原油中析出。若注入流體的溫度大大低于油層溫度，將導(dǎo)致石蠟從原油中沉淀出來(lái)，形成有機(jī)結(jié)垢。

1.2 注水開(kāi)發(fā)導(dǎo)致的潛在傷害

姬塬油田延長(zhǎng)組均采用注水提高采收率，隨著注水年限的增加，部分地區(qū)注入水已波及到油井近井地帶，由于注入水的不配伍性及水中懸浮物影響，對(duì)油井近井地帶儲(chǔ)層造成傷害[3]。

1.2.1 注入水與儲(chǔ)層流體不配伍產(chǎn)生的無(wú)機(jī)垢沉淀堵塞地層

當(dāng)注入水與地層水不配伍時(shí)，在水驅(qū)前緣混合后會(huì)產(chǎn)生地層結(jié)垢現(xiàn)象，垢導(dǎo)致孔壁、喉道變小和堵塞喉道，引起滲透率下降。

水分析結(jié)果表明，注入水為Na2SO4水型，地層水為CaCl2水型。注入水中SO42-含量均在1 200mg/L左右，HCO3-含量均在200mg/L以上；地層水中Ca2+含量在3 000mg/L以上，Ba2++Sr2+含量在10mg/L左右。在注水過(guò)程中在地層會(huì)產(chǎn)生鈣垢，同時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生少量鋇垢。隨著注水期的增長(zhǎng)，地層中的結(jié)垢情況越來(lái)越嚴(yán)重，這些固體顆粒嚴(yán)重堵塞地層，導(dǎo)致了油井產(chǎn)量降低。

1.2.2 注入水與儲(chǔ)層巖石不配伍引起的粘土礦物膨脹或運(yùn)移損害地層

注入水與儲(chǔ)層巖石不配伍性主要體現(xiàn)在水敏及速敏傷害。水敏產(chǎn)生的儲(chǔ)層傷害往往是十分嚴(yán)重的，并且難以恢復(fù)。速敏則主要由于注水強(qiáng)度過(guò)大或操作不穩(wěn)定引起的粘土礦物及孔道內(nèi)本身微粒運(yùn)移堵塞孔喉，導(dǎo)致滲透率下降。

用蒸餾水、D2#-60井和D1#-25井的注入水水樣對(duì)巖心進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用巖心為姬塬油田長(zhǎng)8巖心，粉碎后過(guò)0.15mm（100目）篩網(wǎng)、烘干，在25MPa下維持15min壓制成片，使用HTP-2型高溫高壓頁(yè)巖膨脹儀測(cè)量巖心在不同介質(zhì)中的膨脹結(jié)果。實(shí)驗(yàn)溫度80℃，實(shí)驗(yàn)壓力3.5MPa，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出，2#-60井和1#-25井的注入水樣品在不做處理的情況下，粘土防膨能力較小，注入水水樣膨脹率均在80%左右。

表3 注入水粘土膨脹結(jié)果 /(h·mm-1)

1.2.3 注入水中的懸浮物造成的傷害

注入水中的懸浮物主要包括注水系統(tǒng)的腐蝕產(chǎn)物、細(xì)菌、乳化油滴、固相微粒等。這些懸浮物可分為油溶性和酸溶性，其堵塞地層的形式宏觀表現(xiàn)為外部濾餅和內(nèi)部濾餅，油滴與微粒并存比單一微粒對(duì)底層的傷害更為嚴(yán)重。隨著油田不斷開(kāi)發(fā)，姬塬油田污水回注比較普遍，這就要求對(duì)水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格處理，降低由于水質(zhì)原因?qū)е碌膬?chǔ)層傷害。

1.3 壓裂改造導(dǎo)致的潛在傷害

1.3.1 壓裂液濾失滯留對(duì)儲(chǔ)層的傷害

姬塬油田延長(zhǎng)組儲(chǔ)層屬低滲-特低滲儲(chǔ)層，其中長(zhǎng)2儲(chǔ)層喉道半徑中值0.38μm，屬中-小孔細(xì)喉型孔隙結(jié)構(gòu)；長(zhǎng)4+5及長(zhǎng)8儲(chǔ)層喉道半徑中值0.26μm，屬小孔細(xì)-微細(xì)喉型孔隙結(jié)構(gòu)。壓裂液中稠化劑在孔隙介質(zhì)中的滯留，會(huì)改變孔隙結(jié)構(gòu)，降低滲透率，引起儲(chǔ)層損害。大分子物質(zhì)滯留的主要方式有3種：即吸附滯留、機(jī)械捕集和水力滯留。其中最主要的是吸附滯留。

1.3.2 壓裂液中水不溶物對(duì)裂縫壁面的傷害

為降低壓裂液在施工過(guò)程中的濾失，提高壓裂液效率，壓裂液中會(huì)存在一定量的水不溶物，水不溶物含量及粒徑分布是形成致密濾餅的關(guān)鍵，因此水不溶物是控制壓裂液濾失的重要因素[4]。

在形成濾餅提高壓裂液效率的同時(shí)也會(huì)對(duì)裂縫壁面造成傷害。采用人造巖心及天然巖心，進(jìn)行壓裂液水不溶物侵入深度研究。巖心鉆成Φ25mm，長(zhǎng)35～45mm的圓柱體，試驗(yàn)流體有胍膠離心液、凍膠壓裂液，試驗(yàn)不同水不溶物含量的液體對(duì)巖心的傷害，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4、表5。

表4 人造巖心試驗(yàn)結(jié)果

表5 天然巖心試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出：①濾餅是引起壓裂液傷害因素之一，試驗(yàn)中觀察到含有水不溶物的壓裂液在相同壓力擠入下，巖心端面形成的濾餅比離心液的較致密，產(chǎn)生的傷害較大；②壓裂液對(duì)巖心的傷害在滲透率大于40×10-3μm2時(shí)主要集中在裂縫壁面的<10mm處；而在滲透率為3×10-3μm2以下時(shí)傷害主要集中在裂縫壁面的<2mm處，傷害程度較淺；③滲透率低的巖芯傷害率較小，滲透率較高的巖芯傷害率相對(duì)大一些。滲透率高的巖心傷害較大是由于水不溶物侵入較深和較多造成的，濾液造成的傷害是次要因素。而低滲透巖心水不溶物侵入較淺和量少，且濾液也侵入量小，所以傷害較小。

隨著時(shí)間的推移，隊(duì)員們不但發(fā)力正確了，而且動(dòng)作整齊，慢慢還學(xué)會(huì)了變換隊(duì)形，想進(jìn)想退都很隨意，顯示出良好的協(xié)調(diào)性。

1.3.3 壓裂液破膠殘?jiān)鼘?duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力的傷害

壓裂液殘?jiān)怯绊懼瘟芽p導(dǎo)流能力的關(guān)鍵因素之一，殘?jiān)恐饕c所用稠化劑中的水不溶物含量和壓裂液配方體系的破膠性能有關(guān)。在60℃破膠后，姬塬油田現(xiàn)用胍膠壓裂液的殘?jiān)鼮椋?80～560mg/L。殘?jiān)牧椒植家?jiàn)表6，其粒度均值88.23μm。

表6 壓裂液殘?jiān)牧椒植冀Y(jié)果 /μm

根據(jù)殘?jiān)椒植冀Y(jié)果可以明顯看出，在姬塬油田延長(zhǎng)組油井壓裂后，殘?jiān)⒉粫?huì)進(jìn)入地層，但大粒徑的殘?jiān)鼤?huì)對(duì)支撐裂縫造成傷害。

采用 0.45～0.9mm 的陶粒，按 5kg/m2、10kg/m2的鋪砂濃度形成裂縫，模擬閉合壓力為30MPa，實(shí)驗(yàn)泵排量分別為 4.5、5.5、6.5、7.5、8.5、9.5mL/min。 測(cè)量流體為蒸餾水。將配置好的胍膠壓裂液分為離心液、10%殘?jiān)骸?0%殘?jiān)?，分別在不同實(shí)驗(yàn)時(shí)倒入裝有支撐劑的實(shí)驗(yàn)槽內(nèi)，用液壓機(jī)加壓至規(guī)定的閉合壓力，以模擬壓裂液的濾失過(guò)程，并破膠1h后開(kāi)始測(cè)試其導(dǎo)流能力，每個(gè)流量測(cè)試點(diǎn)相距0.25h。

在實(shí)驗(yàn)儀器上進(jìn)行了不同殘?jiān)繉?duì)填砂裂縫導(dǎo)流能力的影響，結(jié)果見(jiàn)表7。

根據(jù)壓裂液殘?jiān)繉?duì)填砂裂縫導(dǎo)流能力影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，殘?jiān)吭礁?，造成的填砂裂縫傷害越大，而且鋪砂濃度越高，傷害程度越大。對(duì)于不含殘?jiān)碾x心液交聯(lián)的凍膠壓裂液與空白相比，也造成一定程度的傷害，這可能與壓裂液破膠不徹底及在閉合壓力下凍膠壓裂液形成濃縮物有關(guān)。

表7 不同殘?jiān)繉?duì)填砂裂縫導(dǎo)流能力的影響

2 儲(chǔ)層傷害解決對(duì)策

要求酸液有一定的溶蝕能力解除結(jié)垢堵塞物，能抑制酸渣2次沉淀產(chǎn)生減少儲(chǔ)層孔喉堵塞，酸液有一定的緩速能力能減緩酸液與儲(chǔ)層礦物反應(yīng)速度增大酸液波及范圍,對(duì)儲(chǔ)層基質(zhì)傷害率小能改善老人工裂縫基質(zhì)滲透率,提高新人工裂縫基質(zhì)滲透率。

2）由于壓裂液濾失導(dǎo)致的高分子聚合物吸附及壓裂液中不溶物濾失造成的裂縫壁面滲透率傷害，這種情況出現(xiàn)在壓裂改造過(guò)程中。建議采用轉(zhuǎn)向酸化或酸壓來(lái)進(jìn)行補(bǔ)救。盡管壓裂后形成的濾餅作用會(huì)降低酸液的濾失，但是普通酸液在突破一個(gè)點(diǎn)后會(huì)大量濾失，影響酸液對(duì)裂縫的全面改造效果。通過(guò)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向劑或酸液自轉(zhuǎn)向來(lái)改變注酸流動(dòng)剖面，就可以有效地提高酸液在裂縫中的作用距離。

要求酸液有轉(zhuǎn)向或自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能，通過(guò)減少酸液“指進(jìn)”現(xiàn)象到達(dá)裂縫內(nèi)均勻布酸。通過(guò)更低的濾失系數(shù)減少酸液在裂縫內(nèi)單點(diǎn)損失，通過(guò)更強(qiáng)的溶蝕能力溝通原有裂縫(孔喉)通道的堵塞物及前期多次酸化產(chǎn)生副產(chǎn)物，提高儲(chǔ)層整體導(dǎo)流能力。

3）由于流體沖刷作用，儲(chǔ)層中小顆粒的填隙物不斷脫落進(jìn)入裂縫及壓裂液殘?jiān)扔绊?，部分脫落物不能進(jìn)入井筒隨流體產(chǎn)出，而是在支撐劑壁面不斷吸附堆積，隨著油井不斷生產(chǎn)，加之原油中膠質(zhì)瀝青質(zhì)等有機(jī)垢的堵塞，最終造成支撐裂縫的滲透率傷害。

建議采用常規(guī)酸化措施，酸液對(duì)裂縫中堵塞物的溶蝕，使裂縫導(dǎo)流能力得到一定程度的恢復(fù)，達(dá)到增產(chǎn)目的，但一般措施后產(chǎn)液量不會(huì)超過(guò)措施前穩(wěn)產(chǎn)期水平。若想達(dá)到更好的效果可以采用前置酸壓裂，在解除裂縫堵塞的同時(shí)擴(kuò)大裂縫規(guī)模，增大泄油面積來(lái)提高產(chǎn)量。

3 儲(chǔ)層改造現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

2013年姬塬油田延長(zhǎng)組共實(shí)施老井酸改造措施179口，其中主要應(yīng)用了酸化、前置酸壓裂、酸蝕多縫體積壓裂及高黏強(qiáng)溶蝕酸轉(zhuǎn)向酸化4種工藝。

常規(guī)酸化盡管能夠?qū)Φ貙又械墓钙鸬饺芪g解除作用，但由于常規(guī)酸液會(huì)沿著反應(yīng)通道大量濾失，深入濾失的酸液在解堵的同時(shí)將注入水流動(dòng)通道疏通，導(dǎo)致措施后含水上升，增油效果相對(duì)較差。酸蝕多縫體積改造中酸量較大且擠酸排量較高，與常規(guī)酸化溝通注入水原理相似，導(dǎo)致措施后含水上升幅度較大，而前置酸壓裂由于低擠酸排量，小酸量改造，有效地控制了含水上升，增有效果明顯。在堵塞壁面反應(yīng)解除堵塞后自轉(zhuǎn)向，不但不會(huì)深入濾失，還可以解除更多的近地層堵塞壁面，創(chuàng)造更多的油流通道，措施后在提高液量的同時(shí)控制含水上升來(lái)，進(jìn)而取得較好的改造效果。

姬塬油田2013年延長(zhǎng)組儲(chǔ)層改造后累計(jì)增油30 514.63t，平均日增油0.97t/d，平均單井累計(jì)增油170.47t。

4 結(jié)論

1）姬塬油田延長(zhǎng)組儲(chǔ)層粘土礦物以蒙脫石、高嶺石、綠泥石為主，地層水含大量的Ca2+、Mg2+等離子，易形成有機(jī)結(jié)垢堵塞傷害。

2）姬塬油田注入水的不配伍及水中懸浮物影響，將對(duì)油井近井地帶儲(chǔ)層造成傷害。

3）油井壓裂過(guò)程中壓裂液濾失滯留、水不溶物及破膠殘?jiān)鼘?duì)儲(chǔ)層將造成不同程度的傷害。

4）根據(jù)不同的傷害機(jī)理分別提出了酸改造方式及酸液的性能要求，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用整體改造取得了較好的增油效果。

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