低滲油田注水過程中儲層保護技術

楊成歐，王 榮

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450；2.中海油能源發展工程技術分公司，天津 300450）

1 低滲油田簡介

低滲油田，指的就是油層滲透率較低的油藏，它的埋藏地點和周圍環境、地質條件等因素都具有一定的特殊性，與目前我國大量開采的普通油田不同，它豐度低、產量低，且在油田服役一段時間后，更容易出現原油質量大幅下降、綜合含水上升的問題。在我國油田的儲量中，占據最大比重的并非容易開采且產量高的普通油田，而是低滲透油田，其占據了我國總油田數量的六成以上，儲藏著我國半數以上的石油資源，若能夠尋找到更加合理的開采方法、提高開采效率，就能夠有效緩解我國資源緊缺的問題，為國家工業發展帶來福音。在過去，我國在開采低滲油田時將其他油田的開采經驗照抄照搬，使用不成熟的技術，導致低滲油田普遍存在諸多問題，例如照搬普通油田的開采經驗，所建設的油田地面工程問題頻出，消耗大量維護成本，且會產生較大污染，使設備過快遭受腐蝕和發生老化、甚至報廢，嚴重縮短了使用壽命，這些都大大提升了我國低滲油田的開采成本，造成了嚴重的資源浪費，為國家帶來諸多經濟損失，并且無法達到安全和穩固的要求，提高了事故發生的概率。因此，必須在現有基礎上針對低滲油田的特點進行研究，使用專門的技術來進行開采工作，并對工藝流程進行優化，增添污染處理環節，盡可能地從源頭上減少污染、提高開采的效率，改善原油質量，從而促進我國工業的發展，為其他行業提供必要的能源。目前我國常用的開采方法都需要進行注水提高滲透率。

2 注水技術的使用與儲層保護技術的重要性

2.1 水力壓裂技術

在過去，水力壓裂技術主要用于煤層氣井的開采，能夠提高產量，經過大量實踐，發現它也能夠在低滲透油田的開采工作中有良好的表現，起到重要作用。目前而言，水力壓裂技術是在低滲油田開采中所使用的歷史最為悠久、發展最為完善的一種方法，它在地面用高壓泵將大量壓裂液注入井中，從而使得井內壓力大幅提升，并大于井壁所承受的地應力，超出巖石能夠抵抗的張力范圍，將井底周圍的巖石壓出裂縫，并注入攜砂液擴大裂縫，使其向著內部延伸，最后在井口關閉后，能夠使井底周邊的地層中出現許多裂縫，為油田中的油氣流動提供途徑，使之順利到達井底，方便進行集中與開采。

2.2 超前注水技術

開采前進行超前注水技術，向地層中注入大量水，能提高壓力，形成驅替機制，使得原油能夠在較大壓力的迫使下更快地從巖石和土的孔隙中通過，從而集中在固定區域，方便進行開采，并提高出油率。低滲油田在服役一段時間后，隨著原油量的不斷減少，地層壓力會逐漸下降，原油不容易進行運動，油層中的孔隙減小，為開采工作帶來諸多不便。超前注水能夠減少堵塞和滯留現象，降低開采所需的成本、減少時間。

2.3 水平井技術

斜角較大、接近90°左右并且能夠在目標地層中維持一定長度的油氣井被稱為水平井，開采低滲透油田時，在油層深處挖掘水平井能夠增加油氣的裸露面積，使其不必通過孔隙流動，再通過注水增加內部壓強，迫使油氣從井中溢出，完成開采工作。水平井的產能受到多種因素的制約，例如井本身的斜角和水平段位置、伸展長度等，還有注水時的速度，在實際開采過程中，應當根據現場情況進行計算與斟酌，調整參數，提高開采效率。

2.4 儲層保護

低滲油田的儲層孔隙較小，互不連通，并且其中含有大量的膠結物質，原油不容易通過孔隙，容易受到黏土水化膨脹等效應的影響，因此開采的難度遠遠大于普通油田，壓裂液和鉆井液物質在注入后起到的作用會被限制，開采工作人員不得不加大用量，導致成本提升。對儲層進行維護，是開發低滲油田中十分重要的工作，它能夠對油氣層的位置進行精準判定，并較為有效地估算油氣層的儲量，減少試油、酸化、壓裂等流程的工作量，有利于對油層進行更加合理的開采，確保穩定性與安全性，提高低滲油田的生產能力，增加產油量，從而提高開采的經濟效益。

2.4.1 巖心分析

在開采低滲油田時，巖心分析是了解資源儲備的重要手段，同時也是進行儲層保護工作的基礎，是油氣層保護技術的開端，它指的是通過顯微技術、分光技術或者其他多樣化技術測定和評估油氣層周圍巖石的種類和成分、分布形式等因素，為保護技術的選擇和參數確定提供有效依據，同時它還能夠分析可能的損害類型、原因和具體情況，對油氣層中可能存在的安全隱患進行探測與判斷，幫助工作人員提前進行事故防范，了解儲集層的敏感性類型程度和原因，避免開采事故。它最主要的作用就是為油氣資源的開采工藝設計提供準確有力的數據依據，對開采技術的選擇和鉆井位置、注水方式等參數的制定進行引導，并為油氣層保護方案的規劃提供保障。

2.4.2 油氣層損害原理

低滲油田中，在井筒附近的區域，由于開采作業的影響或者化學物質的腐蝕、微生物分解作用或者熱力侵蝕等，可能導致油氣層發生損害，其損害機理就是在各種物理化學作用下，儲物層孔隙結構變化，數量減少，大小也發生變化，導致油田滲透率下降。

3 低滲油田注水過程中儲層保護技術詳解

3.1 低滲油田注水后水中的成分分析

3.1.1 細菌

低滲油田中含有的污染性物質種類較多，其中有許多油脂成分，還會有一些致病微生物，其中少量的營養成分能夠被自然界微生物自行降解，也有一些微生物不會大肆繁殖、破壞環境，但諸如硫酸鹽還原菌等，則具有很大危害。在低滲油田長期的開發過程中，由于自然選擇作用，它們對高溫和高壓的耐受度逐漸提升，能夠在高礦化度環境正常生存，注水后環境中氧氣減少，含硫物質在水的作用下聚集，為硫酸鹽還原菌的生長提供適宜環境。開采時，低滲油田的含硫物質會被氧化成為最高價的硫酸鹽，硫酸鹽還原菌則能夠對其進行還原，獲取能量，進行生長和繁殖。它們通常會在水流流速較為緩慢或者不流動的區域大量存在，例如在水流速度低的注水管和排水管道中、原油的儲存容器中或者一些設備和油氣井中結垢位置、有機物質殘渣等地。它們繁殖時會使得周圍pH降低，腐蝕設備，造成開采事故，另外，它們代謝活動產生的廢棄物還具有凝集作用，會形成黑色黏稠物質，降低管道的流通性，甚至將其堵塞。水中還存在其他種類的細菌，與硫酸鹽還原菌相互促進，例如腐生菌，它能夠分解有機物獲得養料和能量，在大量繁殖時，會分泌許多黏液，加劇電化學腐蝕，增強環境酸性，腐蝕設備內壁，造成水質惡化。鐵細菌也是低滲油田中普遍存在的一種微生物，能夠將二價鐵氧化成三價鐵，還可與錳等金屬進行反應，獲取能量，并排出具有一定黏性的廢棄物形成泥垢，為菌落的固定提供便利條件，會導致設備堵塞。它們喜微酸性環境，硫酸鹽還原菌和腐生菌都能為它創造適宜的生長條件，含有大量鐵細菌的水較為渾濁且散發出異味。

3.1.2 結垢物質

在水中存在的大量結垢物質，可能會凝結在一起，導致管道內壁的堵塞，致使爆管事故的發生，并且它還會降低氣體和水體的接觸面，若是進入到燃煤注氣鍋爐中，就會降低熱交換效率，使得開采時所需消耗的能源物質大大增加。

3.1.3 腐蝕性物質

低滲油田中還大量存在著氯化物、硫酸鹽等具有腐蝕性的酸性物質，注水后它們會隨著水流移動，腐蝕金屬設備和管道，若是缺乏妥善處理，導致微小損傷累積，就會使得設備穿孔報廢。

3.2 污染物控制技術

在注水過程中，油田污水對于注水系統的影響十分嚴重，尤其是其中的某些細菌和容易凝集的物質，很容易造成堵塞和設備腐蝕，另外所產生的污水也需要進行一定的處理，不可直接排放，這些都大幅提高了生產升本，因此應當使用污染物控制技術，有效處理水中的某些物質，降低開采所需耗費的資金。首先，在注水過程中應當定期取樣，對各個注水系統、管道中的成分進行定量檢驗，分析微生物和污染物質的種類和數量，為污染物的控制和消除提供有力依據。過去我國低滲油田中所使用的細菌檢測技術存在一定問題，例如可能在低溫環境下檢測，發現水質達標，然而當溫度升高到30℃左右時，微生物就會大量繁殖。

3.2.1 殺菌劑

使用殺菌劑對微生物進行處理，能夠減少水中的雜質，保護儲氣層。根據組分來分析，如今市面上使用的殺菌劑分為氧化還原類型和非氧化還原類型兩種。前者作用強、持續時間短但需要在堿性環境下作用，并且可能腐蝕金屬，還對環境具有較強的污染作用；后者則一般不會腐蝕設備，污染相對也較小，因此應盡量使用非氧化還原殺菌劑。現在常用的有季銨鹽類殺菌劑和多功能新式殺菌劑，效果較強、污染小、性質穩定。

3.2.2 阻垢劑

常用阻垢劑為有機磷系列阻垢劑和聚羧酸類阻垢分散劑。前者能夠與鈣鎂離子等結合并進行分散，阻止其聚合形成污垢，并使得碳酸鹽的晶核作用喪失，使其轉化為疏松物質，能夠隨水流移動；后者則能夠將含有固體的泥沙進行分散，抑制多種污垢的產生，水溶性強，且不會產生污染，能夠直接排放到環境中。

3.2.3 緩蝕劑

常用緩蝕劑有多種類型，能夠以不同方式在金屬表面形成保護膜，但氧化膜型緩蝕劑使用不慎反而會使得腐蝕更加嚴重，沉淀膜型緩蝕劑的效果一般，形成的保護膜不均勻且存在孔隙，因此還應進行改進，斟酌使用。

3.3 精細過濾技術

油氣層受損的一大重要來源就是外來固體顆粒造成的堵塞，想要有效保護油氣層，并確保注入的水能夠順利流動，就應當進行精細過濾，減少固體顆粒物的含量，從而避免孔喉堵塞。大量的實踐經驗表明，如今在低滲油田中較為實用的過濾裝備為雙濾料過濾設備和微空管過濾設備。

4 結語

提升低滲油田的開采技術刻不容緩，它能夠有效緩解我國資源緊缺問題，提高開采效率，降低成本，提高經濟收益。在低滲油田注水過程中，容易對儲層進行破壞，因此需要端正態度，提高重視，引入新的技術加強對儲層的保護，控制固體顆粒物的數量與污染物數量，保障生產的順利進行。