渤海油田低-特低滲儲層注水井堵塞規律實驗研究

張吉磊，胡 勇，繆飛飛，周焱斌，歐陽雨薇

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽 300459）

對于低滲-特低滲油田，注水開采已成為主要的開發方法之一。低滲-特低滲油田具有低孔、低滲和敏感性強等特點，在注水開發過程中，時常出現注水井堵塞[1-4]，導致注水壓力上升快、注水見效慢、注采嚴重失衡和儲層動用程度差等問題[5-9]，嚴重影響油田的開發效益。因此，研究低滲-特低滲透油田注水井的堵塞規律，對于提高注水效率有重要意義。本文以渤海B油田沙河街組低滲儲層為例，通過分析注入水水質、固相顆粒（基雜）含量及粒徑，并結合模擬油田注水室內實驗，總結了低滲-特低滲注水井的堵塞原因和規律。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及試劑

Mastersizer 2000激光粒度儀（Malven儀器有限公司），ISOC高壓驅替泵100DX（美國ISCO公司生產），PB-10/C型酸度計，TU-1901雙光束紫外可見分光光度計等，NaOH、FeSO4、濃 H2SO4、Ag2SO4、HgSO4、K2Cr2O7、HCl、H2O2（w/30%）均為分析純；注水站采集的清水和污水等。實驗流程見圖1。

圖1 實驗流程

1.2 粒度分析

將采集的污水和清水分散到蒸餾水中，用Mastersizer 2000激光粒度儀測定回注污水和清水中固相顆粒粒徑的分布，并確定它們的中值粒徑。

1.3 水質指標分析

本次實驗研究用的注入污水和清水取自渤海油田不同區塊的注水站和注水井，對其進行水質指標分析，主要包括pH值、固相顆粒含量（SS）、各細菌含量和含油量等。

2 實驗結果及討論

2.1 注入水水質分析

選取渤海B油田四口井的注入污水或清水，并對其進行水質檢測分析，分析結果見表1。由表1可得：注入污水和清水的pH值屬中性；污水中固體懸浮物、含油量和細菌含量均超過注水標準（SY/T 5329-2012）；注入清水中細菌含量超標，固相顆粒含量和含油量達標，注入清水容易引起水敏，損害儲層。注入污水和清水都在不同程度上對油田的儲層造成傷害，影響其滲流能力。

表1 渤海B油田注水站注水井井口水質分析結果

2.2 注入水粒度分析

通過表2可知：注水井中回注污水和清水中的大顆粒在曲線分布中占較大比例，使得回注水中固相顆粒的平均粒徑偏大；比表面積也比較大，2號井和3號井較大，1號井次之，4號井最小，一般都維持在 2～13μm；顆粒分散不均勻，比表面積相對較大，會造成較大的摩擦力[10]，容易吸附到儲層的孔喉表面，影響儲層的滲流性能。

根據回注水的粒度和水質分析，回注水中的固相顆粒在運移過程中封堵儲層的孔隙喉道，在注水開發中，固相顆粒粒徑及其含量的大小是造成儲層傷害最大的因素之一[11]。

表2 渤海B油田注水站回注污水的粒徑分析結果

2.3 儲層傷害原因分析

2.3.1 注入量的影響

選取了低滲透、特低滲透的巖心（取自渤海B油田油井）各1塊（表3），將中值粒徑為2.755μm（渤海B油田注水井的回注水）的油田污水稀釋配制成濃度為5 mg/L的實驗用注入液，并將其注入巖心，進行室內巖心注入傷害實驗，判斷注入量對巖心的傷害規律（圖2）。

表3 巖心基本參數

圖2 注水量對低滲、特低滲透巖心的傷害程度

由圖2可知，低滲、特低滲透巖心滲透率的傷害程度隨著注水量的增加而不斷增大，最后趨于平緩。對于特低滲透的巖心，注入50倍孔隙體積之前巖心的傷害程度急劇上升，之后傷害程度變化不大，最后傷害程度為90.4%；低滲透巖心傷害程度的增長趨勢一直都變化不大，最后的傷害程度為52.4%。造成上述結果的原因是隨著注水量的不斷增加，進入巖心孔喉和端面上的固相顆粒不斷增多，堵塞更多的滲流通道，巖心的滲透率不斷降低，傷害程度不斷增大。由于特低滲巖心的主要滲流通道較低滲透巖心的少，當注水量相同的情況下，特低滲透巖心的傷害程度較大[12-14]。

2.3.2 固相顆粒濃度的影響

選取渤海 B油田注水井的注入水平均粒徑2.755 μm，根據實驗要求將其配置成不同濃度的實驗用注入液（5 mg/L，10 mg/L，25 mg/L），并選取氣測滲透率為（9.3×10-3μm2，6.2×10-3μm2，4.3×10-3μm2）的低滲透巖心及（1.23×10-3μm2，0.98×10-3μm2，0.83×10-3μm2）的低滲透巖心各 3塊（分別取自渤海B油田），并觀察在注入體積倍數為200時巖心的傷害情況。實驗結果如圖4。由圖4可知，巖心滲透率的傷害程度隨著注入水中顆粒濃度的增大而增加；特低滲透巖心的最終傷害率在83.2%～91.6%（圖3a），低滲透巖心的最終傷害率在39.6%～59.6%（圖3b），特低巖心滲透率的傷害程度大于低滲巖心。

圖3 固相濃度對低滲、特低滲巖心的傷害程度

2.3.3 注入水中固相顆粒平均粒徑的影響

選取3號注水井的回注水，利用濾膜過濾的方法將回注水配置成中固相顆粒粒徑中值為（2μm，4μm，6μm，10μm，11μm）的實驗用注入水，低滲和的特低滲透巖心各5塊進行粒徑對巖心滲透率傷害率的實驗。

由圖4可知，當注入體積倍數達到200倍的情況下，巖心的傷害程度隨著固相顆粒中值粒徑的增大而增加，且特低滲透巖心的傷害程度最大。注入水中的固相顆粒通過內部和外部堵塞來損害巖心的滲透率，固相顆粒的中值粒徑較小時在巖心孔喉架橋形成內部堵塞，中值粒徑較大時主要在巖心端面沉積形成外濾餅（外部堵塞），在固相顆粒粒徑增大的過程中，巖心的傷害從內部到外部過渡，因此，滲透率隨中值粒徑的增大不斷減小，且特低滲巖心的傷害程度大于低滲巖心。

圖4 固相顆粒粒徑與巖心傷害程度的關系

3 結論及建議

（1）現場注入水中含有大量的固相顆粒是造成地層堵塞的主要原因。

（2）地層滲透率下降主要受注入水的注入量及固相顆粒的濃度和中值粒徑的影響。為減少儲層損害，應該控制注入水的固相顆粒含量和粒徑，定期對注水井的井壁進行清洗。

（3）隨著注入量的增加，儲層的滲透率不斷減小，傷害程度增大。為減小儲層傷害，應該及時實施井下維護工作。

（4）注入水中的固相顆粒對特低滲儲層巖心的傷害程度大于低滲儲層。