吉林油田低滲透氣藏防水鎖處理劑的實(shí)驗(yàn)研究

王軍（中石油吉林油田分公司采油工藝研究院，吉林 松原 138000）

原始狀態(tài)下，氣藏中的天然氣以非濕相聚集在大孔道的中間，原生水則以平衡狀態(tài)分布在小孔道附近。在鉆完井、壓裂、修井、增產(chǎn)等作業(yè)過程中，外來液相侵入地層，受毛細(xì)管壓力的影響，易發(fā)生水相的毛細(xì)管自吸作用，導(dǎo)致外來水返排困難［1］。造成水鎖傷害的主要原因是氣藏中水相的聚集滯留，更低的滲透率就意味著其影響更為嚴(yán)重［2］。

吉林油田研究區(qū)塊為致密氣藏，儲(chǔ)層受外來液相的影響極易發(fā)生水鎖傷害，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低，影響開發(fā)效果。優(yōu)選適宜的防水鎖劑對(duì)于該類氣藏的有效開發(fā)具有重要意義。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)藥品與儀器

1）試驗(yàn)試劑 模擬地層水；KCl，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純；表面活性劑FC－3B，江漢油田采油工藝研究院制；甲醇，天津市永大化學(xué)試劑有限公司，分析純。

2）試驗(yàn)儀器 JZC－15TSE型電子天平，福州科迪電子技術(shù)有限公公司；D－250L型恒速恒壓泵、平面二維平模模擬評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，海安石油科研儀器有限公司。

1.2 天然巖心自吸性能評(píng)價(jià)

利用巖心自吸試驗(yàn)可以評(píng)價(jià)防水鎖劑性能［3］。通過得到含水飽和度－時(shí)間曲線圖可以分析防水鎖劑對(duì)巖心自吸性能的影響。

巖心自吸試驗(yàn)過程：①將巖心干燥，以確保巖心是清潔干燥的；②巖心抽空質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的飽和KCl溶液后，用濾紙輕輕吸干巖石表面液體，測(cè)出巖心飽和后的質(zhì)量；③在巖心稱取干重后用膠帶密封巖心側(cè)面，將其懸掛于鐵架臺(tái)上；④將裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的KCl溶液的燒杯放置于電子天平上，清零；⑤通過調(diào)節(jié)鐵架臺(tái)，使巖心底部與液面接觸（約1mm），同時(shí)開始計(jì)時(shí)并記錄電子天平讀數(shù)變化。調(diào)節(jié)巖心高度使之保持只有底部與液面接觸；⑥將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的KCl溶液換為所配制的防水鎖液，重復(fù)步驟②～④。

結(jié)果分析計(jì)算公式為：

式中：Sw為含水飽和度，%；Vw為吸入水的體積，cm3；V為巖心的孔隙體積，cm3。

試驗(yàn)選用巖心滲透率為0.5261mD，巖心孔隙度為9.4%，孔隙體積為3.3cm3。通過比較質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的KCl溶液與防水鎖液對(duì)巖心自吸效果的影響，可以判斷防水鎖劑對(duì)巖心自吸性能的控制能力。

1.3 巖心滲透率傷害與恢復(fù)試驗(yàn)

試驗(yàn)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%KCl溶液作為對(duì)巖心損害、造成氣藏水鎖的工作液。具體試驗(yàn)步驟如下：①將巖心飽和地層水；②將巖心裝入巖心夾持器，設(shè)定圍壓8MPa以及恒速恒壓泵流速；③用地層水測(cè)試巖心初始滲透率，停泵；④改變驅(qū)替方向，反向注氣，測(cè)出束縛水條件下氣相滲透率KB，停泵；⑤再改變驅(qū)替方向，正向注入工作液，待穩(wěn)定后再反向注氣，測(cè)出氣相滲透率KD，停泵；⑥正向注入補(bǔ)救劑即防水鎖劑，注入體積約為500PV，然后反向注氣，測(cè)出處理后氣相滲透率KF，停泵。

2 氣藏防水鎖劑配方的確定

2.1 氣藏水鎖傷害的機(jī)理研究

水鎖傷害普遍發(fā)生在鉆井、完井、修井等作業(yè)過程中，主要是外來液相侵入儲(chǔ)層導(dǎo)致油氣滲透率降低。處于原始狀態(tài)下的氣藏，天然氣主要聚集在大孔道的中間，小孔道附近則分布著原生水，二者呈平衡狀態(tài)。一旦儲(chǔ)層被打開，外來液相侵入地層，在水－氣彎曲界面產(chǎn)生的毛細(xì)管壓力使水相發(fā)生自吸，進(jìn)而產(chǎn)生水鎖傷害。

由于水取代氣比水取代油更容易，水可進(jìn)入更小的氣藏孔道，返排過程中氣又難以驅(qū)走小孔道中的水。因此，氣藏的水鎖傷害將比低滲透油藏的更為嚴(yán)重。

2.2 氣藏防水鎖處理劑配方的確定

根據(jù)氣藏防水鎖機(jī)理［4～7］，確定防水鎖劑配方。加入表面活性劑減小侵入液的表面張力，改變儲(chǔ)層的潤(rùn)濕性；加入KCl穩(wěn)定黏土，減小工作液對(duì)儲(chǔ)層的傷害；加入揮發(fā)性溶劑，加速地層水的蒸發(fā)。經(jīng)過前期篩選，確定吉林油田研究區(qū)塊氣藏防水鎖劑的配方為2%KCl＋0.02%氟碳表面活性劑FC－3B＋30%甲醇（配方中百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)），體系表面張力為21.32mN／m。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 天然巖心自吸性能評(píng)價(jià)結(jié)果

自吸現(xiàn)象普遍存在于多孔介質(zhì)中，主要受毛細(xì)管壓力與重力的共同作用。由于低滲透儲(chǔ)層巖石的毛細(xì)管壓力遠(yuǎn)大于重力，因此對(duì)于低滲透儲(chǔ)層，一般只考慮毛細(xì)管壓力的作用，而忽略巖心自吸過程中重力的影響。

自吸現(xiàn)象越明顯，說明毛細(xì)管壓力越大，造成的水鎖就將越嚴(yán)重。通過在工作液中加入防水鎖劑降低表面張力，可以有效降低毛細(xì)管自吸力，在毛細(xì)管半徑不變的前提下，減小排液時(shí)間，相同時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)層的含水飽和度減小，含氣飽和度增加，可以有效預(yù)防水鎖傷害的發(fā)生。

室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果見圖1，可以看出，防水鎖劑能夠減緩巖心的自吸作用。使用防水鎖劑后，在巖心自吸過程中，含水飽和度明顯低于使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%KCl溶液的含水飽和度，由此可知，使用防水鎖劑溶液能夠減緩巖心自吸作用使含水飽和度上升較為平緩，具有良好的防水鎖效果。

圖1 巖心含水飽和度與時(shí)間曲線

3.2 巖心滲透率傷害與恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)利用4塊天然巖心完成。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，經(jīng)過防水鎖劑處理后，巖心滲透率恢復(fù)值達(dá)97%以上，巖心損害率不到3%，說明該防水鎖劑具有良好的防水鎖性能，適用于吉林油田研究區(qū)塊氣層的防水鎖處理，提升氣井開發(fā)效果。

表1 氣層防水鎖劑傷害評(píng)價(jià)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

1）針對(duì)吉林油田研究區(qū)塊氣藏所開發(fā)的防水鎖處理劑配方為2%KCl＋0.02%FC－3B＋30%甲醇（配方中百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)），該配方綜合了化學(xué)及物理防水鎖技術(shù)。

2）開發(fā)的防水鎖處理劑能夠明顯減弱致密巖心的自吸作用，降低含水飽和度，進(jìn)而減小水鎖傷害。

3）開發(fā)的防水鎖處理劑對(duì)巖心滲透率的傷害低于3%，而且對(duì)于污染過的巖心，能夠有效恢復(fù)巖心滲透率達(dá)97%以上。

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