特低滲油藏CO2驅(qū)儲層結(jié)垢趨勢的綜述

崔喜江 李國慶 周丹 田輝(.新疆敦華石油技術(shù)股份有限公司，新疆 克拉瑪依 834000；.新疆油田公司百口泉采油廠油田研究所，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引言

新疆準噶爾盆地中央坳陷瑪湖凹陷西斜坡上的瑪18井區(qū)百口泉組油藏，屬于異常高壓、無邊底水、致密砂礫巖油氣藏，2015年以來投入開發(fā)，初期部署三塊不同井距的直井開發(fā)區(qū)，后轉(zhuǎn)為大規(guī)模水平井分段壓裂開發(fā)。2017年直井區(qū)2口井注水試驗失敗，為探索有效補充能量手段，2018年4月～10月在瑪18小井距直井開發(fā)區(qū)開展了11口井的CO2吞吐試驗。措施取得一定增產(chǎn)效果，整體換油率0.4左右，存在的主要問題是措施后機抽井出現(xiàn)嚴重的井筒結(jié)垢問題，造成頻繁卡泵修井，并很快供液不足，大部分井機抽產(chǎn)量低于措施前水平。為此，我們調(diào)研了由于注入CO2對儲層或井筒造成影響的相關(guān)文獻和研究進展，擬針對該問題提供系統(tǒng)有效的解決思路和切實可行的解決方案。

1 研究進展

油氣田注CO2驅(qū)油產(chǎn)生的主要問題有腐蝕、結(jié)垢和瀝青質(zhì)沉淀。腐蝕問題主要發(fā)生在井筒、集輸管線和儲運環(huán)節(jié)，瀝青質(zhì)沉淀可能會引起的近井地帶堵塞，主要發(fā)生在瀝青質(zhì)含量高的稠油油藏，所以本文不做贅述。僅對涉及到低滲稀油油藏注CO2造成儲層或井筒結(jié)垢相關(guān)的研究進展進行梳理分析，從而對瑪18井區(qū)油藏面臨的結(jié)垢問題提供有效的解決思路。

對于CO2驅(qū)油過程中儲層物性變化規(guī)律的認識，研究者存在很大分歧。使用不同地區(qū)油藏巖心樣品，得到的實驗結(jié)果差異較大。

1.1 CO2進入儲層通過溶蝕作用改善儲層滲透率

多數(shù)研究者認為CO2進入儲層通過溶蝕作用改善了儲層滲透率，在注入端和儲層中保持較高的溫度和壓力，以及較低的pH值，析出碳酸鹽沉淀的幾率小，而在采出端壓力驟然下降，CO2氣大量脫出，pH值回升等因素造成結(jié)垢趨勢增加。如鄂爾多斯盆地延長組儲層是典型的低孔、特低滲儲層，CO2驅(qū)油過程中的儲層結(jié)垢規(guī)律室內(nèi)實驗研究發(fā)現(xiàn)：

(1)在注氣井近井地帶和油藏深部，CO2與延長組CaCl2地層水不易產(chǎn)生無機垢沉淀；反而會溶蝕儲層巖石，改善儲層物性；其中在注氣井近井地帶的溶蝕作用遠高于在油藏深部的。

(2)在采油井近井地帶，因壓力下降劇烈，溶解于地層流體中的CO2大量逸出，部分原本溶解的Ca(HCO3)2礦物易分解形成不溶性沉淀，堵塞油井近井地帶及井筒，影響延長組特低滲油藏采油井生產(chǎn)[1]。西南石油大學利用中原油田地層水及儲層巖石樣品進行CO2和地層水、儲層配伍性實驗研究，表明注CO2過程中不會產(chǎn)生碳酸鈣沉淀堵塞孔道降低儲層滲透率；相反由于CO2溶解于水中生成碳酸溶蝕了巖石的某些膠結(jié)物，使巖石滲透率得到改善[2]。根據(jù)室內(nèi)有關(guān)實驗和理論計算，在油層內(nèi)盡管有大量的成垢離子，但一般不會發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。當結(jié)垢物質(zhì)隨產(chǎn)出液從生產(chǎn)井采出后，卻容易在采油管柱和地面集輸管線系統(tǒng)結(jié)垢。這主要是由于壓力和溫度的遽然下降，造成CO2的溶解度相比在油藏條件下降低8l%～87%導致[3]。

1.2 CO2進入儲層對儲層物性的影響因素

有研究學者以延長靖邊油田特低滲油藏儲層巖心為研究對象，研究了不同反應(yīng)時間和壓力下CO2-水-巖石相互作用后，巖石孔隙度、滲透率和孔隙結(jié)構(gòu)分布的變化，考察壓力對CO2水。巖石相互作用后巖石表觀形貌及溶液中Ca2+濃度的影響。結(jié)果表明，巖石孔隙結(jié)構(gòu)的變化受溶蝕作用、微粒運移和新生礦物沉積的綜合影響。當反應(yīng)時間較短時(6～24h)，巖石水測滲透率降低；隨著反應(yīng)時間逐漸延長，巖石孔隙度先降低后增加，巖石滲透率恢復值逐漸增加，隨著反應(yīng)壓力的增加，溶蝕作用明顯加劇，溶液中Ca2+濃度上升[4]。

取自松遼盆地南部埋深1829m的油層巖心樣品，在實驗室條件下模擬地層條件下飽和CO2水驅(qū)過程中的CO2-水-巖石相互作用實驗，結(jié)果表明儲層發(fā)生溶蝕主要針對方解石和鐵白云石當碳酸鹽礦物，飽和CO2水驅(qū)實驗后有少量高嶺石和中間產(chǎn)物生成，儲層巖心滲透率、孔隙體積和孔隙度分別下降了4%、3%和2.5%。礦物溶解或新礦物生成過程中釋放出來的粘土顆粒堵塞孔喉，是導致飽實驗后巖心滲透率降低的主要原因[5]。

綜上所述，CO2與地層水、儲層巖石間的相互作用所引起儲層物性的變化不僅與油藏壓力、溫度、地層水和巖石性質(zhì)有關(guān)，而且與注入地層的CO2流體的物理化學性質(zhì)密切相關(guān)。研究表明，CO2注入儲層后會與地層水、礦物發(fā)生復雜的作用，引起儲層巖石中可溶性礦物的溶蝕和新礦物的沉淀，導致儲層滲透率、孔隙度的改變。注入CO2后，一方面對碳酸鹽礦物的溶蝕作用會形成大量次級溶蝕通道，有利于儲層滲透率升高。另一方面，三種相態(tài)和物質(zhì)相互作用會形成新的礦物晶體，并且造成大量粘土顆粒釋放分散到流體中，在運移過程中堵塞少量巖石孔隙喉道，降低了孔隙體積和滲透率[7]。

2 國內(nèi)外CO2驅(qū)油項目研究

目前世界上大部分油田仍采用注水開發(fā)，這就面臨著需要進一步提高采收率和水資源缺乏的問題。國外近年來大力開展二氧化碳驅(qū)油提高采收率技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。這項技術(shù)不僅能滿足油田開發(fā)的需求，還可以解決二氧化碳的封存問題，保護大氣環(huán)境。把二氧化碳注入油層中可以提高原油采收率。與其他驅(qū)油技術(shù)相比，二氧化碳驅(qū)油具有適用范圍大、驅(qū)油成本低、采收率提高顯著等優(yōu)點。據(jù)國際能源機構(gòu)評估認為，全世界適合二氧化碳驅(qū)油開發(fā)的資源約為3000億～6000億桶。注入二氧化碳用于提高石油采收率已有30多年的歷史。二氧化碳驅(qū)油作為一項日趨成熟的采油技術(shù)已受到世界各國的廣泛關(guān)注，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全世界正在實施的二氧化碳驅(qū)油項目有近80個。該技術(shù)不僅適用于常規(guī)油藏，尤其對低滲、特低滲透油藏，可以明顯提高原油采收率。

中國CO2驅(qū)油始于20世紀60年代，大慶油田率先開展了注CO2小井距提高采收率先導試驗和輕質(zhì)油段塞提高采收率現(xiàn)場試驗，階段提高采收率8%～10%。此后，國內(nèi)CO2驅(qū)研究工作長期停滯不前，直到80年代相繼發(fā)現(xiàn)了蘇北黃橋、吉林萬金塔等天然CO2氣源，才開始重視CO2驅(qū)的研究。至2010年，中國石油吉林、大慶、長慶等油田，中國石化華東、江蘇、勝利、中原、東部等油田以及延長油田都進行了廣泛的研究、先導試驗和推廣應(yīng)用。新疆油田地區(qū)缺乏天然CO2氣源，外部運輸CO2距離長成本高，在一定程度上制約了CO2驅(qū)油技術(shù)的應(yīng)用和推廣，因此新疆油田在CO2驅(qū)油應(yīng)用方面落后于東部地區(qū)油田，至2012年才陸續(xù)開展小規(guī)模CO2驅(qū)油試驗。

通過對國內(nèi)外相關(guān)文獻調(diào)研，初步得到以下五點認識：

(1)關(guān)于CO2-H2O-儲層巖石體系相互作用的認識，前人已經(jīng)開展了大量的室內(nèi)實驗和分析研究工作，積累了豐富的文獻資料；

(2)CO2與地層水、儲層巖石間的相互作用影響因素包括油藏壓力、溫度、地層水和巖石性質(zhì)等，每個油藏都有所差異，需要具體問題具體分析；

(3)新疆準噶爾盆地相比東部盆地，地溫梯度較低，僅有約0.02℃/m，絕大多數(shù)油藏溫度不超過100℃，儲層注入CO2后，溶蝕后再沉淀或再成礦作用相對較弱，預(yù)計儲層滲透率下降的風險較低；

(4)采出端近井地帶或井筒結(jié)垢的問題并不是新出現(xiàn)的問題，在國內(nèi)外CO2驅(qū)油項目中普遍發(fā)生，隨著技術(shù)進步在20世紀80年代就已經(jīng)有較為成熟的防范和處理方法；

(5)應(yīng)用目的不同，優(yōu)化試驗參數(shù)的方向也要做出調(diào)整。對于CO2驅(qū)油項目來說，盡可能發(fā)揮溶蝕作用改善儲層物性才能有效驅(qū)替剩余油，而對于CO2封存項目來說需要盡可能的在地層深部產(chǎn)生碳酸鹽再沉淀固定CO2。

3 結(jié)語

針對瑪18井區(qū)百口泉組油藏結(jié)垢問題，需要使用真實巖心、原油和地層水開展CO2與地層水、儲層巖石間的相互作用室內(nèi)實驗研究，并同時開展長巖心CO2驅(qū)替實驗、最小混相壓力測定等研究工作，確認CO2進入儲層后對于儲層物性、巖性的實際影響，才能準確分析本區(qū)油藏實施規(guī)模化CO2驅(qū)油是否可行；目前已開展2口水平井和1口直井的酸化試驗，均不同程度的恢復了油井的供液能力，建議選取重點井進行連續(xù)監(jiān)測，分析總結(jié)入井液、采出液的離子成分變化規(guī)律，與室內(nèi)實驗分析結(jié)果相互驗證；建議調(diào)研目前比較成熟的防垢阻垢技術(shù)和裝備，開展礦場試驗和阻垢劑二次配型等工作，保障采出端穩(wěn)定生產(chǎn)。