渤海F油田油井自生氣增能解堵體系性能的研究

張文鵬，鄭繼龍，趙 軍

中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452

渤海F 油田為低滲油藏，儲層物性較差，在油田開發過程中隨著地層能量的衰竭，再加上毛細管作用力的存在，使地層流體運移受阻，油井產液量降低，原地層中流體可流動的孔隙被堵塞［1］，從而導致原始與地層孔喉尺寸相匹配的液滴直徑不再匹配，最終形成油井近井地帶的儲層傷害［2］。油井近井地帶的儲層傷害主要源自于無機物堵塞、儲層敏感性、顆粒運移等，常規酸化解堵技術應用效果逐漸變差，嚴重影響油井的產能［3］。

目前常用的自生氣解堵體系主要采用單液法和雙液法，在工藝方面是將自生氣解堵體系注入地層后通過催化劑或者在油藏溫度條件下自發生成氣體，從而達到增加儲層能量、降低原油黏度及解堵的目的。該技術在國內各油田均有應用。如，宋丹等［4］主要對自生CO2體系性能進行研究，該技術適應高溫油藏，但生氣量較少。左清泉等［5］針對自生N2體系性能及應用情況進行研究，最終發現該技術主要適應高溫油藏，而且需要在催化劑作用下才能實現生氣及增能，在現場施工時需要采用隔離液多段塞注入，所以施工工藝復雜。

本文所研究的自生氣增能解堵技術主要是將2 種自生氣體系溶液依次注入目標油層后，在催化劑作用下2 種自生氣體系可在油層產生大量的自生氣（N2、CO2、NH3和NO2），同時伴隨大量熱量的產生，而且所產生氣體中的CO2（體積分數約為67%）可快速溶解于原油中，降低原油黏度，其他氣體（N2、NH3和NO2的總體積分數約為33%）可快速提高油層壓力，其反應過程分為一級反應和二級反應，且反應過程是先一級反應后二級反應［6-7］。

一級反應：

二級反應：

該體系反應過程中放出的熱量能有效降低原油黏度，同時可使油層流體膨脹，提高油層能量。也就是說，氣體生成過程中發生的增能作用可使油層流體連通，反應產物可有效抑制水鎖［8］，改善乳液傷害，同時能改變巖石表面潤濕性，降低流體流動阻力。而且，體系中的誘發劑（催化劑）屬于一種低碳混合有機酸，可有效解除油井近井地帶的堵塞，最終實現儲層產能提升，達到油井增產增效的目的。

為有效挖潛儲層剩余油，恢復油井產能，本文通過分析油井堵塞的原因、堵塞物類型、堵塞程度，從如何快速提高油層能量及快速解除油井近井地帶堵塞2 個維度著手，針對渤海F 油田研發了一種適合海上油井的自生氣增能解堵體系ZJL-4，并對該體系在油藏溫度壓力條件下的產氣能力、產熱能力和解堵能力進行室內評價［9］，為渤海F油田的高效開發提供技術支持。

1 實驗部分

1.1 實驗條件

地層溫度：84.3 ℃。

實驗用水：渤海F 油田地層水，礦化度19 546.3 mg∕L，屬于NaHCO3水型，地層水水質分析情況如表1所示。

表1 渤海F油田地層水水質分析情況

1.2 實驗藥劑及儀器

實驗藥劑：基于技術原理，通過室內復配實驗，最終確定了自生氣增能解堵體系配方：自生氣體系A 劑為固體氣源藥劑、起泡劑、助排劑、緩蝕劑、鐵離子穩定劑等；自生氣體系B 劑為催化劑、降黏解堵劑、防膨劑、破乳劑、低碳混合有機酸解堵劑等。兩種自生氣體系均為實驗室自制。

實驗儀器：BSA423S型電子天平，賽多利斯公司；美國博勒飛Brookfield 黏度計，廣州市東南科創科技有限公司；巖心驅替裝置，江蘇拓創石油科技有限公司；100 mL 中間容器，江蘇遠通石油有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 體系暫堵能力評價

渤海F 油田天然巖心（1#、2#），規格尺寸相同，且巖心滲透率相近，烘干后抽真空并用地層水飽和巖心。

將巖心分別裝入2 個同樣規格型號的巖心夾持器中，調節驅替速度至5 mL∕min，啟動驅替泵，巖心水驅至注入壓力穩定后，計算巖心滲透率及孔隙度。

1#巖心分別注入自生氣體系A 劑和B 劑各2.0 PV（即巖心的孔隙體積），2#巖心注入自生氣體系B劑2.0 PV，記錄巖心最大驅替壓差。

1.3.2 體系原油降黏能力評價

取質量濃度為100 g∕L的自生氣體系A劑和B劑共5 mL（質量比1∶1）；將藥劑先后加入95 mL原油中，在油藏溫度84.3 ℃條件下反應60 min 后測定原油黏度。

1.3.3 體系解堵能力評價

渤海F 油田天然巖心（3#，與1#、2#巖心大小相同）烘干后抽真空并用地層水飽和巖心。

將巖心裝入巖心夾持器中，調節驅替速度至1 mL∕min，啟動驅替泵，巖心水驅至注入壓力穩定后，計算巖心滲透率K1。

3#巖心分別注入自生氣體系A 劑和B 劑各2.0 PV 后，后續水驅至驅替壓力穩定，測定巖心滲透率K2，計算巖心滲透率提高程度ΔE（ΔE=（K2-K1）∕K1×100%）。

1.3.4 體系增能能力評價

取100 mL 中間容器，將活塞推至中間容器底部，備用。

取50 mL 質量濃度為100 g∕L 的自生氣體系A劑和B劑（質量比1∶1）注入100 mL中間容器內。

安裝中間容器頂蓋后觀察容器內壓力隨時間的變化，測定時間30 min。

1.3.5 體系提高有效孔隙體積能力評價

渤海F 油田天然巖心（4#，與1#、2#巖心大小相同）烘干后稱取巖心質量為m1。

巖心抽真空后用煤油飽和測巖心質量m2。

用自生氣體系A劑飽和巖心后繼續用自生氣體系B 劑驅替巖心至壓力穩定后烘干稱質量m4，最后用煤油飽和巖心并稱質量m5，計算巖心空隙體積V（V原始=（m2-m1）∕0.78，V處理后=（m5-m4）∕0.78，其中，0.78為煤油密度（g∕L））。

2 自生氣增能解堵體系性能評價

基于該體系的作用機制，在自生氣增能解堵體系性能評價過程中重點需對該體系的增能能力、暫堵能力、降黏能力以及酸化解堵能力等進行評價［10-13］，實驗采用渤海F 油田天然巖心開展地層條件下的模擬實驗，對該體系的性能進行評價。

2.1 自生氣增能解堵體系暫堵能力評價

基于自生氣增能解堵體系的暫堵能力，開展該體系對高滲透層的暫堵能力評價實驗，實驗方法參照1.3.1，結果如表2所示。

表2 體系暫堵能力驅替壓力變化數據

由表2 可知：自生氣體系A 劑和B 劑單獨注入巖心后，巖心最大驅替壓差僅為0.48 和0.51 MPa；在同樣的驅替速度條件下，將自生氣體系A 劑和B 劑先后注入巖心，當自生氣體系A 劑和B 劑同時在巖心中存在時，巖心最大驅替壓差達到了1.32 MPa，同時在注入自生氣體系B 劑后巖心出口有氣體產生，說明自生氣體系A 劑和B劑在巖心中發生生氣反應，從而使得驅替壓力增加，在反應空間中瞬間產生高能氣體，具有阻礙其他流體進入反應空間的作用，使后續注入的流體能更好地進入中低滲儲層［14］。

2.2 自生氣增能解堵體系原油降黏能力評價

基于自生氣增能解堵體系的原油降黏能力，對原油降黏能力進行評價實驗，實驗方法參照1.3.2，結果如表3所示。

表3 體系處理前后原油黏度變化

由表3 可知：加入自生氣體系A 劑和B 劑后，該體系在原油中降黏率可達到82.03%，對原油具有較好的降黏效果。可能的原因是：由于該體系在地層條件下反應時所產生的大量熱量可提高油層溫度、降低原油黏度，能解除油井近井地帶角質瀝青質等造成的污染；同時該體系所生成的氣體（CO2）在原油中具有較強穿透性，能驅替油層孔隙中其他流體無法驅替到的剩余油，甚至在高溫高壓條件下該體系所生成的氣體（CO2）與原油可形成混相∕非混相，降低原油黏度，提高流體流動能力，因此在升溫降黏和CO2溶解降黏的共同作用下，該體系才具有較好的降黏效果。

2.3 自生氣增能解堵體系解堵能力評價

基于自生氣增能解堵體系酸化解堵能力，開展該體系對巖心的滲透率改善能力評價實驗，通過其對巖心滲透率的改善程度分析體系對巖心的解堵能力，實驗方法參照1.3.3，結果如表4所示。

表4 體系解堵能力滲透率變化

由表4可知：加入自生氣體系A劑和B劑后，該體系的巖心滲透率提高了12.44%，說明該體系對提高巖心滲透率具有一定的作用。可能的原因是：由于水驅過程中注入水對巖心滲透率造成一定的堵塞。該體系中的誘發劑（催化劑）屬于一種低碳混合有機酸，可與油層中的無機垢和有機沉淀發生作用［15］，當體系注入巖心后能有效解除巖心中堵塞物，從而對巖心的滲透率具有一定的改善效果。

2.4 自生氣增能解堵體系增能能力評價

基于自生氣增能解堵體系增能能力，開展該體系對儲層空間增能能力的評價實驗，實驗方法參照1.3.4，結果如表5所示。

表5 體系增能能力變化

由表5 可知：加入自生氣體系A 劑和B 劑后，該體系反應后生成氣體，使有限空間增壓，有限空間的壓力從0 增加至11.6 MPa，說明該體系所產生的高能氣體（N2、CO2、NH3和NO2）可快速提高有限空間壓力。

2.5 自生氣增能解堵體系提高有效孔隙體積能力評價

基于自生氣增能解堵體系提高有效孔隙體積，開展該體系對有效孔隙體積變化率的評價實驗，實驗方法參照1.3.5，結果如表6所示。

由表6 可知：加入自生氣體系A 劑和B 劑后，該體系可使巖心的空隙體積增加，可讓原始空隙體積提高8.52%，主要是由于該體系所產生的高能氣體（N2、CO2、NH3和NO2）可快速提高油層壓力，同時伴隨大量熱量的產生，氣體生成過程發生“脹”“穿”“聯”作用可提高油層能量，使油層流體連通，從而提高流體在油層的滲透性和流動性。

表6 巖心空隙體積變化

3 結論

1）加入自生氣體系A 劑和B 劑后，該體系在反應空間中瞬間產生高能氣體，使驅替壓力瞬間增加至1.32 MPa，具有阻礙其他流體進入反應空間的效果及作用，使后續注入的流體能更好地進入中低滲儲層。

2）在自升溫降黏和CO2溶解降黏的共同作用下，該體系在原油中降黏率可達到82.03%，對原油具有較好的降黏效果。

3）自生氣體系中的誘發劑（催化劑）可與油層中的無機垢和有機沉淀發生作用，在巖心中對提高巖心滲透率具有改善效果，能有效解除巖心中堵塞物，體系處理后的巖心滲透率提高了12.44%。

4）自生氣體系反應后產生的高能氣體（N2、CO2、NH3和NO2）可快速提高有限空間壓力，使有限空間增壓壓力從0 增加至11.6 MPa；氣體生成過程發生了“脹”“穿”“聯”作用，可使巖心的空隙體積增加，該實驗可使原始空隙體積提高8.52%。