CO2驅微粒運移堵塞機理及解堵技術研究

魏振國 裴鐵民 陳義發 賈喻博 張利樂

中石化河南油田分公司采油二廠 河南 南陽 473400

井樓油田八區巖石主要以棕褐色、褐色細砂巖及粉砂巖為主，礦物成分以石英為主，長石次之，油層孔隙度16.51%～36.67%，滲透率0.066～7.935μm2，采取普通稠油水驅開發方式，平面非均質性強，低滲透井區注水壓力逐漸上升，注水井吸水能力下降。CO2驅技術是低油價下經濟可行的低滲油藏開發方式，長期注水對儲層造成一定程度上的傷害，且注入水中攜帶的固相懸浮顆粒、油污等容易在儲層形成堵塞[1-3]。通過開展CO2驅引起的微粒運移堵塞規律實驗、CO2驅后有機垢解堵實驗，提出解決對策，優化注水井CO2降壓增注技術。

1 實驗材料及條件

1.1 實驗材料

地層水樣：取自目標區塊現場水樣，實驗前用濾紙過濾至澄清無雜質為止；氣樣：高純二氧化碳氣體，純度99.999%；原油樣品：取自目標油藏井口落地油，在實驗室利用油水分離器除去原油中的含水后，通過油氣組分及現場實際生產氣油比數據復配出原始的地層流體；巖心樣品：取自目標油藏直徑為25mm的859-2號和859-5號天然巖心柱，在實驗前經洗油烘干處理后，測定各巖心基礎物性參數。

1.2 實驗條件及方法

1.2.1 CO2驅引起的微粒運移堵塞規律實驗

通過對現場取樣獲得的巖樣經洗油烘干處理后，在溫度50℃和壓力8MPa條件下，以恒定流速開展原油參與或不參與條件下的CO2驅及氣水交替驅，通過測定驅替前后巖心物性的變化來確定微粒運移堵塞規律，同時開展儲層防治措施，以減小微粒運移堵塞對儲層的傷害。

1.2.2 CO2驅后有機垢堵塞機理及解堵分析實驗

在溫度50℃和壓力8MPa條件下，以恒定流速開展CO2驅，結合CO2驅前后有機垢沉淀造成的儲層物性的變化來確定有機垢堵塞規律，同時開展儲層防治措施，以減少有機堵塞對儲層的傷害。經正庚烷清洗掉巖石流體后，主要殘留物為瀝青質和無機垢，說明孔隙度的下降是由瀝青質和無機垢的殘留造成的。經甲苯和無水乙醇將瀝青質洗出，殘留物為微粒和無機垢。分別測得孔隙度和滲透率，對比兩次清洗后的物性參數得到CO2驅替過程中瀝青質沉淀對儲層孔、滲等物性參數的影響。

2 CO2 驅及氣水交替驅過程引起的微粒運移堵塞規律

2.1 在含油條件下CO2 驅過程引起的壓力變化

注CO2后可能存在三種堵塞，包括瀝青質堵塞、無機垢堵塞、地層疏松微粒的釋放與運移堵塞。通過開展含油條件下CO2驅引起的微粒運移堵塞機理實驗，對現場取樣獲得的巖心（859-2號巖心）進行CO2驅，在0.1mL/min注入速度條件下，CO2驅共注入20.28PV。在CO2注入過程的初始階段，注入壓力和出口壓力波動較大，且入出口壓差相對較大，隨CO2注入量的增加，壓差迅速下降，最終穩定在0.02MPa，說明注入CO2可有效降低入出口壓差，從而實現降壓增注的目的。

2.2 在含油條件下CO2 驅前后孔隙度及滲透率變化

對CO2驅后干燥的巖心（859-2號巖心）進行抽真空飽和地層水，測定驅后巖心受無機沉淀及膠結疏松產生的顆粒影響導致的微粒運移堵塞對物性的影響。

在CO2驅后利用正庚烷進行清洗吹干后重新抽空飽和水，測得的巖心孔隙度從31.127%降至31.064%，損失約0.2%；液測滲透率從135.895mD降至47.455mD，損失約65.1%。由于正庚烷無法清洗瀝青質、無機垢、微粒，因此下降是由瀝青質、無機垢、微粒的殘留造成的。

再次經甲苯和無水乙醇進行清洗吹干后重新抽空飽和水，測得的巖心孔隙度和液測滲透率均有所恢復，最終孔隙度由清洗前的31.064%上升至31.099%，恢復了0.113%，滲透率由清洗前的47.455mD上升至69.863mD，比清洗前恢復約47.2%，經甲苯和無水乙醇清洗后可將瀝青質洗出，殘留物為無機垢和微粒，最終滲透率從135.895mD降至69.863mD，損失約48.6%，這時孔隙度、滲透率的下降是由無機垢、微粒的殘留造成的。

在含油條件下，由于原油的粘滯作用強，產生的瀝青質、無機垢、微粒無法順利通過巖心，在一定的條件下膠結或成團，附著在孔隙壁上或滯留在孔喉處，堵塞滲流通道，從而嚴重影響儲層的滲流能力。

2.3 在不含油條件下CO2 轉氣水交替過程引起的壓力變化

開展不含油的CO2驅轉氣水交替驅過程引起的微粒運移堵塞機理實驗，可以看出：在0.1mL/min注入速度條件下，CO2驅共注入8.8PV，CO2-水交替驅共注入12.2PV。CO2注入過程中注入壓力和出口壓力均存在上下波動，總體上入出口壓差在不斷下降，從最初的0.06MPa降到0.02MPa，說明注入CO2過程中可有效降低入出口壓差。后續再進行CO2-水交替驅，壓力差進一步下降，且不斷在0.02～0.06MPa之間波動，注水時注入壓力增加，注CO2時注入壓力降低，說明CO2驅和CO2-水交替驅均可實現降壓增注的目的。

2.4 在不含油條件下CO2 轉氣水交替過程前后孔隙度及滲透率變化

對CO2轉氣水交替后干燥的巖心（859-5號巖心）進行抽真空飽和地層水，測定驅后巖心受無機沉淀及膠結疏松產生的顆粒影響導致的微粒運移堵塞對物性的影響。在CO2轉氣水交替驅后，巖心的孔隙度和滲透率均有增大現象，測得的巖心孔隙度從30.567%增至30.665%，增長約0.32%，增長幅度很小；液測滲透率從73.315mD增至103.826mD，增長約41.6%，增長幅度較大。說明在無油條件下，巖心存在微粒運移，但可以排出，未影響滲流能力。

2.5 在含油條件下CO2 轉氣水交替過程引起的壓力變化

開展含油的CO2驅轉氣水交替驅過程引起的微粒運移堵塞機理實驗，可以看出：在0.1mL/min注入速度條件下，CO2驅共注入10.1PV。CO2注入過程初始階段注入壓力和出口壓力波動較大，入出口壓差最大為0.05MPa左右，隨CO2注入量的增加，壓差迅速下降，最終穩定在0.02～0.03MPa之間，說明注入CO2過程中可有效降低入出口壓差。從而實現降壓增注的目的。后續再進行CO2-水交替驅，壓力差先有所上升，上升至0.08MPa后開始下降，逐漸穩定在0.03～0.06MPa之間波動，注水時注入壓力增加，注CO2時注入壓力降低，說明CO2驅和CO2-水交替驅均可實現降壓增注的目的。

2.6 在含油條件下CO2 轉氣水交替過程前后孔隙度及滲透率變化

對CO2轉氣水交替后干燥的巖心（859-5號巖心）進行抽真空飽和地層水，測定驅后巖心受無機沉淀及膠結疏松產生的顆粒影響導致的微粒運移堵塞對物性的影響。在CO2驅后利用正庚烷進行清洗吹干后重新抽空飽和水，測得的巖心孔隙度從30.665%降至30.214%，損失約1.47%；液測滲透率從103.826mD降至58.310mD，損失約43.8%，是由瀝青質、無機垢、微粒的殘留造成的。再次經甲苯和無水乙醇進行清洗后孔隙度由30.214%上升至30.362%，恢復了0.49%，滲透率由58.310mD上升至72.475mD，比清洗前恢復約24.3%，經甲苯和無水乙醇清洗后可將瀝青質洗出，殘留物為無機垢和微粒，最終滲透率從103.826mD降至72.475mD，損失約30.2%，這時孔隙度、滲透率的下降是由無機垢、微粒的殘留造成的。

結合不含油實驗結果，實際殘留應大于實測孔隙體積的減小量，滲透率的下降主要是由無機沉淀和瀝青質沉積造成的，說明兩者的堵塞很嚴重；與不含油實驗結果對比，含油條件下可動微粒容易被瀝青質所束縛不容易被產出，從而也殘留在孔隙中造成堵塞，影響流體滲流能力。

3 CO2 驅后有機垢的堵塞機理及解決對策研究

3.1 CO2 驅后有機垢堵塞機理實驗

CO2驅引起有機垢堵塞同時也伴隨微粒運移和無機物生成堵塞[4]，CO2驅與氣水交替驅前后各巖心水相滲透率及孔隙度變化實驗對比，可以看出：859-5號巖心在CO2驅后利用正庚烷進行清洗后滲透率從73.315mD降至58.310mD，損失約20.5%，而經甲苯和無水乙醇清洗后，巖心滲透率由清洗前的58.310mD上升至72.475mD，比清洗前恢復了24.3%，最終滲透率從73.315mD降至72.475mD，損失約1.2%，說明該塊巖心主要是由瀝青質的沉積造成的堵塞，無機垢和微粒造成的堵塞很輕微。甲苯和無水乙醇具有良好的有機垢解堵效果，同時還可以對無機垢和微粒運移堵塞起到一定的抑制作用。

3.2 CO2 驅后有機垢堵塞的解決對策分析

（1）正向注入甲苯解堵

在859-5號巖心開展氣水交替驅實驗，經CO2驅20倍孔隙體積后，巖心的水相有效滲透率為4.139mD，正向注甲苯1PV解堵后，水相有效滲透率增加到16.143mD，增加幅度為290%；巖心液測滲透率由72.475mD降至70.542mD，損失約2.67%，孔隙度由30.362%降至30.008%，損失約1.17%。

（2）反向注入甲苯解堵

在859-2號巖心開展氣水交替驅實驗，經CO2驅20倍孔隙體積后，巖心的水相有效滲透率為8.946mD，反向注甲苯1PV后，水相有效滲和率增加到35.785mD，增加幅度為300%；巖心液測滲透率由69.863mD增至69.868mD，提升約0.007%；孔隙度由31.009%增至31.142%，提升約0.43%。

綜上分析可知，甲苯具有良好的有機垢解堵效果，同時還可以對無機垢和微粒運移堵塞起到一定的抑制作用。對比正向和反向注入甲苯解堵對策，反向注入甲苯后不僅可以對有機垢解堵具有良好的優勢，還在一定程度上解除因微粒運移造成的喉道堵塞，提高流體的滲流能力，對增注具有較好的效果。

4 結論

（1）CO2驅和氣水交替驅引起的微粒運移在無油條件下一般不引起堵塞現象，但在有油條件下，微粒運移及無機垢在運移過程中會被原油束縛，容易發生積聚成團，從而對巖石孔喉造成堵塞，在有機垢沉積出現后，無機垢和微粒不容易被排出，從而加劇對巖石的堵塞。

（2）CO2驅后會產生有機垢堵塞，且在引起無機垢和微粒積聚成團堵塞的雙重作用下，儲層滲流能力變差，可通過加注甲苯等有機垢抑制劑或解除劑解決預防或解除有機垢的問題，同時也可以減小因有機垢的析出和結垢作用引起的微粒運移和微粒積聚成團加大導致的堵塞。