丁 偉， 王 嬌， 謝建波

(1.東北石油大學化學化工學院，黑龍江大慶市 163318；2. 東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶市 163318)

新型表面活性劑在大慶油田低滲透儲層的應用

丁 偉1， 王 嬌1， 謝建波2

(1.東北石油大學化學化工學院，黑龍江大慶市 163318；2. 東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶市 163318)

對大慶低滲透儲層機構(gòu)特征和綜合損害機理進行研究, 確定水鎖損害是最主要的傷害類型之一。大慶油田龍西地區(qū)水鎖損害在10.41%～14.29%。通過在室內(nèi)對水鎖損害機理分析，進行了防水鎖劑的優(yōu)選和評價，優(yōu)選出的表面活性劑DW-3大大的降低了濾液界面張力，具有良好的防水鎖效果。防水鎖聚合物鉆井液在現(xiàn)場試驗表明，礦場評價該鉆井液體系滲透率恢復值達到88.14%。形成大慶油田低滲透儲層防水鎖專項技術，達到保護油氣藏的目的。

表面活性劑； 低滲透； 水鎖損害； 優(yōu)選； 油氣層保護

通過大慶油田龍西地區(qū)儲層物性、黏土礦物組分、地層水礦化度資料的細致分析，龍西地區(qū)巖石的礦物成份主要由石英、長石、巖屑組成，儲層巖石膠結(jié)物以灰質(zhì)和泥質(zhì)為主，含少量硅質(zhì)。黏土礦物主要以伊/蒙混層、綠泥石和伊利石形式存在；孔隙度普遍小于10%，為低孔低滲低壓類型，油層孔滲條件差，由于孔道狹窄，毛細效應十分顯著，極易造成水鎖損害。防止地層水鎖是鉆井儲層保護的關鍵[1-4]，通過鉆井液中加入兩種表面活性劑DW-3(非離子型)及ABW-6 (兩性離子型)后，可以有效地降低濾液的表面張力;質(zhì)量分數(shù)為0.20%～0.25%的DW-3能夠使得油水界面張力達到超低界面張力數(shù)量級(10-3mN/m)。本文主要通過對水鎖傷害機理分析，防水鎖劑的優(yōu)選和評價，開展了防水鎖技術攻關與研究，形成了低滲透油層保護技術。

1 龍西地區(qū)的水鎖損害研究

龍西地區(qū)扶楊油層屬于低滲透儲層，由于孔道狹窄，毛細效應顯著，滲流阻力增加致使油相滲透率降低，水鎖損害嚴重。特別是當儲層滲透率很低或原始含水飽和度低于外來液體侵入形成的束縛水飽和度時，水鎖效應會更加明顯[5]。

以龍西地區(qū)塔284井的儲層巖樣為例，應用D. B. Bennion等[6]提出的建立在油藏平均滲透率和初始含水飽和度值之上的水鎖損害定量評價方法，計算方法如下：

(1)

式中，APTi為水鎖指數(shù)，無量綱；Ka為儲層滲透率，μm2；Swi為儲層原始水飽和度，%。

由式(1)可以看出，儲層的滲透率和原始水飽和度是決定水鎖效應的主要因素。APTi>1.0表示儲層水鎖效應不明顯；APTi為0.8～1.0，表示儲層有潛在的水鎖效應；APTi<0.8，表示如果水基流體被驅(qū)替或自吸入儲層，會出現(xiàn)明顯的水鎖效應。對儲層可能出現(xiàn)的水鎖效應進行了逐一評價[7]，結(jié)果見表1。

表1 大慶油田塔284井巖樣水鎖損害評價Table 1 Water locking damage evaluation of rock samples Ta-284 wells in Daqing oilfield

由表1可知，平均水鎖指數(shù)為0.56，這表明如果水基流體被驅(qū)替或自吸入儲層，有可能出現(xiàn)明顯的水鎖效應，造成較嚴重的水鎖傷害。因此，對于該地區(qū)的水鎖損害要進行預防和解除。

2 表面活性劑優(yōu)選及性能測定

2.1表面活性劑的表面性能測定

采用滴重法測定了常用表面活性劑、聚合物鉆井液處理劑水溶液的表面張力[8-10]。將ABW-6(兩性離子)和DW-3(非離子型)兩種表面活性劑作為首選的鉆井液防水鎖劑。幾種樣品表面張力測試結(jié)果見表2—3。

由表2—3可知，鉆井液中加入兩種表面活性劑后，可以有效降低濾液的表面張力，DW-3及ABW-6兩種表面活性劑降低濾液表面張力的程度大致相同。在95 ℃高溫滾動爐里加熱16 h，ABW-6降低表面張力的趨勢有所減弱。

表2 滴重法測定表面活性劑和鉆井液處理劑的表面張力(20 ℃)Table 2 Surface tension of surfactant and fluid additives using heavy drops (20 ℃)

注：樣品中數(shù)值為質(zhì)量分數(shù)。

表3 加入表面活性劑后鉆井液濾液的表面張力(20 ℃)Table 3 Surface tension of adding surfactant fluid (20 ℃)

注：樣品中數(shù)值為質(zhì)量分數(shù)。

2.2防水鎖劑的界面性能測定

采用TX-500型旋滴界面張力儀對非離子型DW-3表面活性劑的油/水界面張力進行測定[11-13]，計算公式如下:

(2)

式中：γ為界面張力，mN/m；Δρ為油水密度差，g/cm3；D為無因次油滴最大直徑；t為每轉(zhuǎn)所用時間，ms。

對DW-3不同質(zhì)量分數(shù)的油水界面張力進行了測量，結(jié)果如圖1所示，結(jié)果表明在考察質(zhì)量分數(shù)為0.20%～0.25%的DW-3能夠使得油水界面張力達到超低界面張力數(shù)量級(10-3mN/m)，由此可以看出，隨著質(zhì)量分數(shù)增加其界面張力逐漸降低，且在40min內(nèi)就能達到平衡。

3 現(xiàn)場應用

設計龍西地區(qū)塔30井使用加入新型表面活性劑DW-3的聚合物鉆井液施工。鉆進過程中，井壁穩(wěn)定，攜巖性強，取心順利，起下鉆各種作業(yè)都很正常，未發(fā)生與鉆井液有關的復雜事故。二開平均井徑擴大率8.3%，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)[14-15]，鉆井液性能見表4。

圖1 DW-3動態(tài)界面張力

Fig.1DynamicinterfacialtensionofDW-3

表4 塔30井二開鉆井液性能表(20 ℃)Table 4 Two open drilling performance Ta-30 well(20 ℃)

使用己完鉆的塔30井的儲層巖心，進行了保護儲層效果評價，具體情況見表5。

表5 保護儲層鉆井液體系礦場評價表Table 5 Mines evaluation to protect the reservoir fluid system

從表5中數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化配方的滲透率恢復值可達88.14%，可以滿足該地區(qū)儲層保護的要求。

4 結(jié)論

(1) 預測和實測表明該地區(qū)儲層強水敏，低滲透和特低滲透，防止地層水敏和水鎖是鉆井儲層保護的關鍵，同時防止固相堵塞也是儲層保護的重要工作。

(2) 鉆井液中加入兩種表面活性劑DW-3(非離子型)及ABW-6 (兩性離子型)后，可以有效降低濾液的表面張力;對DW-3不同質(zhì)量分數(shù)的油水界面張力進行了測量，結(jié)果表明在考察質(zhì)量分數(shù)為0.20%～0.25%的DW-3能夠使得油水界面張力達到超低界面張力數(shù)量級(10-3mN/m)。

(3) 現(xiàn)場應用井徑規(guī)則，施工順利，取得了很好的油保效果。在KCl-聚合物鉆井液中加入質(zhì)量分數(shù)0.2%的DW-3后，明顯的降低水鎖損害，滲透率恢復值達到85%以上，對提高勘探效率起到非常好的作用。

[1] 徐同臺,趙忠舉，徐云英.國內(nèi)外鉆井液技術新進展及對21世紀的展望(1)[J].鉆井液與完井液，2000，17(6)：30-34.

Xu Tongtai, Zhao Zhongju, Xu Yunying. Drilling fluid technology progress and prospects for domestic 21st century(1)[J].Drilling and Completion Fluids, 2000, 17(6):30-34.

[2] 范文永,舒勇,李禮,等.低滲透油氣層水鎖損害機理及低損害鉆井液技術研究[J].鉆井液與完井液, 2008,25(4):16-19.

Fan Wenyong, Shu Yong, Li Li, et al. Researches on the water block in low permeability reservoir and minimized reservoir drilling fluid technology[J]. Drilling and Completion Fluids, 2008,25(4):16-19.

[3] 樊世忠，鄢捷年，周大晨.鉆井液完井液及保護油氣層技術[M].東營：石油大學出版社，1996, 35-40.

[4] 張振華，鄢捷年．低滲透砂巖儲集層水鎖損害影響因素及預測方法研究[J]．石油勘探與開發(fā)，2000，27(3): 75-78．

Zhang Zhenhua, Yan Jienian. The study of influence factors and predicting method of water blocking in the low permeability sandstone formation[J].Petroleum Exploration and Development，2000，27(3): 75-78．

[5] 張琰，崔迎春.砂礫性低滲氣層水鎖效應及減輕方法的試驗研究[J].地質(zhì)與勘探，2000，36(1):92-95.

Zhang Yan,Cui Yingchun. Experimental study of low permeability gas reservoir gravel water lock effect and mitigate methods[J].Geology and Exploration，2000，36(1):92-95.

[6] Bennion D B, Thomas F B. Formation damage processes reducing productivity of low permeability gas reservoirs[C].SPE Rocky Mountain Regional/Low-Permeability Reservoirs Symposium and Exhibition, Denver: Colorado,2000．

[7] 易紹金,梅平.生物表面活性劑及其在石油與環(huán)保中的應用[J].湖北化工,2002(1):25-26.

Yi Shaojin, Mei Ping. Biosurfactants and its application in petroleum industry and environmental protection[J].Hubei Chemical,2002(1):25-26.

[8] 鄭延成,韓冬,王紅莊. 2種新型表面活性劑的物化性能研究[J].長江大學學報:自然科學版,2008, 5(3):27-30.

Zheng Yancheng, Han Dong, Wang Hongzhuang. Two kinds of new physical and chemical properties of surfactants[J].Journal of Yangtze University,2008, 5(3):27-30.

[9] 蔣平平, 殷福珊, 沈風雷,等.新型可聚合表面活性劑DMDB 合成與性能[J].石油化工高等學校學報2000，13(4)：13-16.

Jiang Pingping, Yin Fushan, Sheng Fenglei, et al. Synthesis and properties of new type novel polymerizable surfactant(DMDB)[J].Journal of Petrochemical Universities, 2000，13(4):13-16.

[10] 方云. 兩性表面活性劑[M].北京:中國輕工業(yè)出版社, 2001: 20-100.

[11] 趙國璽, 朱步瑤. 表面活性劑作用原理[M]. 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 2003: 232-234.

[12] Dolbear G E, Skov E R. Selective ox idation as a route to petroleum desulphurization[J].Preprint, 2000, 45(2): 26-28.

[13] 朱友益, 韓冬, 沈平平. 表面活性劑結(jié)構(gòu)與性能[M].北京:石油工業(yè)出版社, 2003.

[14] 鄭延成，韓冬，楊普華, 等. 兩性孿聯(lián)表面活性劑的合成及其協(xié)同效應[J].石油化工高等學校學報,2006,19(4):11-15.

Zheng Yancheng, Han Dong, Yang Puhua, et al. Synthesis and synergies of zwitterionic gemini surfactants [J].Journal of Petrochemical Universities, 2006,19(4):11-15.

[15] Parekh B, Sharma M. Cleanup of water blocks in depleted low-permeability reservoirs[C]. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Houston:Texas,2004.

[16] 楊東蘭,劉洪升.王培義,等.FHB-10復合表面活性劑對低滲油氣藏水鎖傷害的防治作用[J].石油天然氣學報，2011,33(6):139-142.

Yang Donglan, Liu Hongsheng, Wang Peiyi, et al. Prevention and treatment of FHB-10 composite surfactants on water lock in low permeability reservoirs injury[J].Journal of Oil and Gas Technology，2011,33(6):139-142.

(編輯 宋官龍)

New Type Surfactant in Low Permeability Reservoirs of Daqing Oilfield

Ding Wei1, Wang Jiao1, Xie Jianbo2

(1.CollegeofChemicalEngineering,NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318，China；2．CollegeofPetroleumEngineering,NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318，China)

The low permeability reservoir characteristics and overall damage mechanism in Daqing were studied, water blocking damage is one of the most important type of injury. By reservoir damage mechanism analysis, Daqing oilfield Longxi area water blocking damage between 10.41%～14.29%. Therefore, this paper mainly through water lock damage mechanism indoor, preferred and evaluation of waterproof lock agent. Optimizing and evaluating anti-water lock agent indoors, anti-water lock agent DW-3 greatly reduce the filtrate interfacial tension. Anti-water lock drilling fluid, which was used in field test shows that: Pilot evaluated the permeability recovery value of drilling fluid system reached 88.14%. Formed the special technology of anti-water lock in Daqing oilfield, achieved the purpose of protecting reservoirs.

Surfactant; Low permeability; Damage of water lock; Optimize; Reservoir protection

1006-396X(2014)01-0071-04

2013-04-28

：2013-06-04

中國石油大慶油田公司 “古龍西地區(qū)儲層損害機理及保護措施研究” 資助項目(Dq-1204003 201-js-318)。

丁偉(1964-)，男，博士，教授，從事油田高分子化合物的合成與性能研究；E-mail:dingwei@dqpi.edu.cn。

TE357.43

： A

10.3969/j.issn.1006-396X.2014.01.014