曲堤油田沙三段注入水質與儲層適配性研究

于曉瑋

(中國石油大學勝利學院 油氣工程學院,山東 東營 257061)

曲堤油田地質儲量3 100×104t,主力含油層系為沙三段,油藏埋深1 100～2 500 m,屬于中低滲儲層[1]。目前油藏綜合含水率達到83.3%,采出程度已達17.5%。注水開發過程中注入水存在主要問題有:現有水質標準是依據層系平均滲透率提出的油藏需求,源頭水質均采用3級水質,統計127口井注水壓力,注水井注入壓力高,有4口井注水壓力超過20 MPa。目前欠注水井61口,占開井數55%。這就需要從室內評價的角度分析注水難受效的主要因素以及處理措施[2- 4]。

1 儲層概況

曲堤油田沙三段平均滲透率133×10-3μm2,小于50×10-3μm2的儲量占40.4%。根據全巖及黏土礦物X衍射分析和鑄體薄片分析和恒速壓汞分析結果,儲層的全巖礦物組分以石英、斜長石和黏土礦物為主,黏土礦物中伊蒙間層和伊蒙間層比均較高,因此儲層具有較強的潛在水敏傷害[5];黏土礦物中還含有一定量的高嶺石和綠泥石,因此儲層還具有潛在的微粒運移、細粒堵塞、酸敏等敏感性傷害[6];儲層樣品的平均孔喉半徑在0.372～2.539 mm,且樣品所在儲層的吼道半徑對滲透率起主控作用,而孔隙半徑對滲透率的影響相對較小[7]。

2 注入水、地層水靜態配伍性分析

注入水是取自濟北聯合站的泵后處理水,地層水則是取自沙三段曲104-斜716井的除油地層水。根據室內對水樣的6項離子分析,濟北聯合站注入水水型為氯化鈣型,總礦化度為30 540 mg/L。注入水中含有一定量的Ca2+、Mg2+、HCO3-等成垢離子,在溫度和壓力變化時,有產生碳酸鹽垢的可能性[8];曲104-斜716井地層水的水型為氯化鈣型,總礦化度為27 599 mg/L,水中含有一定量的Ca2+、Mg2+、HCO3-等成垢離子。

2.1 注入水的自身穩定性

在地面溫度條件(17 ℃)和地層溫度溫度(70 ℃)條件下,將精濾注入水放在密閉容器里分別放置不同的時間,通過跟蹤測試主要成垢離子Ca2+、Mg2+、HCO3-等的濃度變化來檢測精濾注入水與地層水自身的穩定性以及結垢趨勢。過對濟北聯合站注入水中鈣、鎂、碳酸氫根含量15 d跟蹤測試(如圖1)數據結果可知:地面溫度條件(17 ℃)下,注入水在第15 d測得的鈣離子含量比初始值減少了52 mg/L,降低了8.83%;鎂離子含量比初始值減少了1 mg/L,降低了0.65%;、碳酸氫根離子含量比初始值減少了155 mg/L,降低了25.04%。因此,在地面溫度條件(17 ℃)下濟北聯合站注入水不自身穩定,有結垢現象,垢物主要為碳酸鹽垢。在地層溫度條件(70 ℃)下,也可得到相同的結論。表1中對比了地面條件和地層條件下,注入水中成垢離子的變化量及變化率,可以看出,地層溫度條件(70 ℃)下注入水的穩定性相對更差。

圖1 地面條件下注入水成垢離子保留率變化

表1 70 ℃和17 ℃注入水放置15 d成垢離子量對比

2.2 注入水與地層水混配后的穩定性

在地面溫度條件(17 ℃)下和地層條件(70 ℃)將精濾地層水與精濾注入水以1∶1的體積比進行混合,在密閉容器里分別放置不同的時間,通過測定主要成垢離子Ca2+、Mg2+、HCO3-的濃度變化來檢測精濾注入水與地層水的靜態配伍性及結垢趨勢。

地面溫度條件(17 ℃)下,經過對水源水與曲104-斜716井地層水1∶1的混配水中鈣、鎂、碳酸氫根含量15 d跟蹤測試(表2)數據結果可知:混配水在第15 d測得的鈣離子含量比初始值減少了45 mg/L,降低了10.14%;鎂離子含量比初始值減少了1 mg/L,降低了2.91%;碳酸氫根離子含量比初始值減少了145 mg/L,降低了27.67%。

從水源水與曲104-斜716井地層水1∶1的混配水中的成垢離子鈣、鎂及碳酸氫根離子變化量及變化率可以看出:在地面溫度條件(17 ℃)下水源水與曲104-斜716井地層水1∶1的混配水不穩定,有結垢現象,垢物主要為碳酸鹽垢。

表2 地面條件下水源水與曲104-斜716井地層水混配成垢離子測定結果

地層溫度條件(70 ℃)下,經過對水源水與曲104-斜716井地層水1∶1的混配水中鈣、鎂、碳酸氫根含量15 d跟蹤測試(表3)數據結果可知:混配水在第15 d測得的鈣離子含量比初始值減少了136 mg/L,降低了30.63%;鎂離子含量與初始值相比減少了3 mg/L,降低了2.34%;碳酸氫根離子含量比初始值減少了429 mg/L,降低了71.87%。

從水源水與曲104-斜716井地層水1∶1的混配水中的成垢離子鈣、鎂及碳酸氫根離子變化量及變化率可以看出:在地層溫度條件(70 ℃)下水源水與曲104-斜716井地層水的混配水不穩定,有結垢現象,垢物主要為碳酸鹽垢。

表3 地層條件下水源水與曲104-斜716井地層水混配成垢離子測定結果

3 注入水與儲層的動態配伍性分析

動態配伍性分析實驗原理:注入水與儲層巖心的動態配伍性試驗主要考察在長期注入的情況下,注入水與儲層巖心相互作用導致儲層滲流能力出現變化的現象。即將各種不同的水樣分別注入不同的巖心,測定在注入不同的孔隙倍數下的巖心滲透率值,以此來評價各種流體長期注入對儲層的影響[9]。

3.1 水質粒度評價

注入水水質粒度分析的內容包括懸浮固體顆粒含量、粒徑等指標,表4為濟北聯合站注入水主要水質指標的檢測結果,并與石油天然氣行業標準SY/T 5329-2012作比較。

表4 注入水水質指標

通過注入水水質粒度分析結果來看,注入水中的懸浮物固含量超出行業標準,因此懸浮固體顆粒可能會造成一定的儲層傷害,因此,需要研究注入水中懸浮顆粒與儲層巖石的動態配伍性。

3.2 精細過濾地層水體積流量評價試驗

室內將現場取回的3種地層水經0.22 μm濾膜過濾后分別注入各儲層巖心。目的考察沒有懸浮顆粒影響的情況下,地層水長期沖刷作用對儲層的影響。精濾地層水和模擬地層水的區別在于模擬地層水僅僅是室內根據現場地層水的六項離子資料配制而成,而現場地層水成分則更為復雜,含有其他的一些未知成分,黏度也有差別,因此長期注入對儲層巖石滲透率的影響也應該不盡相同。

由圖2的試驗曲線可知,精細過濾地層水長期沖刷試驗表明長期沖刷可使儲層巖心滲透率下降18.4%。對比模擬地層水長期注入的結果,精濾地層水比模擬地層水滲透率下降值略大,這是由于精濾地層水的動力黏度比模擬地層水要大,攜帶能力要強于后者,因此,長期沖刷對儲層巖石的沖擊應該大于后者。從地層水長期沖刷前后的恒速壓汞曲線變化來看(圖3),長期沖刷后的孔隙進汞曲線變化很小,說明孔隙結構特征幾乎沒有發生變化,而吼道進汞曲線明顯下移,說明吼道分布由中偏度轉變為中細偏度,平均吼道半徑變小。這是由于長期沖刷引起巖心中的自由顆粒在吼道處發生滯留和橋堵而造成的。

圖2 精濾地層水巖心傷害程度與累積注入量關系圖

圖3 地層水長期沖刷前和沖刷后恒速壓汞曲線

3.3 不同處理程度注入水體積流量評價試驗

通過過濾得到了4種不同處理程度的注入水,4種注入水的固含量和粒徑中值如表5所示。其中精濾注入水是實驗室用0.22 μm濾膜過濾后的現場注入水;粗濾注入水是實驗室用1.5 μm濾膜過濾后的現場注入水;沉降注入水是將現場注入水自然沉降48 h后取得的上清液;現場注入水為現場未經處理的注入水。

表5 不同處理程度注入水懸浮固相分析

將長期注入精濾注入水、粗濾注入水、沉降注入水和現場注入水后對儲層滲透率的傷害率做成直方圖,如圖4所示。

圖4 不同處理程度注入水傷害率直方圖

精濾注入水的損害率最低,現場注入水的損害率最高。如果對注入水分別進行精濾、粗濾和沉降的處理,可使滲透率傷害率分別減小3.40%、2.30%、1.20%。

3.4 注入水礦化度對不同儲層的影響

根據水質6項離子分析的測試結果,注入水的總礦化度為322 53 mg/L,而沙三段的地層水礦化度為289 05 mg/L。室內將現場提供的注入水經0.22 μm濾膜過濾后,再分別用蒸餾水稀釋到沙三段儲層的地層水礦化度,長期注入巖心。目的是排除其他因素影響,比較注入水礦化度對不同儲層的影響。

圖5結果表明稀釋到地層水礦化度后的注入水可使沙三段儲層滲透率下降22.7%,對比精濾注入水長期注入的結果,如果把注入水礦化度稀釋到地層水的礦化度,滲透率傷害率可以降低13.2%。

圖5 不同礦化度注入水傷害程度與累積注入量關系

4 結 論

(1)地面和地層溫度條件下，曲堤油田沙三段水源水自身不穩定，且地層溫度下的穩定性更差。

(2)水源水與曲104-斜716井地層水的混配水不穩定，有結垢現象，垢物主要為碳酸鹽垢。

(3)造成曲堤油田沙三段注水滲透率傷害的影響因素為：儲層孔喉中自由顆粒；注入水礦化度；注入水中懸浮顆粒。3因素所占百分比分別為18.4%、13.2%和4.30%。

(4)對于儲層孔喉中自由顆粒的影響，建議添加黏土穩定劑來降低儲層傷害；對于注入水礦化度影響，若水源條件允許，可將注入水礦化度稀釋到地層水礦化度；若水源條件不允許，可在注入水中添加黏土防膨劑；而對于注入水中懸浮顆粒的影響，則推薦沙三段注入水質處理指標為固含量小于10 mg/L，粒徑中值小于3 μm。