A 區(qū)塊儲(chǔ)層注入介質(zhì)配伍性研究

李婷LI Ting

（大慶榆樹林油田開發(fā)有限責(zé)任公司，肇東151100）

0 引言

注入介質(zhì)與儲(chǔ)層或者流體如果存在不配伍的情況，特別是對(duì)致密油藏來(lái)說(shuō)，將會(huì)嚴(yán)重影響油田開發(fā)效果。注入介質(zhì)與地層水的不配伍性的原因，一方面是非膨脹性黏土與注入介質(zhì)混合后產(chǎn)生沉淀，這些沉淀多為懸浮顆粒，容易在滲流過(guò)程堆積于狹小孔喉處，減少了孔隙通道有效橫截面，有時(shí)候甚至?xí)耆滤揽椎?；另一方面，由于一些黏土礦物遇水導(dǎo)致膨脹，減小了滲流通道，從而損害地層。綜上所述，對(duì)于超低滲/致密及非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)層來(lái)說(shuō)，一旦與儲(chǔ)層及地層流體不配伍的介質(zhì)注入到儲(chǔ)層后，將直接影響注入井的吸入能力。所以研究各注入介質(zhì)與地層水的配伍性，為致密油藏注好水提供措施和建議具有重要意義。

1 儲(chǔ)層傷害機(jī)理

地層中不同的粘土礦物會(huì)引儲(chǔ)層傷害問(wèn)題，最終會(huì)導(dǎo)致滲透率的變化，而這些粘土礦物引起儲(chǔ)層滲透率損害的主要有兩部分：①水化膨脹機(jī)理：粘土礦物水化膨脹，使其體積增大，其間結(jié)合力減弱，部分顆粒分散，從而降低有效流體流過(guò)面積，引起滲透率下降；②顆粒運(yùn)移堵塞機(jī)理：非膨脹性粘土遇水產(chǎn)生分散脫落，分散的粘土顆粒隨流體的運(yùn)移而堵塞滲流通道，從而損害儲(chǔ)層。通過(guò)動(dòng)態(tài)配伍性實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)注水、CO2及N2與儲(chǔ)層配伍性進(jìn)行研究，可以分析出在配伍和不配伍情況下，引起滲透率下降的機(jī)理是水化膨脹機(jī)理還是顆粒運(yùn)移堵塞機(jī)理起主要作用。

2 注入水與儲(chǔ)層配伍性評(píng)價(jià)

分別在高壓中間容器中裝入注入水，并按要求將巖樣抽空飽和模擬地層水，讓模擬地層水流過(guò)巖心，測(cè)定該流體的滲透率KW2。然后用10 到15 倍孔隙體積的注入流體驅(qū)替巖心，驅(qū)替速度與初始流速保持一致，停止驅(qū)替，保持外部條件不變，讓水與巖石礦物充分反應(yīng)6h 以上，并測(cè)定該中間測(cè)試流體驅(qū)替下的滲透率。最后用10-15 倍孔隙體積的初始測(cè)試流體驅(qū)替，驅(qū)替速度低于臨界流速，計(jì)量驅(qū)替壓力和速度，測(cè)定初始測(cè)試流體驅(qū)替條件下的巖心滲透率K*W。

巖心滲透率的測(cè)定要求參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5358-2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》中13.3 檢測(cè)過(guò)程中質(zhì)量控制執(zhí)行。

配伍性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法如下：

式中：IW為損害指數(shù)；KW2為巖心反應(yīng)前水測(cè)滲透率，為反應(yīng)后巖心水測(cè)滲透率，10-3μm3，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 配伍性評(píng)價(jià)損害程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)

3 注CO2 與儲(chǔ)層原油配伍性評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：①首先在巖心夾持器上裝好實(shí)驗(yàn)所需巖心，測(cè)試管線的密封性，然后對(duì)巖心抽真空和飽和地層水；②進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，注入大約10PV 數(shù)的CO2流體，其中回壓控制器一直維持在7MPa 上，減少了氣體過(guò)早突破造成的影響，實(shí)驗(yàn)記錄好泵讀數(shù)、入口壓力、環(huán)壓和回壓；③驅(qū)替CO2流體結(jié)束后，用模擬地層水繼續(xù)注入6PV，并測(cè)試水相滲透率。CO2在進(jìn)入地層后，主要通過(guò)流體捕集和礦物捕集這兩種作用最后埋存于廢棄油氣田、深部咸水地層中。已有學(xué)者研究得出，流體捕集或者又稱溶解捕集約占29%，而5-29%的CO2由于和礦物作用生成次生礦物而固定下來(lái)，這部分我們稱之為礦物捕集。流體捕集相對(duì)于礦物捕集來(lái)說(shuō)反應(yīng)的時(shí)間較短，短時(shí)間內(nèi)能觀察到實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象；而礦物捕集在CO2的固定中發(fā)生的時(shí)間較長(zhǎng)，但是其對(duì)CO2的捕集量非?？捎^，也是進(jìn)行二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)（GCS）研究的重點(diǎn)內(nèi)容。CO2捕集研究的是一個(gè)靜態(tài)的過(guò)程，而我們所研究的是CO2和礦物發(fā)生反應(yīng)之后對(duì)儲(chǔ)層滲流能力的影響。

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研表明，在進(jìn)行CO2驅(qū)過(guò)程中會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，首先是溶解反應(yīng)，CO2溶解于地層水生成碳酸：

碳酸分解為活性H+和HCO3-：

方解石的溶解平衡被破壞，開始發(fā)生溶解反應(yīng)：

同時(shí)，儲(chǔ)層內(nèi)發(fā)生鉀長(zhǎng)石和高嶺石的溶解反應(yīng)：

當(dāng)長(zhǎng)石溶解之后，才會(huì)發(fā)生綠泥石的溶解反應(yīng)：

CO2的水溶液會(huì)導(dǎo)致地層水中pH 下降，導(dǎo)致白云石、方解石和鉀長(zhǎng)石等礦物的快速溶解，溶液中的離子生成新的礦物，如鉀長(zhǎng)石轉(zhuǎn)換為高嶺石，新的礦物超過(guò)溶解度之后會(huì)形成沉淀，產(chǎn)生的沉淀在運(yùn)移的過(guò)程中會(huì)在孔隙或喉道形成堵塞，導(dǎo)致滲透率下降。壓差作用下這種情況更為嚴(yán)重。相比碳酸鹽巖儲(chǔ)層，致密砂巖儲(chǔ)層中含有啟到固結(jié)砂粒作用的少部分碳酸鹽組分，這些組分如果發(fā)生溶解將會(huì)導(dǎo)致孔喉結(jié)構(gòu)細(xì)微變化，但是對(duì)儲(chǔ)層滲透率造成巨大影響。

4 測(cè)試結(jié)果與分析

注入水與儲(chǔ)層配伍性如表2 和圖1 所示，不同滲透率巖心注水滲透率損害率分別為35.85%和21.2%。水驅(qū)過(guò)程中隨著注入PV 的增加，粘土分散發(fā)生運(yùn)移，粘土礦物會(huì)在孔道或喉道處滯留、堆積、堵塞流通通道，導(dǎo)致了滲透率降低，總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。整體上注入水與A 區(qū)塊地層水配伍性較好。

表2 注水與儲(chǔ)層配伍性測(cè)試數(shù)據(jù)

圖1 儲(chǔ)層注水過(guò)程兩塊巖心的滲透率（歸一化滲透率）變化曲線

注入CO2與原油配伍性如表3 和圖2 所示，不同滲透率巖心注水滲透率損害率分別為-26.8%和-11.8%。通過(guò)注CO2與儲(chǔ)層配伍性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，CO2與A 區(qū)塊的原油配伍性較好，CO2對(duì)地層沒(méi)有傷害。

表3 注CO2 與原油配伍性測(cè)試數(shù)據(jù)

圖2 儲(chǔ)層注CO2 過(guò)程兩塊巖心的滲透率（歸一化滲透率）變化曲線

注入N2與原油配伍性如表4 所示，不同滲透率巖心注水滲透率損害率分別為0.6%和3%。通過(guò)注N2與儲(chǔ)層配伍性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，N2與A 區(qū)塊原油的配伍性較好，說(shuō)明注N2對(duì)地層傷害很小。

表4 注N2 與原油配伍性測(cè)試數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，整體上注入水與A 區(qū)塊儲(chǔ)層配伍性較好。通過(guò)注N2和CO2與原油配伍性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，N2和CO2與A 區(qū)塊原油的配伍性較好，特別是注CO2對(duì)儲(chǔ)層沒(méi)有傷害。