王彥興 李曉偉 ?？?劉驁烜(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 湖北 武漢 434023)

某油田研究層段儲(chǔ)層內(nèi)含有含量不高的伊蒙混層礦物充填于孔隙內(nèi)，當(dāng)?shù)偷V化度的工作液進(jìn)入儲(chǔ)層，充填于孔隙內(nèi)的伊蒙混層礦物吸水膨脹，使孔喉變小變窄，滲透率降低。另外，當(dāng)該井區(qū)進(jìn)行了評(píng)價(jià)性實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)研究層段的地層水礦化度本身偏高，儲(chǔ)層對(duì)外來流體礦化度的降低較為敏感，在一定意義上也加強(qiáng)了水敏程度。

一、水敏效應(yīng)影響因素

地層溫壓下油藏所含粘土礦物與外來流體接觸時(shí)，若外來流體礦化度較低則易使粘土顆粒發(fā)生膨脹運(yùn)移，堵塞喉道導(dǎo)致地層滲透率降低 。粘土膨脹減少了流體有效流動(dòng)面積并導(dǎo)致滲透率降低現(xiàn)象為水敏現(xiàn)象。

1.粘土礦物的種類

一般來說蒙脫石、伊/蒙混層含量越高，外來液體礦化度越低，引起儲(chǔ)層的水敏性越強(qiáng)；蒙脫石、伊利石類晶層間高價(jià)陽(yáng)離子在被外來液體中低價(jià)陽(yáng)離子部分置換后形成正電荷虧損，粘土帶負(fù)電。需由吸附在晶體外邊和晶層間的可交換陽(yáng)離子來中和平衡。當(dāng)交換陽(yáng)離子中有半徑小的一價(jià)陽(yáng)離子時(shí)則晶層間水會(huì)繼續(xù)進(jìn)入，繼續(xù)水化，晶間距可增大13～20倍。

2.陽(yáng)離子特異性效應(yīng)

先將巖心飽和KCl溶液并進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)滲透率輕微降低。當(dāng)換為含有鈉、鋰等一價(jià)陽(yáng)離子溶液驅(qū)替時(shí)，滲透率較初始滲透率相比下降40%。最后使用鈣、鎂離子溶液驅(qū)替時(shí)未發(fā)現(xiàn)滲透率損害現(xiàn)象。晶格膨脹依賴于晶層間陽(yáng)離子水化能，而對(duì)于一價(jià)陽(yáng)離子而言增加水化半徑相當(dāng)于增加水化能，鈉、鋰離子每個(gè)單元的有效水化能高于鈣、鎂離子。粘土晶格間膨脹將導(dǎo)致部分微粒運(yùn)移及孔吼截面積的減小，儲(chǔ)層滲透率隨之降低。

3.注入水的礦化度及礦化度遞減速率

從原始地層水礦化度突變?yōu)闃O低礦化度的鹽水易導(dǎo)致粘土膨脹、堵塞地層，但按照一定梯度逐步降低流體礦化度則可在一定程度上降低儲(chǔ)層損害。溶液離子濃度過快的降低會(huì)促使晶格處硅氧鍵或氧氫鍵的偶極對(duì)水分子吸引力減弱，致使吸附在陰離子周圍的無機(jī)陽(yáng)離子C a2+、Mg2+、N a+等水化半徑擴(kuò)大，導(dǎo)致粘土礦物表面陰離子與無機(jī)陽(yáng)離子作用力減小，使得晶層膨脹、裂開。

二、水敏損害應(yīng)對(duì)措施

粘土穩(wěn)定劑能對(duì)蒙脫石和伊利石起到很好的穩(wěn)定作用，因而成為減弱水敏的首選。由此可見在油藏開采過程中，水敏性儲(chǔ)層傷害必須引起重視，所以采取相關(guān)防縮膨措施是必不可少的?？梢酝ㄟ^巖心靜態(tài)與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)來進(jìn)一步評(píng)價(jià)粘土穩(wěn)定劑的防膨性能。

表1 為不同濃度的HCS-G防彭劑溶液的PH值、濁度、防彭率

地層水+2.0%HC S-G地層水+2.5%HC S-G地層水+1.0%HC S-G+1.0%KCl 5.631.2191.275.683.5790.165.761.8689.02

從表1中可以看出1.0%HC S-G溶液混合之后其濁度（N T U）最低為0.98，說明可以與某油田地層水具有良好的配伍性；并且HC S-G防膨劑溶液在濃度為1.0%時(shí)其防彭率最高，所以濃度為1.0%的HC S-G防膨劑溶液的防膨性能較好。對(duì)其進(jìn)一步進(jìn)行動(dòng)態(tài)流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)在注入過程中防膨效果。

試驗(yàn)方法如下：1選取天然巖心J 563-2、65289-3、65174-4共3塊，對(duì)1.0%HC S-G防膨劑溶液進(jìn)行巖心評(píng)價(jià)試驗(yàn)；2對(duì)巖心J 563-2、65289-3、65174-4進(jìn)行氣滲透率；3將上述天然巖心裝入巖心流動(dòng)試驗(yàn)裝置中，并設(shè)定泵速為1.00 ml/min,然后注入濃度為1.0%的防膨劑HC S-G溶液，待巖心兩端壓差穩(wěn)定之后，測(cè)定流量，并記錄壓差，并計(jì)算巖心水相滲透率Kw1；4改注蒸餾水，測(cè)護(hù)養(yǎng)24 h之后的流量和壓差，并計(jì)算巖心水相滲透率Kw2；5計(jì)算滲透率恢復(fù)值Kw2/Kw1（%）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

表2 防膨劑HCS-G巖心流動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

綜合試驗(yàn)結(jié)果可知：天然巖心在注入蒸餾水，并且浸泡24 h之后，滲透率恢復(fù)值Kw2/Kw（1%）能達(dá)到較高的值，說明濃度為1.0%的防膨劑HC S-G的效果較好。粘土礦物層間陽(yáng)離子與1.0%HC S-G防膨劑溶液中的防膨劑陽(yáng)離子基團(tuán)進(jìn)行離子交換，使粘土礦物表面很難獲得足夠高負(fù)電勢(shì)，抑制顆粒從粘土礦物表面脫落。此外，陽(yáng)離子有機(jī)聚合物還可以吸附在粘土顆粒表面形成保護(hù)膜，阻止水分子進(jìn)入晶格內(nèi)層。因此隨著驅(qū)替體積的增加，巖心的滲透率呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，并且當(dāng)驅(qū)替體積增加到一定程度之后，滲透率趨于穩(wěn)定。

結(jié)論

1.粘土礦物種類、陽(yáng)離子特異性及注入水的礦化度遞減速率都會(huì)對(duì)巖石水敏效應(yīng)產(chǎn)生影響。

2.HC S-G防膨劑溶液在不同濃度下防膨效果對(duì)比顯示，在濃度為1%時(shí)抑制粘土膨脹效果最好。

[1]何更生編.油層物理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.

[2]尹先清，伍家忠儲(chǔ)層巖心水敏性影響因素分析[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2003,25:74～75.