龔 兵

（中國石化江漢油田分公司江漢采油廠）

馬王廟油田儲層防膨抑砂劑優(yōu)選及礦場試驗

龔 兵

（中國石化江漢油田分公司江漢采油廠）

馬王廟新溝咀組儲層黏土含量高，注水開發(fā)后儲層含水上升，黏土膨脹運移造成儲層出砂。在分析儲層防膨抑砂機理基礎上，通過對防膨抑砂劑的配伍性、防膨率、抑砂效果進行綜合性能評價，優(yōu)選出陽離子聚合物防膨率為92.7%的防膨抑砂劑DG，礦場試驗5口井，出砂油井平均沖砂周期延長199天，防膨抑砂效果好，提高了新溝咀組出砂儲層開發(fā)效果。圖3表4參2

黏土膨脹出砂儲層防膨抑砂

馬王廟新溝咀組下段砂層厚，顆粒粗，以粉砂質(zhì)細砂巖為主，細砂級平均含量（質(zhì)量百分數(shù)，下同）46.87%，粒度中值0.063 mm。新下2油組膠結物以泥質(zhì)、硬石膏為主，鐵白云石次之，膠結物含量平均為9.6%，膠結類型以孔隙式膠結為主。新下2油組黏土礦物絕對含量3%，主要為伊利石，其相對含量平均67.3%，綠泥石相對含量10.8%，伊/蒙混層相對含量21.9%。該油田自1992年開發(fā)以來，隨著含水上升，含水達到69%，儲層出砂嚴重。截止2011年馬王廟油田油井不同程度出砂，出砂造成生產(chǎn)管柱失效、砂埋生產(chǎn)層造成油井停產(chǎn)，影響新溝咀組油藏的開采。黏土含量高儲層防膨抑砂技術具有較長時間抑結松散砂粒的特性，同時也應具備抑制黏土膨脹的能力，有效控制儲層出砂。因此在分析儲層防膨抑砂機理基礎上，優(yōu)選馬王廟油田儲層天然巖心，開展儲層防膨抑砂劑評價，篩選出適應儲層防膨抑砂劑現(xiàn)場應用，緩解生產(chǎn)儲層出砂狀況。

1 防膨抑砂機理

黏土礦物主要含有高嶺石、蒙脫石、伊利石、綠泥石等成分，地層中的黏土帶來兩個問題:一個水敏性礦物，如蒙脫石遇水膨脹，降低了地層的滲透性;另一個是速敏性礦物如高嶺石、伊利石、綠泥石，在流速超過一定數(shù)值時產(chǎn)生運移，易封堵地層孔隙結構。保護黏土性地層，必須抑制黏土膨脹和非膨脹性礦物運移。

常用防膨抑砂劑分無機防膨抑砂劑和有機防膨抑砂劑。無機防膨抑砂劑包括鹽類和無機陽離子型聚合物；有機防膨抑砂劑包括陽離子型表面活性劑和有機陽離子型聚合物。目前油氣開采用防膨抑砂劑多為有機陽離子聚合物，該高分子具有較高的陽離子密度和較長的高分子鏈，能在松散砂粒、黏土顆粒表面形成一層吸附保護膜，從而防止砂粒和黏土顆粒分散運移。有機陽離子聚合物含有多種基團和網(wǎng)狀結構，能夠有效地封堵疏松砂巖層的出砂問題，且不降低油氣井產(chǎn)量。

（1）防膨機理

有機陽離子聚合物在水中溶解、解離，產(chǎn)生聚陽離子，這些聚陽離子即可通過吸附中和黏土表面的負電性，又可在粘土晶層或顆粒之間吸附微粒，使它們之間的靜電排斥力減小，晶層收縮，抑制黏土膨脹。

（2）抑砂機理

有機陽離子聚合物主要通過其陽離子鏈節(jié)將帶負電砂粒橋接起來，若聚合物中含有丙烯酞胺，其氨基可與松散砂粒表面的輕基通過氫鍵橋接起來，達到防砂的目的。

2 防膨抑砂劑優(yōu)選

2.1 配伍性評價

防膨抑砂劑如果與注入水不配伍，會與之發(fā)生反應而產(chǎn)生沉淀，一方面改變了防膨抑砂劑的有效成分，另一方面產(chǎn)生的沉淀會降低儲層的滲透率，所以有必要對防膨抑砂劑與注入水的配伍性進行評價。

實驗選用5種有機陽離子聚合物防膨抑砂劑DG、SX、HW、HW、EL，物理性質(zhì)如表1。以模擬地層水為溶劑，分別配成質(zhì)量分數(shù)為2%的溶液，室溫20℃下靜置24h后，觀察溶液有無沉淀產(chǎn)生。模擬地層水根據(jù)現(xiàn)場注入水的礦化度資料配制，防膨抑砂劑與模擬地層水配伍性評價結果如表2所示。

表15 種防膨抑砂劑物理性質(zhì)表

實驗中溶液中均無沉淀產(chǎn)生，溶液澄清透明，表明所選5種防膨抑砂劑與模擬注入水配伍性良好。

表2 防膨抑砂劑與模擬注入水配伍性評價結果表

2.2 防膨評價

實驗采用《Q/SH 0053-2007黏土穩(wěn)定劑技術要求》及《SY/T 5971-1994注水用黏土穩(wěn)定劑性能評價方法》，通過測定膨潤土在黏土穩(wěn)定劑溶液和水中的線膨脹增量評價防膨率。

實驗條件：

（1）實驗儀器

膨脹量測定儀：ZNP型，精確到0.01 mm。

（2）實驗樣品

膨潤土粉過200目金屬篩，電熱恒溫干燥箱中105±1℃下恒溫6 h，置干燥器中冷卻至室溫，存廣口瓶中備用。每次實驗稱5.000 g。

（3）實驗試劑

煤油：經(jīng)無水硫酸鈉處理；

防膨抑砂劑：以模擬注入水為溶劑，配成2%濃度。（4）實驗數(shù)據(jù)分析

防膨率按公式（1）計算：

式中：

B—防膨率，%；

H1—膨潤土在防膨抑砂劑溶液中的膨脹高度，mm；

H2—膨潤土在蒸餾水中的膨脹高度，mm；

H0—膨潤土在煤油中的膨脹高度，mm。

圖1 膨潤土在不同試劑中的膨脹曲線圖

膨潤土在5種防膨抑砂劑中的膨脹情況如圖1所示。從實驗結果來看，DG防膨率最大，為92.7%，實驗3 h后膨潤土已達到最大膨脹率；EL防膨率次之，為61.6%，實驗24 h后膨脹曲線趨于平穩(wěn)；SX防膨率為47.3%，實驗24 h后膨脹曲線較前兩者陡；在HW和HW溶液中，膨潤土在實驗的第1 h急劇膨脹，之后膨脹速率有所降低，兩者的防膨率均較低，分別為39.1%和15.2%。防膨測試DG防膨效果最好，其次為EL、SX，因此選取防膨效果相對好的三種防膨抑砂劑做動態(tài)驅(qū)替實驗評價其抑砂效果。

2.3 抑砂評價

實驗采用馬36斜5-4B井新下2油組天然巖心開展防膨抑砂評價，用質(zhì)量分數(shù)2%的防膨抑砂劑溶洗油后抽空飽和液，靜置10 min后裝入驅(qū)替流程，在1.0 mL/min流速下驅(qū)替，收集不同孔隙體積倍數(shù)的產(chǎn)出液，測其中的含砂量，并記錄每個階段的相關參數(shù)，計算滲透率，所得結果與防膨抑砂劑處理前的結果對比。巖心物性參數(shù)如表3所示。

表3 馬36斜5-4B井巖心物性參數(shù)

實驗所用四塊巖心氣測滲透率存在差異，為了消除這種差異給處理效果對比帶來的影響，用每個階段的滲透率與氣測滲透率的比值：Ki為用水驅(qū)替時巖心滲透率，Kg為氣測滲透率。（Ki/Kg）來表示防膨抑砂劑處理后滲透率的變化。與處理前相比，3種防膨抑砂劑處理后的滲透率都有所提高，其中DG處理后的滲透率最高，DG對儲層的傷害最小。防膨抑砂劑處理前后巖心滲透率對比如圖2所示。

3種防膨抑砂劑處理后出砂量都有所降低，用DG處理后出砂量最小，占原始巖心質(zhì)量的0.0235%；其次為SX，出砂百分比為0.0257%。防膨抑砂劑抑砂效果對比如圖3所示。

圖2 防膨抑砂劑處理前后巖心滲透率對比圖

圖3 防膨抑砂劑抑砂效果對比圖

通過配伍性、膨脹率測試和抑砂效果評價，優(yōu)選出DG防膨抑砂效果最好，防膨率達92.7%，DG處理后的天然巖心出砂百分比為0.0235%（處理前為0.0345%）。DG是幾種陽離子聚合物防膨抑砂劑性能評價效果最好的，該防膨抑砂劑中陽離子聚合物能在黏土的晶面和晶層間發(fā)生多點吸附，能確保效果長久，有效穩(wěn)定黏土，對于含一定黏土的砂巖層具有抑制出砂的能力。

3 礦場試驗

現(xiàn)場施工時先擠入3%～4%的清洗劑溶液清洗油層,再擠入2%防膨抑砂劑水溶液，處理半徑為1～2 m，關井反應時間為24～48 h。

針對儲層出砂、出泥嚴重的油井，采用儲層防膨抑砂技術在馬36斜8-5井、馬36-9-3等5口井現(xiàn)場試驗，平均沖砂檢泵周期延長199 d，其中馬36斜8-5井試驗后，檢泵沖砂周期延長335 d；馬36-9-3井防膨抑砂試驗后累計增油80 t，沖砂檢泵周期延長270 d。從防膨抑砂劑現(xiàn)場使用來看，出砂嚴重儲層防膨抑砂效果顯著，有效抑制新溝咀組儲層出砂，延長了油井沖砂生產(chǎn)周期（表4）。

表4 防膨抑砂現(xiàn)場試驗效果統(tǒng)計表

4 結論及認識

（1）有機陽離子聚合物防膨抑砂劑含有多種基團和網(wǎng)狀結構，能夠有效地封堵疏松砂巖層的出砂問題，且不降低油氣井產(chǎn)量。通過室內(nèi)實驗從配伍性、防膨率、抑砂效果等方面綜合評價，優(yōu)選出陽離子聚合物DG的防膨抑砂效果最佳。

（2）馬王廟油田儲層防膨抑砂礦場試驗的成功，為新溝咀組儲層控砂提供了技術支撐，有效改善新溝咀組油藏開發(fā)效果。

1油田化學專業(yè)標準化技術委員會.SY/T 5971-1994注水用黏土穩(wěn)定劑性能評價方法[S].北京：石油工業(yè)出版社，1995.

2張森，田承村.陽離子聚合物防膨抑砂劑的合成與性能評價[J].斷塊油氣田，2004，11（4）:78-79.

（修改回稿日期2015-02-02編輯景岷雪）

龔兵，男，1981年出生，2006年西安石油大學畢業(yè)，工程師；從事油氣田開發(fā)與開采工作。地址：（433123）湖北潛江江漢油田分公司江漢采油廠采油工藝研究所。電話：（0728）6574543。E-mail:gongbing9298@126.com