儲層水敏效應(yīng)影響因素及應(yīng)對措施

王彥興 李曉偉 牛奎 劉驁烜(長江大學(xué)石油工程學(xué)院油氣鉆采工程湖北省重點實驗室 湖北 武漢 434023)

某油田研究層段儲層內(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)行了評價性實驗后發(fā)現(xiàn)研究層段的地層水礦化度本身偏高，儲層對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，若外來流體礦化度較低則易使粘土顆粒發(fā)生膨脹運移，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，引起儲層的水敏性越強(qiáng)；蒙脫石、伊利石類晶層間高價陽離子在被外來液體中低價陽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離子來中和平衡。當(dāng)交換陽離子中有半徑小的一價陽離子時則晶層間水會繼續(xù)進(jìn)入，繼續(xù)水化，晶間距可增大13～20倍。

2.陽離子特異性效應(yīng)

先將巖心飽和KCl溶液并進(jìn)行驅(qū)替實驗，發(fā)現(xiàn)滲透率輕微降低。當(dāng)換為含有鈉、鋰等一價陽離子溶液驅(qū)替時，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)替時未發(fā)現(xiàn)滲透率損害現(xiàn)象。晶格膨脹依賴于晶層間陽離子水化能，而對于一價陽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)致部分微粒運移及孔吼截面積的減小，儲層滲透率隨之降低。

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層損害。溶液離子濃度過快的降低會促使晶格處硅氧鍵或氧氫鍵的偶極對水分子吸引力減弱，致使吸附在陰離子周圍的無機(jī)陽離子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)陽離子作用力減小，使得晶層膨脹、裂開。

二、水敏損害應(yīng)對措施

粘土穩(wěn)定劑能對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。可以通過巖心靜態(tài)與動態(tài)試驗來進(jìn)一步評價粘土穩(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。對其進(jìn)一步進(jìn)行動態(tài)流動性實驗，評價在注入過程中防膨效果。

試驗方法如下：1選取天然巖心J 563-2、65289-3、65174-4共3塊，對1.0%HC S-G防膨劑溶液進(jìn)行巖心評價試驗；2對巖心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試驗裝置中，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，測定流量，并記錄壓差，并計算巖心水相滲透率Kw1；4改注蒸餾水，測護(hù)養(yǎng)24 h之后的流量和壓差，并計算巖心水相滲透率Kw2；5計算滲透率恢復(fù)值Kw2/Kw1（%）。

試驗數(shù)據(jù)如下：

表2 防膨劑HCS-G巖心流動試驗結(jié)果

綜合試驗結(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。粘土礦物層間陽離子與1.0%HC S-G防膨劑溶液中的防膨劑陽離子基團(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，抑制顆粒從粘土礦物表面脫落。此外，陽離子有機(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，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、陽離子特異性及注入水的礦化度遞減速率都會對巖石水敏效應(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比顯示，在濃度為1%時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，伍家忠儲層巖心水敏性影響因素分析[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報，2003,25:74～75.