氣藏污水回注井表面活性劑降壓增注技術*

郭程飛 ，蔣光跡，韓靜靜 ，郭現紅

（1.中國石化中原油田普光分公司采氣廠，四川達州636156；2.成都理工大學能源學院，四川成都610059；3.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室（成都理工大學），四川成都610059；4.中國石化中原油田勘探開發研究院，河南濮陽457001）

0 前言

四川盆地川東北某碳酸鹽巖氣藏的生產污水采用同層回注方式進行回注，隨著污水累積回注量的增加，回注井的回注壓力升高并達到注水泵壓力上限［1-2］。現場采用酸化措施取得一定效果，大部分回注井回注能力提高、回注壓力降低。但是，酸化措施有效期短，并且部分儲層因酸敏效應，酸化效果不佳［3-5］。

表面活性劑降壓增注技術主要解決低滲透油藏注水井欠注問題［6-8］，該技術通過改變親水或強親水巖石的潤濕性、減小油水界面張力、抑制黏土礦物水化膨脹［9-13］等作用機理，降低巖石孔隙表面束縛水水膜厚度、增大水相相對滲透率，達到增加注入水的可注性和降低注入壓力的效果，使注水井滿足地質配注要求［14-17］。表面活性劑降壓增注技術在氣藏生產污水回注井中的應用尚未見相關報道。本文針對碳酸鹽巖氣藏回注井回注能力不足、回注壓力升高的現狀，通過實驗優選具有耐溫（儲層溫度≥130℃）、抗鹽（礦化度≥80000 mg/L）、潤濕反轉能力強的雜雙子表面活性劑，采用巖心驅替實驗研究注表面活性劑前后氣液兩相滲流規律以及降壓增注效果，形成適用于回注井儲層條件的表面活性劑降壓增注技術，為解決回注站注水壓力高、回注能力不足提供新思路及方法。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

表面活性劑XH207A、XH207B、XH207C，工業級，成都華陽興化化工廠；雜雙子表面活性劑ZS-11、表面活性劑ZP-3、甜菜堿BS-12、改性甜菜堿TCJ-2，工業級，中原油田；十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨，分析純，成都市科隆化學品有限公司。實驗用水為現場實際回注水和模擬回注水，礦化度8×104mg·L-1，主要離子質量濃度（單位mg·L-1）為：Na++K+28270、Ca2+742、Mg2+473、Cl-39472、SO42-2542、HCO3-8500。實驗用空氣代替實際天然氣，成都天源氣體制造有限公司。巖心薄片，為親水的碳酸鹽巖，厚度10 mm、直徑25.4 mm。巖樣為研究區飛仙關組地層取心井的巖心，與回注井層位相同，直徑25.4 mm、長度65 mm，水測滲透率分別為1.42×10-3、1.78×10-3、5.27×10-3、10.53×10-3μm2。

DSA-25型光學接觸角測試儀，德國Krüss公司。驅替實驗裝置包括巖心夾持器、平流泵、中間容器、六通閥、壓力表、管線等，海安石油科研儀器有限公司。

1.2 實驗方法

（1）表面活性劑配伍性評價

采用現場回注水配制各類表面活性劑溶液，倒入玻璃試管中密封，然后置于130℃恒溫烘箱中靜置老化24 h，常溫條件下觀察溶液澄清透明情況，判斷表面活性劑與回注水的配伍性。

（2）表面活性劑潤濕反轉能力評價

參照中國石油天然氣行業標準SY/T 5153—2017《油藏巖石潤濕性測定方法》，采用現場回注水配制有效物含量為0.2%的表面活性劑溶液，分別在20℃、130℃以及150℃條件下將巖心薄片浸泡在表面活性劑溶液中24 h后取出、烘干，然后在對應溫度條件下采用DSA-25光學接觸角測試儀測試現場回注水在巖心薄片上的接觸角。

（3）相滲實驗

按照中國石油天然氣行業標準SY/T 5345—2012《巖石中兩相流體相對滲透率測定方法》，采用非穩態法測定氣液兩相的相對滲透率。先將4只不同滲透率的巖心飽和液相，再使用氣相以泵速10 mL·min-1驅替巖心至束縛水狀態，再用液相以泵速0.2 mL·min-1驅替巖心至殘余氣狀態，記錄各個時刻的驅替壓力、產水量及產氣量，按達西滲流公式處理數據。液相為模擬回注水及其配制的表面活性劑溶液（有效物含量0.2%），氣相為空氣，實驗溫度130℃，巖心出口端1個大氣壓力，圍壓為1.0 MPa。

（4）表面活性劑降壓增注實驗

將巖心清洗、烘干后飽和模擬地層水；先用空氣以泵速10 mL·min-1驅替巖心至束縛水狀態；再用模擬回注水以泵速0.2 mL·min-1驅替至殘余氣狀態；然后以相同泵速注入1.5 PV表面活性劑溶液（有效物含量0.2%）后靜置24 h；后續水驅。分別記錄各個時刻的驅替壓力。實驗溫度130℃，巖心出口端1個大氣壓力，圍壓1.0 MPa。

2 結果與討論

2.1 表面活性劑與回注水的配伍性

在室內溫度（20℃）、儲層溫度（130℃）下，使用實際回注水分別配制不同濃度的10種耐溫抗鹽型表面活性劑溶液，根據溶解情況判斷表面活性劑與回注水的配伍性，結果如表1所示。由表1可知，甜菜堿BS-12、雜雙子表面活性劑ZS-11、表面活性劑ZP-3、十六烷基三甲基溴化銨和十二烷基三甲基氯化銨等5種表面活性劑，在不同溫度及濃度條件下與回注水的配伍性均良好。

2.2 表面活性劑的潤濕反轉能力

回注層的巖性為親水的碳酸鹽巖，回注水注入儲層后，在毛管力的作用下，將在孔隙表面形成束縛水水膜，水膜降低液相的滲流能力，并且水膜的厚度與親水性正相關，即親水性越強水膜厚度越大［14］，對滲流影響越大。在不同溫度下，現場回注水在經不同表面活性劑溶液處理過的巖心薄片上的接觸角見表2。由表2可知，在同一溫度下，5種表面活性劑均不同程度地改變了碳酸鹽巖薄片的潤濕性，其中，雜雙子表面活性劑ZS-11對巖心地潤濕反轉能力最強，可使巖心薄片由親水轉變為中性潤濕，而潤濕性越接近中性潤濕，毛管力對流體滲流的影響越小。此外，表面活性劑的潤濕反轉能力隨溫度的增加而減弱。不過，雜雙子表面活性劑ZS-11具備良好的抗溫耐鹽性，其分子結構上存在多個親水基和親油基，即使溫度超過130℃，現場回注水在經ZS-11溶液處理過的巖心薄片上的接觸角仍大于80°，說明表面活性劑ZS-11的潤濕反轉能力強。因此，綜合表面活性劑與回注水的配伍性和潤濕反轉能力，確定采用雜雙子表面活性劑ZS-11進一步開展巖心驅替實驗。

表1 不同溫度、濃度條件下表面活性劑與回注水的配伍性

2.3 表面活性劑對氣液相滲流的影響

不同滲透率的巖心注表面活性劑前后氣液兩相滲流曲線見圖1。由圖1可知，不同滲透率的巖心注表面活性劑前后氣液兩相滲流曲線形態及變化規律大致相同。整體規律上來看，當含水飽和度為30%數70%時，注表面活性劑溶液的液相相對滲透率較注模擬回注水的提高了21.2%數52.8%，氣相相對滲透率提高了3%數18%，表明雜雙子表面活性劑ZS-11能減小氣液兩相滲流阻力，特別對液相滲流阻力的降低幅度較大。由含水飽和度端點值變化分析，注表面活性劑溶液后，平均束縛水飽和度降低6.2%、殘余氣飽和度降低3.1%，說明加注表面活性劑能拓寬氣液兩相的滲流區間。對于實際回注層而言，注表面活性劑更重要的意義是增加了液相流動區間，具備增注的潛力。

不同滲透率巖心注表面活性劑前后等滲點的變化情況見圖2。注雜雙子表面活性劑ZS-11溶液后的等滲點飽和度較注ZS-11溶液前的降低3.3%數6.2%，且滲透率越小降低幅度越大。經雜雙子表面活性劑ZS-11溶液處理后，巖心潤濕性由親水向中性潤濕轉變，且對滲透率低的巖心的作用效果更好。這是由于巖心滲透率越低，孔隙及喉道尺寸越小，毛管壓力越高，形成的束縛水水膜越厚，因此表面活性劑的作用效果越突出。

表2 現場回注水在不同溫度下在經不同表面活性劑溶液處理過的巖心薄片上的接觸角

2.4 表面活性劑降壓增注效果

圖3給出了不同滲透率巖心在注表面活性劑處理前后注入壓差的變化情況。經有效物含量0.2%的雜雙子表面活性劑ZS-11溶液處理24 h后，所有巖心的注入壓力較處理前均不同程度下降，滲透率為1.42×10-3μm2的巖心的穩定注入壓力由0.46 MPa降至0.27 MPa，降低幅度達41.0%，滲透率為1.78×10-3、5.27×10-3和10.53×10-3μm2的巖心的注入壓力降低幅度依次為32.5%、26.3%和22.5%。結果表明雜雙子表面活性劑ZS-11具有降低注入壓力的效果，特別是對于滲透率較低巖心的降壓效果更為明顯。因此可見，對油藏注水井的表面活性劑降壓增注的技術，同樣適用于氣藏回注井的降壓增注。

圖1 不同滲透率巖心注表面活性劑前后氣液兩相滲流曲線

圖2 不同滲透率巖心注表面活性劑前后等滲點飽和度變化

圖3 不同滲透率巖心注表面活性劑前后注入壓差變化曲線

3 結論

優選的雜雙子表面活性劑ZS-11在130℃、礦化度80000 mg/L回注層條件下，具有配伍性好、潤濕反轉能力強特點。表面活性劑ZS-11溶液能減小氣液兩相滲流阻力，特別對液相滲流阻力的降低幅度較大，氣液兩相滲流區間增大9.3%、等滲點飽和度降低3.3%數6.2%，巖心潤濕性由親水向中性潤濕轉變。表面活性劑ZS-11溶液具有降壓增注效果，特別對滲透率較低的巖心降壓效果更為明顯，降壓幅度可達41.0%。實驗結果為回注站注水壓力升高、回注井回注能力降低等問題提供了新的措施思路及方法，拓展了表面活性劑降壓增注技術的應用范圍。