王瑞，張鳳云，黃永章，邢浩森，李震宇，白海濤，吳繁華

1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院（陜西西安 710065）

2.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西南石油大學(xué)）（四川成都 610500）

3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第九采油廠（寧夏銀川 750006）

4.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院（陜西西安 710018）

5.西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院（陜西西安 710065）

0 引言

非常規(guī)天然氣是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)[1]，蘇里格氣田屬于典型的“低孔、低滲、低豐度”致密砂巖氣藏[2]。在勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在著很嚴(yán)重的儲(chǔ)層傷害問(wèn)題，其中水鎖傷害成為最主要的傷害類型之一[3-5]，其傷害結(jié)果嚴(yán)重影響氣藏高效開(kāi)發(fā)[6]。根據(jù)低滲透氣藏的地質(zhì)特征及水鎖傷害形成機(jī)理的分析可知，影響水鎖傷害程度的主要因素有下列幾個(gè)方面：①儲(chǔ)層巖性及孔隙結(jié)構(gòu)影響；②濾液侵入深度影響；③含水飽和度的影響；④氣藏驅(qū)動(dòng)壓力影響；⑤潤(rùn)濕性影響；⑥入井工作液的影響[7-8]。目前，天然氣藏解除水鎖傷害除了采用增大生產(chǎn)壓力、熱力清洗、地層壓裂等物理手段外，最主要的解水鎖方法是使用解水鎖劑。解水鎖劑是利用表面活性劑等藥劑降低水的表面張力、調(diào)控地層潤(rùn)濕性、降低流體黏度等方式促進(jìn)天然氣藏地層中堵塞水的排出，從而達(dá)到解除水鎖傷害的效果[9-10]。

本文主要研究蘇里格氣田氣井水鎖影響因素和解水鎖劑性能評(píng)價(jià)，通過(guò)分析解水鎖劑和巖心的基本物性參數(shù)，繪制不同影響因素下巖樣的滲吸量、含水飽和度、滲吸速率曲線，并以此來(lái)評(píng)價(jià)解水鎖劑性能。通過(guò)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定巖心浸泡解水鎖劑前后的液測(cè)滲透率，分析解水鎖劑的解水鎖效果，以提高氣田生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)氣田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

水鎖劑溶液和巖心取自長(zhǎng)慶油田千口井項(xiàng)目部。按照GB/T 22237—2008《表面活性劑表面張力的測(cè)定》[11]，使用全自動(dòng)表面張力儀測(cè)定解水鎖劑溶液JSSJ1 和JSSJ2 的表面張力值[12-14]，采用pH 測(cè)定儀測(cè)定解水鎖劑的pH 值，采用飽和流體法，將巖樣抽真空后，得到飽和標(biāo)準(zhǔn)鹽水，依據(jù)巖樣飽和流體的質(zhì)量變化計(jì)算巖樣的孔隙體積,得到解水鎖劑及巖心的物性數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1和表2。

表1 解水鎖劑物性參數(shù)

表2 巖心物性參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 巖心自吸實(shí)驗(yàn)

本文采用2 種實(shí)驗(yàn)方法，一種是側(cè)面密封自吸方法，一種是Handy 自吸方法[15]，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。側(cè)面密封自吸方法是測(cè)量時(shí)將巖心側(cè)面和上端面用融化的石蠟密封，再將其懸掛于吊鉤下，直至液面與巖心端面接觸，記時(shí)并記錄數(shù)據(jù)，直至天平的示數(shù)不再變化。Handy 自吸實(shí)驗(yàn)方法的區(qū)別是將巖心完全浸沒(méi)在液體中[16]。

圖1 滲吸實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

將經(jīng)干燥處理的2 mm 厚的巖心用上述兩種方法開(kāi)展巖心自吸實(shí)驗(yàn)，分別吸入標(biāo)準(zhǔn)鹽水、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50% 和100% 解水鎖劑溶液（為加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，采用了質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的溶液），根據(jù)在不同影響因素下的滲吸實(shí)驗(yàn)測(cè)得的巖心吸水后質(zhì)量變化，繪制滲吸量、滲吸速率和含水飽和度隨時(shí)間的變化曲線，并對(duì)其進(jìn)行比較分析[17]。

1.2.2 巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

首先將巖心烘干，采用圖2 所示的滲透率測(cè)定裝置，記錄巖心兩端的進(jìn)出口壓力差，及在此壓差下對(duì)應(yīng)的流量Q，根據(jù)式（1）測(cè)定計(jì)算其滲透率，再將巖心浸泡在解水鎖劑中6 h，再烘干測(cè)滲透率，對(duì)比巖心浸泡解水鎖劑前后的滲透率變化，以評(píng)價(jià)解水鎖效果。

圖2 液測(cè)滲透率實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

式中：K為液測(cè)滲透率，10-3μm2；Q為單位時(shí)間流出的液體流量，mL/s；μ為流體黏度，mPa·s；l為巖樣長(zhǎng)度，cm；d為巖樣直徑，cm；ΔP為巖樣兩端進(jìn)出口壓差，MPa

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 巖心自吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果

巖心滲吸實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖3～圖6 所示。為了方便對(duì)照分析，將實(shí)驗(yàn)分為4 組，第1 組是巖樣未封蠟時(shí)測(cè)得的浸泡解水鎖劑JSSJ1 的3 種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的滲吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果；第2 組是巖樣未封蠟時(shí)測(cè)得的浸泡解水鎖劑JSSJ2 的3 種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的滲吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果；第3 組是巖樣封蠟時(shí)測(cè)得的浸泡解水鎖劑JSSJ1 的3 種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的滲吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果；第4組是巖樣封蠟時(shí)測(cè)得的浸泡解水鎖劑JSSJ2 的3 種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的滲吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖3 第1組未封蠟巖心滲吸JSSJ1實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4 第2組未封蠟巖心滲吸JSSJ2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖5 第3組封蠟時(shí)巖心滲吸JSSJ1實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖6 第4組封蠟時(shí)巖心滲吸JSSJ2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

每一組實(shí)驗(yàn)是對(duì)浸泡解水鎖劑不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的研究分析,第1組與第2組、第3組與第4組是巖樣浸泡的解水鎖劑不同種類的對(duì)照,第1 組與第3 組、第2 組與第4 組是巖樣是否封蠟的對(duì)照，影響因素是滲吸面積的大小。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：

1）液體種類的影響。根據(jù)解水鎖劑種類的不同，從第1 組與第2 組、第3 組與第4 組的對(duì)照實(shí)驗(yàn)可知，浸泡過(guò)解水鎖劑巖樣滲吸量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于浸泡過(guò)鹽水巖樣滲吸量，滲吸量曲線增長(zhǎng)的幅度更緩慢；經(jīng)過(guò)解水鎖劑處理過(guò)的巖心含水飽和度遠(yuǎn)低于鹽水處理巖心；從滲吸速率圖可以看出浸泡過(guò)解水鎖劑巖樣最大滲吸速率小于浸泡過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鹽水的巖樣滲吸速率，且下降的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于浸泡標(biāo)準(zhǔn)鹽水的巖樣，從滲吸量、含水飽和度、滲吸速率等曲線可以看出，解水鎖劑可以降低巖心對(duì)水的滲吸能力，且JSSJ2的效果比JSSJ1更好。

2）液體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。通過(guò)每個(gè)圖中解水鎖劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%和100%的對(duì)比，曲線的形態(tài)滿足規(guī)律：巖樣含水飽和度曲線形態(tài)和滲吸量曲線形態(tài)是類似的，最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)100% 解水鎖劑浸泡巖心滲吸量和含水飽和度是50%時(shí)的一半，滲吸速率曲線初始段都是急劇減小的，中間段曲線由陡變緩，直至最終速率曲線愈發(fā)平穩(wěn)趨向于0，100%滲吸速率的曲線在50% 曲線之上，滲吸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于50%解水鎖劑浸泡的巖心，區(qū)別在于每張速率曲線圖中每?jī)蓷l曲線的間距有所不同，100% 解水鎖劑巖心解水鎖的效果更好。

3）滲吸面積大小影響。根據(jù)巖樣是否封蠟，通過(guò)第1 組與第3 組、第2 組與第4 組的對(duì)照實(shí)驗(yàn)可知，有無(wú)封蠟影響的是巖心滲吸的面積，無(wú)封蠟的巖心，初始的滲吸速率更快，滲吸量更大，在較短的時(shí)間內(nèi)，更容易達(dá)到巖心飽和的狀態(tài)。

2.2 巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)巖心浸泡解水鎖劑前后測(cè)得的兩組滲透率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得知：巖心浸泡質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的解水鎖劑前其滲透率為0.160×10-3μm2，浸泡后其滲透率為0.182×10-3μm2，滲透率增長(zhǎng)0.022×10-3μm2，滲透率恢復(fù)率為13.75%。巖心浸泡100%的解水鎖劑前其滲透率為0.195×10-3μm2，浸泡后其滲透率為0.245×10-3μm2，滲透率增長(zhǎng)0.05×10-3μm2，滲透率恢復(fù)率為25.64%。二者比較而言，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%的解水鎖劑對(duì)巖心解水鎖后的滲透率增長(zhǎng)要比50%的解水鎖劑滲透率增長(zhǎng)的多0.028 × 10-3μm2，巖心浸泡100%的解水鎖劑后的滲透率恢復(fù)率要比巖心浸泡50%的解水鎖劑后滲透率恢復(fù)率大11.89%，由此可見(jiàn)，該實(shí)驗(yàn)所用的解水鎖劑100%的解水鎖效果好于50%的解水鎖劑。

3 結(jié)論

1）由巖心自吸實(shí)驗(yàn)可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100% 的解水鎖劑解除水鎖的效果比50% 的解水鎖劑解除水鎖效果更好，解水鎖劑JSSJ2 比解水鎖劑JSSJ1 的效果更好。 巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)也表明，巖心浸泡100%的解水鎖劑后的滲透率恢復(fù)率要比巖心浸泡50%的大。所以在實(shí)際工藝中，可提高解水鎖劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但也要注意巖石對(duì)表活劑有吸附作用，質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，吸附滯留量可能越大，所以其類型和質(zhì)量分?jǐn)?shù)還需優(yōu)化。

2）由巖心自吸實(shí)驗(yàn)可知，有無(wú)封蠟影響的是巖心滲吸的面積，無(wú)封蠟的巖心，初始的滲吸速率更快，滲吸量更大，在較短的時(shí)間內(nèi)，更容易達(dá)到飽和狀態(tài)。滲吸量是受滲吸面積影響，面積越大，滲吸量越大。所以在實(shí)際工藝中可以增大解水鎖劑注入時(shí)的壓力，誘導(dǎo)儲(chǔ)層產(chǎn)生微裂縫，以增大接觸面積，減少注入后悶井的時(shí)間，以最終提高解水鎖效果。

3）在解水鎖實(shí)際工藝中，還應(yīng)選擇與蘇里格氣田儲(chǔ)層巖石和流體相配伍的藥劑，并滿足防膨性和腐蝕速率等要求，解水鎖劑的最終效果也應(yīng)經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際井的應(yīng)用來(lái)確定。