曲9-21塊防膨縮膨劑篩選室內評價與研究

戴 群，尚 巖，殷文亭，張廣中，王海燕，渠慧敏

1.中國石化勝利油田分公司 石油工程技術研究院，山東 東營 257000，2.中國石化勝利油田分公司 石油開發中心，山東 東營 257000

曲9斷塊區位于曲堤鼻狀構造帶的中部，是受曲堤II、III號斷層控制形成的狹長地壘式反向屋脊斷塊，是曲堤油田最大的含油斷塊。9-21斷塊位于曲9斷塊區西部是由東南向西北傾沒的單斜構造，主要含油層系為沙三段、沙四段，含油面積1.98 km2，地質儲量445.0×104t。曲9-21塊目前有注水井17口，開14口，日注197 m3，平均單井日注13 m3，水井欠注導致地層能量逐年下降，嚴重影響油井產量，區塊整體處于低液、中高含水、低采出程度、低采油速度的開發階段。

根據沙三段118塊樣品、沙四段197塊樣品分析，沙三段和沙四中段為高孔中滲儲層；沙四上段和沙四下段為高孔高滲儲層。資料表明儲層具有較強的敏感性。借助X全巖衍射資料(表1)可以看出儲層黏土礦物含量較高(平均19.0%)，其中以伊-蒙間層為主，其次為高嶺石、綠泥石和伊利石，屬于中等偏強水敏。伊-蒙間層主要由遇水易膨脹的礦物構成，易發生黏土膨脹和分散造成地層傷害。 為解決注水開發過程中黏土礦物遇水膨脹問題，開展室內實驗研究，分析注入水水質狀況、注入水結垢趨勢預測以及地層水與注入水配伍性并篩選出適合的防膨縮膨劑[1-3]，以減少注入水對儲層的傷害，提高采出程度。

表1 曲9塊黏土礦物組分

1 注入水水質現狀分析

曲9-21塊注入水來源于精細處理水，依據標準 Q/SH 1020 1860—2020碎屑巖油藏注水水質標準及分析方法，對曲9-21塊沿程水質進行了分析，分析結果見表2。

表2 曲9-21塊沿程水質分析結果

由表2可知:精細過濾系統水處理效果好，處理后的懸浮物、含油量、細菌等指標均能達到3級注水標準，能夠滿足區塊注入要求。

2 注入水結垢趨勢預測

對區塊地層水和注入水全離子進行分析，結果見表3。

由表3可知：注入水與地層水的水型均為氯化鈣型，注入水與地層水中均含有一定量的鈣、鎂、鋇鍶，硫酸根、碳酸氫根等成垢離子，當條件變化時極易生成碳酸垢及鋇鍶垢。

根據標準SY/T 0600—216 《油田水結垢趨勢預測》 使用Ryznar穩定指數法(SAI)和Davis-Stiff飽和指數法(SI)預測了注入水在不同溫度下碳酸鈣結垢趨勢，結果見表4。

表3 地層水和注入水全離子分析結果

表4 注入水在不同溫度下碳酸鈣結垢趨勢

從表4可以看出，SAI方法預測發現小于50 ℃時沒有結垢趨勢，而在50、60 ℃ 時均結垢，當溫度達到70 ℃時，結垢趨勢嚴重；SI方法預測發現30 ℃時開始有結垢趨勢。曲9-21塊沙三、沙四地層溫度約50 ℃， 綜合表3～4的數據可知，注入水注入地層后易生成碳酸鹽垢。

3 注入水與地層水配伍性評價

注入水與儲層流體、巖石的配伍性直接影響著注入水的吸水能力和注水效果。通過注入水與地層水的靜態配伍性實驗，可研究預測注入水注入過程和地層水產出過程的結垢趨勢。

將注入水、地層水過濾后按照一定比例混合，在不同溫度下(50、70、90 ℃)靜置24 h，根據靜置前后溶液中硬度的變化計算結垢量，變化曲線見圖1～3。注入水和地層水的自身穩定性均較差，加熱后均結垢。當注入水與地層水以任意比例混合后，實際結垢量大于理論結垢量，說明注入水與地層水不配伍。溫度越高，結垢量越多。曲9-21塊沙三、沙四地層溫度約50 ℃，雖然也不配伍，但是溫度相對較低、結垢量小。

圖1 50 ℃下注入水和地層水配伍結垢趨勢

圖2 70 ℃下注入水和地層水配伍結垢趨勢

圖3 90℃下注入水和地層水配伍結垢趨勢

4 防膨縮膨劑篩選

4.1 防膨縮膨劑的靜態優選

以鈉基膨潤土為對象，土對曲9-21區塊前期應用的防膨縮膨劑以及最新配方(共9種)用離心法進行室內靜態評價，每種藥劑分別做4個不同濃度的防膨縮膨實驗，測定膨潤土粉在防膨縮膨劑溶液和水中體積膨脹增減量來計算防膨率和縮膨率，結果見表5～6和圖4。由表5～6及圖4可知：隨著藥劑濃度的增加，防膨縮膨效果會增加，但當質量濃度超過4%后，防膨縮膨效果趨于穩定，增加不明顯。 9種藥劑的防膨效果均較好，縮膨效果較好的有BY-F、NT、XSP-1、XSP-2(大于40%)。綜合防膨和縮膨效果優選XSP-1、XSP-2，最佳濃度為5%。

表5 不同濃度下防膨縮膨劑的防膨率

表6 不同濃度下防膨縮膨劑的縮膨率

圖4 質量分數為5%的防膨縮膨劑效果

4.2 防膨縮膨劑與注入水的配伍性評價

防膨縮膨劑在注水流程被注入水稀釋后注入儲層，如果與注入水配伍性差或不配伍，產生的沉淀物質必然堵塞儲層[4]。優選出的XSP-1、XSP-2兩種防膨縮膨劑質量分數分別為3%、4%和5%，在50 ℃(模擬地層溫度下)和常溫條件下與曲9-21塊的注入水混合，在高溫高壓反應釜中放置24 h后觀察實驗現象。防膨縮膨劑溶液，攪拌后成乳白色溶液，靜置后溶液均勻，沒有分層和沉淀現象。 由此可見：XSP-1、XSP-2這兩種防膨縮膨劑和注入水混配后清亮透明無沉淀，說明配伍性好。

4.3 防膨縮膨劑的動態評價

動態評價實驗主要評價防膨縮膨劑在注入過程中通過真實巖心的驅替效果，以模擬實際的注入情況。利用靜態評價方法優選出的兩種防膨劑進行巖心驅替實驗。實驗巖心取自曲9-213井沙三段、曲9-斜124井沙四上段、曲9-斜620井沙四中段。實驗流程為：先將本區塊巖心在巖心夾持器中連續注入注入水50 PV(50倍孔隙體積)浸泡1 d共5個輪次，浸泡時間約為1周，使巖心充分與注入水接觸，模擬地層中巖心遇水浸泡后的膨脹狀態，同時測定并記錄滲透率、壓力等情況；然后將配制好的縮膨劑注入巖心50 PV，靜置24 h，測定并記錄滲透率、壓力；最后以不少于200 PV(200倍孔隙體積)注入水連續注入，測定穩定流動時的滲透率、壓力等變化。

以XPS-1防膨縮膨劑巖心驅替實驗數據(表7)和曲線(圖5～7)為例可知：

1)注入注入水300 PV(300倍孔隙體積)后，對滲透率傷害在42%～48%；注入XSP-1后縮膨率在61%～68%；滲透率恢復率為83.09%～96.71%。

2)高滲與低滲相比，受黏土膨脹影響更大，同時恢復滲透率難度越大；防膨縮膨對低滲效果更佳。

3)XSP-1對于本區塊恢復滲透率在80%以上，能夠有效改善因黏土膨脹造成的地層堵塞，對曲9-21區塊沙三段、沙四上段、沙四中段均有較好的滲透率改善效果。

圖5 曲9-213井沙三段巖心在注入 XSP-1后滲透率變化

圖6 曲9-斜124井沙四上段巖心在注入 XSP-1后滲透率變化

圖7 曲9-斜620井沙四中段巖心在注入 XSP-1后滲透率變化

表7 XSP-1防膨縮膨劑巖心驅替實驗數據

5 結論與認識

1)室內實驗數據分析表明，曲9-21區塊水質能夠滿足區塊注入要求，但在50 ℃開始結垢、50～70 ℃結垢較為嚴重，注入水、地層水混合后結垢量呈現增加趨勢。建議注水系統實施連續投加有效緩釋阻垢劑，以減少潛在結垢趨勢的傷害。

2)防膨縮膨體系XSP-1、XSP-2，防膨縮膨劑對膨潤土的靜態防膨率在90%以上、縮膨率40%以上。

3)動態巖心驅替實驗結果表明，防膨縮膨體系XSP-1、XSP-2對曲9-21區塊的巖心滲透率恢復率在80%以上。

4)室內實驗篩選出了適合于曲9-21區塊的防膨縮膨體系XSP-1、XSP-2，為區塊下一步防膨縮膨增注提供了實驗基礎。