氣藏污水回注井表面活性劑降壓增注技術(shù)*

郭程飛 ，蔣光跡，韓靜靜 ，郭現(xiàn)紅

（1.中國(guó)石化中原油田普光分公司采氣廠，四川達(dá)州636156；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都610059；3.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），四川成都610059；4.中國(guó)石化中原油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南濮陽(yáng)457001）

0 前言

四川盆地川東北某碳酸鹽巖氣藏的生產(chǎn)污水采用同層回注方式進(jìn)行回注，隨著污水累積回注量的增加，回注井的回注壓力升高并達(dá)到注水泵壓力上限［1-2］?，F(xiàn)場(chǎng)采用酸化措施取得一定效果，大部分回注井回注能力提高、回注壓力降低。但是，酸化措施有效期短，并且部分儲(chǔ)層因酸敏效應(yīng)，酸化效果不佳［3-5］。

表面活性劑降壓增注技術(shù)主要解決低滲透油藏注水井欠注問(wèn)題［6-8］，該技術(shù)通過(guò)改變親水或強(qiáng)親水巖石的潤(rùn)濕性、減小油水界面張力、抑制黏土礦物水化膨脹［9-13］等作用機(jī)理，降低巖石孔隙表面束縛水水膜厚度、增大水相相對(duì)滲透率，達(dá)到增加注入水的可注性和降低注入壓力的效果，使注水井滿足地質(zhì)配注要求［14-17］。表面活性劑降壓增注技術(shù)在氣藏生產(chǎn)污水回注井中的應(yīng)用尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。本文針對(duì)碳酸鹽巖氣藏回注井回注能力不足、回注壓力升高的現(xiàn)狀，通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選具有耐溫（儲(chǔ)層溫度≥130℃）、抗鹽（礦化度≥80000 mg/L）、潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)能力強(qiáng)的雜雙子表面活性劑，采用巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)研究注表面活性劑前后氣液兩相滲流規(guī)律以及降壓增注效果，形成適用于回注井儲(chǔ)層條件的表面活性劑降壓增注技術(shù)，為解決回注站注水壓力高、回注能力不足提供新思路及方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

表面活性劑XH207A、XH207B、XH207C，工業(yè)級(jí)，成都華陽(yáng)興化化工廠；雜雙子表面活性劑ZS-11、表面活性劑ZP-3、甜菜堿BS-12、改性甜菜堿TCJ-2，工業(yè)級(jí)，中原油田；十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨，分析純，成都市科隆化學(xué)品有限公司。實(shí)驗(yàn)用水為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際回注水和模擬回注水，礦化度8×104mg·L-1，主要離子質(zhì)量濃度（單位mg·L-1）為：Na++K+28270、Ca2+742、Mg2+473、Cl-39472、SO42-2542、HCO3-8500。實(shí)驗(yàn)用空氣代替實(shí)際天然氣，成都天源氣體制造有限公司。巖心薄片，為親水的碳酸鹽巖，厚度10 mm、直徑25.4 mm。巖樣為研究區(qū)飛仙關(guān)組地層取心井的巖心，與回注井層位相同，直徑25.4 mm、長(zhǎng)度65 mm，水測(cè)滲透率分別為1.42×10-3、1.78×10-3、5.27×10-3、10.53×10-3μm2。

DSA-25型光學(xué)接觸角測(cè)試儀，德國(guó)Krüss公司。驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置包括巖心夾持器、平流泵、中間容器、六通閥、壓力表、管線等，海安石油科研儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）表面活性劑配伍性評(píng)價(jià)

采用現(xiàn)場(chǎng)回注水配制各類(lèi)表面活性劑溶液，倒入玻璃試管中密封，然后置于130℃恒溫烘箱中靜置老化24 h，常溫條件下觀察溶液澄清透明情況，判斷表面活性劑與回注水的配伍性。

（2）表面活性劑潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)能力評(píng)價(jià)

參照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5153—2017《油藏巖石潤(rùn)濕性測(cè)定方法》，采用現(xiàn)場(chǎng)回注水配制有效物含量為0.2%的表面活性劑溶液，分別在20℃、130℃以及150℃條件下將巖心薄片浸泡在表面活性劑溶液中24 h后取出、烘干，然后在對(duì)應(yīng)溫度條件下采用DSA-25光學(xué)接觸角測(cè)試儀測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)回注水在巖心薄片上的接觸角。

（3）相滲實(shí)驗(yàn)

按照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5345—2012《巖石中兩相流體相對(duì)滲透率測(cè)定方法》，采用非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定氣液兩相的相對(duì)滲透率。先將4只不同滲透率的巖心飽和液相，再使用氣相以泵速10 mL·min-1驅(qū)替巖心至束縛水狀態(tài)，再用液相以泵速0.2 mL·min-1驅(qū)替巖心至殘余氣狀態(tài)，記錄各個(gè)時(shí)刻的驅(qū)替壓力、產(chǎn)水量及產(chǎn)氣量，按達(dá)西滲流公式處理數(shù)據(jù)。液相為模擬回注水及其配制的表面活性劑溶液（有效物含量0.2%），氣相為空氣，實(shí)驗(yàn)溫度130℃，巖心出口端1個(gè)大氣壓力，圍壓為1.0 MPa。

（4）表面活性劑降壓增注實(shí)驗(yàn)

將巖心清洗、烘干后飽和模擬地層水；先用空氣以泵速10 mL·min-1驅(qū)替巖心至束縛水狀態(tài)；再用模擬回注水以泵速0.2 mL·min-1驅(qū)替至殘余氣狀態(tài)；然后以相同泵速注入1.5 PV表面活性劑溶液（有效物含量0.2%）后靜置24 h；后續(xù)水驅(qū)。分別記錄各個(gè)時(shí)刻的驅(qū)替壓力。實(shí)驗(yàn)溫度130℃，巖心出口端1個(gè)大氣壓力，圍壓1.0 MPa。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑與回注水的配伍性

在室內(nèi)溫度（20℃）、儲(chǔ)層溫度（130℃）下，使用實(shí)際回注水分別配制不同濃度的10種耐溫抗鹽型表面活性劑溶液，根據(jù)溶解情況判斷表面活性劑與回注水的配伍性，結(jié)果如表1所示。由表1可知，甜菜堿BS-12、雜雙子表面活性劑ZS-11、表面活性劑ZP-3、十六烷基三甲基溴化銨和十二烷基三甲基氯化銨等5種表面活性劑，在不同溫度及濃度條件下與回注水的配伍性均良好。

2.2 表面活性劑的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)能力

回注層的巖性為親水的碳酸鹽巖，回注水注入儲(chǔ)層后，在毛管力的作用下，將在孔隙表面形成束縛水水膜，水膜降低液相的滲流能力，并且水膜的厚度與親水性正相關(guān)，即親水性越強(qiáng)水膜厚度越大［14］，對(duì)滲流影響越大。在不同溫度下，現(xiàn)場(chǎng)回注水在經(jīng)不同表面活性劑溶液處理過(guò)的巖心薄片上的接觸角見(jiàn)表2。由表2可知，在同一溫度下，5種表面活性劑均不同程度地改變了碳酸鹽巖薄片的潤(rùn)濕性，其中，雜雙子表面活性劑ZS-11對(duì)巖心地潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)能力最強(qiáng)，可使巖心薄片由親水轉(zhuǎn)變?yōu)橹行詽?rùn)濕，而潤(rùn)濕性越接近中性潤(rùn)濕，毛管力對(duì)流體滲流的影響越小。此外，表面活性劑的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)能力隨溫度的增加而減弱。不過(guò)，雜雙子表面活性劑ZS-11具備良好的抗溫耐鹽性，其分子結(jié)構(gòu)上存在多個(gè)親水基和親油基，即使溫度超過(guò)130℃，現(xiàn)場(chǎng)回注水在經(jīng)ZS-11溶液處理過(guò)的巖心薄片上的接觸角仍大于80°，說(shuō)明表面活性劑ZS-11的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)能力強(qiáng)。因此，綜合表面活性劑與回注水的配伍性和潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)能力，確定采用雜雙子表面活性劑ZS-11進(jìn)一步開(kāi)展巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。

表1 不同溫度、濃度條件下表面活性劑與回注水的配伍性

2.3 表面活性劑對(duì)氣液相滲流的影響

不同滲透率的巖心注表面活性劑前后氣液兩相滲流曲線見(jiàn)圖1。由圖1可知，不同滲透率的巖心注表面活性劑前后氣液兩相滲流曲線形態(tài)及變化規(guī)律大致相同。整體規(guī)律上來(lái)看，當(dāng)含水飽和度為30%數(shù)70%時(shí)，注表面活性劑溶液的液相相對(duì)滲透率較注模擬回注水的提高了21.2%數(shù)52.8%，氣相相對(duì)滲透率提高了3%數(shù)18%，表明雜雙子表面活性劑ZS-11能減小氣液兩相滲流阻力，特別對(duì)液相滲流阻力的降低幅度較大。由含水飽和度端點(diǎn)值變化分析，注表面活性劑溶液后，平均束縛水飽和度降低6.2%、殘余氣飽和度降低3.1%，說(shuō)明加注表面活性劑能拓寬氣液兩相的滲流區(qū)間。對(duì)于實(shí)際回注層而言，注表面活性劑更重要的意義是增加了液相流動(dòng)區(qū)間，具備增注的潛力。

不同滲透率巖心注表面活性劑前后等滲點(diǎn)的變化情況見(jiàn)圖2。注雜雙子表面活性劑ZS-11溶液后的等滲點(diǎn)飽和度較注ZS-11溶液前的降低3.3%數(shù)6.2%，且滲透率越小降低幅度越大。經(jīng)雜雙子表面活性劑ZS-11溶液處理后，巖心潤(rùn)濕性由親水向中性潤(rùn)濕轉(zhuǎn)變，且對(duì)滲透率低的巖心的作用效果更好。這是由于巖心滲透率越低，孔隙及喉道尺寸越小，毛管壓力越高，形成的束縛水水膜越厚，因此表面活性劑的作用效果越突出。

表2 現(xiàn)場(chǎng)回注水在不同溫度下在經(jīng)不同表面活性劑溶液處理過(guò)的巖心薄片上的接觸角

2.4 表面活性劑降壓增注效果

圖3給出了不同滲透率巖心在注表面活性劑處理前后注入壓差的變化情況。經(jīng)有效物含量0.2%的雜雙子表面活性劑ZS-11溶液處理24 h后，所有巖心的注入壓力較處理前均不同程度下降，滲透率為1.42×10-3μm2的巖心的穩(wěn)定注入壓力由0.46 MPa降至0.27 MPa，降低幅度達(dá)41.0%，滲透率為1.78×10-3、5.27×10-3和10.53×10-3μm2的巖心的注入壓力降低幅度依次為32.5%、26.3%和22.5%。結(jié)果表明雜雙子表面活性劑ZS-11具有降低注入壓力的效果，特別是對(duì)于滲透率較低巖心的降壓效果更為明顯。因此可見(jiàn)，對(duì)油藏注水井的表面活性劑降壓增注的技術(shù)，同樣適用于氣藏回注井的降壓增注。

圖1 不同滲透率巖心注表面活性劑前后氣液兩相滲流曲線

圖2 不同滲透率巖心注表面活性劑前后等滲點(diǎn)飽和度變化

圖3 不同滲透率巖心注表面活性劑前后注入壓差變化曲線

3 結(jié)論

優(yōu)選的雜雙子表面活性劑ZS-11在130℃、礦化度80000 mg/L回注層條件下，具有配伍性好、潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)能力強(qiáng)特點(diǎn)。表面活性劑ZS-11溶液能減小氣液兩相滲流阻力，特別對(duì)液相滲流阻力的降低幅度較大，氣液兩相滲流區(qū)間增大9.3%、等滲點(diǎn)飽和度降低3.3%數(shù)6.2%，巖心潤(rùn)濕性由親水向中性潤(rùn)濕轉(zhuǎn)變。表面活性劑ZS-11溶液具有降壓增注效果，特別對(duì)滲透率較低的巖心降壓效果更為明顯，降壓幅度可達(dá)41.0%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為回注站注水壓力升高、回注井回注能力降低等問(wèn)題提供了新的措施思路及方法，拓展了表面活性劑降壓增注技術(shù)的應(yīng)用范圍。