適用于致密砂巖儲層氣濕反轉劑篩選與評價

汪 杰 ，周福建 ，姚二冬 ，張 樂 ，李 源 ，譚艷新

（1.中國石油大學（北京）非常規(guī)天然氣研究院，北京102249；2.中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249）

致密砂巖凝析氣藏開采過程中會形成較強的“液鎖”效應，大大降低氣井產量，而“液鎖”效應的產生包括地層壓力下降凝析液析出和鉆完井時外來流體入侵兩種情況[1-2]。D.Afidick等[3]指出液相占比達到孔隙體積1.1%時，凝析氣藏產量將顯著下降[3]。在現(xiàn)場通常采用解除凝析液堵塞傷害和增加地層滲流能力的處理辦法包括：對井眼重新完井、注入溶劑、水力壓裂、鉆水平井、水驅或氮氣驅替液鎖傷害帶、氣體回注和近井地帶潤濕性改變等。除儲集層潤濕性改變外，其他方法解除近井地帶液鎖傷害均為暫時性的，且消耗大量資金成本和設備[4]。如水力壓裂可有效改善地層滲流能力，但壓裂液返排過快會造成凝析液析出，慢速返排會造成壓裂液滯留，兩者均會產生液鎖現(xiàn)象，造成地層氣相滲透率下降，影響氣井產量[5]。因此，通過改變氣藏潤濕性解除液相傷害是本研究的重點。2000年，K.Li等[6-7]首次利用含氟化學物質FC722報道了儲層巖石潤濕性改變?yōu)闅怏w潤濕條件。之后，國內外學者嘗試采用不同的化學劑以改變儲層巖石的氣潤濕性。通常情況下，氣潤濕劑的基液主要為水或乙醇[8-17]。

塔里木油田迪西區(qū)塊屬于典型的致密砂巖凝析氣藏。地層中流體造成的液相傷害主要以鉆完井、壓裂等過程中外來流體入侵、滯留為主。而砂巖儲層表面通常以負電為主，陰離子型表面活性劑在其表面吸附量較低，作用效果有限。為有效解決致密砂巖凝析氣藏外來流體入侵傷害，尋找適用于砂巖儲層的氣潤濕反轉劑，本研究采用不同類型的非離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、氟碳納米液等，評價其在致密砂巖儲層的氣潤濕性改變能力和注入性。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

非離子型表面活性劑AEO-7、6003破，含氟陽離子型表面活性劑Fc-138、Fc-134，氟碳納米液CRS-850，質量分數(shù)為2%的KCl鹽水，迪北102井巖心，高純氮氣等。表1為迪北102井巖心基本參數(shù)，圖1為巖心驅替實驗流程。

表1 迪北102井實驗用巖心基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of cores for experiment in Dibei 102

1.2 實驗儀器與步驟

實驗主要設備包括巖心夾持器、JY-PHb型接觸角測定儀、ISCO恒速恒壓泵、壓差傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、納米粒度儀、量筒、秒表、天平等。實驗主要包括巖片潤濕角測試實驗、巖心自吸實驗和巖心驅替實驗。實驗前利用索氏提取法對所有巖片和巖心進行洗油和烘干處理。巖片潤濕角測試實驗主要包括：（1）測試潤濕性改變前巖片在空氣中的“氣-液-固”潤濕角；（2）將巖片放入配制好的80℃潤濕性處理液中老化12 h；（3）取出巖片烘干，重新測量巖片在空氣中的“氣-液-固”潤濕角；（4）對比巖片處理前后的潤濕角，判斷潤濕性處理液的改善效果。自吸實驗主要包括：（1）采用吊環(huán)法和稱重法測量巖心潤濕性改變前的自吸液量；（2）將巖心放入處理液中真空飽和24 h，然后取出巖心，采用巖心驅替裝置將巖心繼續(xù)飽和2～4 PV，然后80℃老化12 h；（3）烘干巖心，然后重新采用吊環(huán)法和稱重法測量巖心隨時間變化的自吸量；（4）對比化學劑處理前后的巖心自吸液量，判斷潤濕性處理液的改善效果。巖心驅替實驗主要包括：（1）使用氮氣測定干燥巖心滲透率；（2）使用質量分數(shù)為2%的KCl鹽水飽和巖心4～6 PV，然后氣測飽和鹽水后巖心的滲透率，直到壓力達到穩(wěn)定為止；（3）使用潤濕性處理劑驅替飽和巖心4～6 PV，然后80℃老化12 h；（4）重新測量化學劑處理后巖心的氣測滲透率；（5）對比三種情況下巖心的氣測滲透率值，判斷潤濕性處理液對巖心滲透率恢復情況及液鎖解除程度。

圖1 巖心驅替實驗流程Fig.1 Core flooding experiment flow chart

2 實驗結果與分析

2.1 優(yōu)先氣濕的實現(xiàn)

在處理過的和未處理過的巖心端面上放置3 μL的微滴后，分析由數(shù)字顯微鏡（Dino Lite）拍攝的液滴圖像來測量“氣-液-固”靜態(tài)接觸角。表2是不同化學劑處理前后，巖心表面“氣-液-固”接觸角測試結果。由表2可知，氟碳納米液CRS-850具有較好的氣潤濕反轉效果，巖心表面接觸角從45.6°增加到92.1°，由強水濕轉變?yōu)闅庀酀櫇?；含氟陽離子型表面活性劑Fc-134可將巖心表面潤濕角從35.0°提高到54.5°，但效果弱于CRS-850。圖2為采用CRS-850氣濕劑處理巖心表面后的接觸角測試結果。

2.2 氣濕劑可注入性評價

氣濕反轉劑在低滲透率砂巖儲層中具有可注入性，并在儲層深部改善巖心潤濕性，是評價其有效性的重要指標之一。

表2 “空氣-水-巖心”靜態(tài)接觸角測試平均值Table 2 "Air-water-core"static contact angle test

圖2 巖心表面潤濕性接觸角Fig.2 Core surface contact angle

圖3 為氣潤濕劑CRS-850粒徑測試。由圖3可知，其主要粒徑分布在85.52 nm左右，遠小于1 μm巖心孔吼大小。因此，CRS-850溶液在迪北102巖心中具有良好的可注入性。

圖3 氟碳納米液CRS-850粒徑Fig.3 Fluorocarbon nano-liquid CRS-850 particle size test results

2.3 自發(fā)滲吸實驗

通過液相自發(fā)滲吸驅替飽和空氣的干燥巖心，研究氟碳納米液CRS-850處理后的巖心樣品氣潤濕性能。當巖心屬于液相潤濕時，毛管力是液相滲吸的動力，巖心中自發(fā)滲吸水量隨時間逐漸增大；當巖心屬于氣相潤濕時，毛管力是液相滲吸的阻力，巖心中自發(fā)滲吸水量顯著降低。測量浸入液體（鹽水）進入飽和空氣巖心中的吸液量隨時間變化關系，判定巖心潤濕性改變情況。圖4為巖心累計自吸鹽水量和自吸鹽水速率隨時間變化的關系。

圖4 累計自吸鹽水量和自吸鹽水速率隨時間的變化Fig.4 Cumulative spontaneous imbibition brine and spontaneous imbibition brine rate

由圖4可知，處理前巖心自吸鹽水量0.360 8 g，處理后自吸量下降至0.020 6 g，巖心自吸量下降幅度達98.85%；最大自吸速率從0.053 g/min下降至0.002 g/min。

2.4 巖心驅替實驗

圖5為巖心經化學劑處理前后氣測滲透率。圖6為飽和鹽水后巖心傷害率和化學劑處理后巖心氣測滲透率的提高率。

圖5 化學劑處理前后巖心氣測滲透率徑Fig.5 Core gas permeability values before and after chemical treatment

圖6 飽和鹽水巖心傷害率和氣濕反轉劑改善效果Fig.6 Saturated brine core damage rate and gas-water reversal agent improvement effect

由圖5可知，干燥巖心氣測滲透率為0.048～0.630 mD，屬于低滲透率砂巖巖心。飽和鹽水后氣測滲透率平均降低1～2個數(shù)量級，這是由于液體進入巖心基質，由于巖心孔吼表面親水性，液相在孔吼端面吸附滯留，降低氣相滲流的孔吼半徑，對其形成堵塞，阻礙氣體滲流。同時，在大孔道，由于賈敏效應的存在，氣泡在大孔道形成堵塞，進一步阻礙氣體滲流，形成“液鎖”效應。巖心經過氣潤濕劑CRS-850處理后，氣測滲透率平均恢復1～2個數(shù)量級，表明氣潤濕反轉劑可顯著改善巖心孔吼表面的潤濕性，氣相潤濕有利于氣驅過程中液相流動，將液體驅替出巖心，解除液相滯留降低孔吼半徑和液相傷害。

由圖6可知，飽和鹽水后，巖心氣測滲透率大大降低，巖心滲透率降低95.68%～99.84%；氣潤濕劑處理后，巖心滲透率恢復效果顯著，在氣驅鹽水滲透率基礎上提高了501.69%～673.91%，表明氣潤濕反轉劑有利于致密砂巖儲層解除液相傷害。

3 結 論

（1）相對于其他化學劑，氟碳納米液CRS-850具有較好的氣潤濕反轉效果，巖心表面接觸角從45.6°增加到92.1°，由強水濕轉變?yōu)闅庀酀櫇?，含氟陽離子型表面活性劑Fc-134可將巖心表面潤濕角從 35.0°提高到 54.5°，但效果弱于 CRS-850。

（2）巖心潤濕性改變氣相潤濕后毛管力是液相滲入的阻力，液相進入巖心難度增加。處理前巖心自吸鹽水量0.360 8 g，處理后自吸量下降至0.020 6 g，巖心自吸量下降幅度達98.85%；最大自吸速率從0.053 g/min下降至0.002 g/min。

（3）氣潤濕反轉劑顯著提高巖心內部液相滲流能力，增加氣驅滲透率，巖心氣驅滲透率恢復效果顯著，在氣驅鹽水基礎上提高了501.69%～673.91%，表明氣潤濕反轉劑有利于致密砂巖儲層解除液相傷害。