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      潿洲低滲油藏注水水質(zhì)對(duì)滲流能力影響實(shí)驗(yàn)研究

      2018-11-20 01:15:08李明軍何勝林馬文宏
      中國(guó)礦業(yè) 2018年11期
      關(guān)鍵詞:礦化度水驅(qū)滲流

      李明軍,何勝林,雷 昊,馬文宏

      (中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司,廣東 湛江524057)

      注水水質(zhì)指標(biāo)是油氣田注水的重要指標(biāo),是影響注水效果和成本的重要因素。在注水水質(zhì)對(duì)儲(chǔ)層滲流物性及開發(fā)動(dòng)態(tài)與開發(fā)效果的影響技術(shù)研究中,開發(fā)工作者從水驅(qū)油的單相及兩相微觀滲流的角度進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)影響滲流機(jī)理的因素進(jìn)行了較為廣泛的分析,并在此基礎(chǔ)上形成了初步的單相及兩相滲流機(jī)理[1-3]。但這些研究都是以一種固定的標(biāo)準(zhǔn)水樣作為驅(qū)替介質(zhì),將主要精力放在水質(zhì)對(duì)注水工藝系統(tǒng)的影響以及注水開發(fā)的動(dòng)態(tài)分析上。因此,欲使注水開發(fā)取得理想的效果,除優(yōu)化注水方案設(shè)計(jì)、不斷改進(jìn)注水工藝及加強(qiáng)監(jiān)督管理外,還必須十分重視水質(zhì)對(duì)儲(chǔ)層滲流物性及開發(fā)動(dòng)態(tài)與開發(fā)效果的影響。通過對(duì)國(guó)內(nèi)注海水油田的水質(zhì)調(diào)研,對(duì)海水水質(zhì)的要求進(jìn)行了總結(jié):①各地海水的礦化度及pH值相差不大;②海水含氧處于飽和狀態(tài),溶解氧量明顯高于油田用其他注入水;③懸浮物含量差別大;④細(xì)菌含量高,各地海水含菌量差別較大[4-8]。由于各地區(qū)海水的水質(zhì)差別較大,所以在處理上和水質(zhì)指標(biāo)要求上也有著很大的區(qū)別。如果注入水水質(zhì)發(fā)生了不配伍,不僅會(huì)堵塞管道,對(duì)地層孔喉也會(huì)有很大的影響。注水水質(zhì)指標(biāo)主要包含懸浮物的顆粒粒徑、懸浮物顆粒濃度、細(xì)菌含量等幾個(gè)方面[6-8]。

      1 黏土礦物對(duì)儲(chǔ)層滲流能力的影響

      油層中的黏土礦物可以引起水敏、速敏、堿敏、酸敏和水鎖等儲(chǔ)層損害問題[6]。黏土礦物引起水敏損害主要有兩部分:①水化膨脹機(jī)理,黏土礦物水化膨脹,使其體積增大,結(jié)合力減弱,部分顆粒分散;②分散的黏土顆粒運(yùn)移,堵塞滲流通道,損害儲(chǔ)層。

      1.1 水驅(qū)前后礦物成分變化

      對(duì)油田的5塊巖芯水驅(qū)前后礦物組成進(jìn)行了測(cè)試分析,結(jié)果見表1。

      對(duì)水驅(qū)前后礦物組成成分的研究發(fā)現(xiàn):膠結(jié)黏土礦物相對(duì)含量下降;骨架礦物組分相對(duì)含量上升。對(duì)水驅(qū)前后黏土組成成分的研究發(fā)現(xiàn):易發(fā)生顆粒遷移的礦物相對(duì)含量下降;易發(fā)生晶格膨脹的礦物相對(duì)含量增加。其中黏土含量、伊利石含量、高嶺石含量、綠泥石含量下降;石英含量上升、鉀長(zhǎng)石含量、伊蒙間層含量上升,詳見表2。

      表1 水驅(qū)前后礦物組成成分測(cè)試結(jié)果(重量百分比)

      表2 水驅(qū)前后礦物組成成分變化

      1.2 水驅(qū)前后黏土對(duì)滲流能力影響

      水驅(qū)前后黏土對(duì)儲(chǔ)層影響主要受水化機(jī)理和微粒運(yùn)移相作用,兩者作用機(jī)理不同:注入水水質(zhì)配伍時(shí),黏土幾乎不發(fā)生膨脹,微粒運(yùn)移起主要作用;注入水水質(zhì)不配伍時(shí),黏土中蒙脫石發(fā)生膨脹明顯,水化膨脹和微粒運(yùn)移都影響儲(chǔ)層滲流能力。

      1.2.1 注入水配伍

      5塊巖芯平均滲透率63.88 mD,注入30 PV水后,水測(cè)滲透率降低幅度存在差異,平均下降19.02%,見圖1。

      由圖1可知,水驅(qū)過程中隨著注入PV的增加,樣品內(nèi)的黏土分散發(fā)生運(yùn)移,對(duì)于滲透率較高儲(chǔ)層,在驅(qū)替初期,整體使得孔隙孔道聯(lián)通情況變好,滲透率增加,但增加的幅度不大,隨著驅(qū)替進(jìn)行,被水沖刷分散的黏土礦物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,水測(cè)滲透率呈現(xiàn)一系列波動(dòng),隨著水驅(qū)的進(jìn)行,分散顆粒逐步趨于穩(wěn)定,滲透率波動(dòng)趨勢(shì)減緩,水驅(qū)進(jìn)一步進(jìn)行,滲透率逐漸趨于穩(wěn)定,總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

      圖1 水驅(qū)過程中水測(cè)滲透率的變化曲線

      1.2.2 注入水不配伍

      首先選取三塊平行樣巖芯13-1、13-2和13-3,分別用礦化度10 000 mg/L水、礦化度5 000 mg/L水和蒸餾水飽和。然后在相同驅(qū)替速度下,分別用礦化度10 000 mg/L水、礦化度5 000 mg/L水和蒸餾水驅(qū)替相同PV數(shù),計(jì)算驅(qū)替前后各自水測(cè)滲透率的變化,結(jié)果見表3。

      表3 同一塊巖芯不同礦化度下滲透率變化

      實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,驅(qū)替速度不變,隨著注入水礦化度的降低,滲透率損失率基本保持不變,略有上升。

      選取三塊不同滲透率的巖芯,用10 000 mg/L的水飽和后,在相同驅(qū)替速度下,依次用10 000 mg/L、5 000 mg/L、2 500 mg/L和蒸餾水驅(qū)替相同PV數(shù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

      圖2 礦化度與膨脹滲透率降幅關(guān)系

      從圖2可以看出,隨著注入水礦化度逐漸降低,巖芯由于膨脹造成的滲透率損失逐漸升高,且隨著礦化度不斷減少,膨脹對(duì)滲透率損失程度的增加幅度增大。滲透率越低的巖芯,相同礦化度條件下,水化膨脹造成的滲透率降低幅度越大。因此,對(duì)于黏土礦物高的水敏性強(qiáng)的儲(chǔ)層,注入水礦化度要保持在合理的范圍,注入水礦化度不合理會(huì)造成儲(chǔ)層滲流能力的大幅度降低,增加開發(fā)難度。

      2 固體懸浮物顆粒對(duì)儲(chǔ)層潛在傷害研究

      根據(jù)恒速壓汞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,儲(chǔ)層的滲流能力主要受喉道控制。研究區(qū)喉道半徑主要分布在1~6.5 μm之間,最大值在6.5 μm以內(nèi),含懸浮顆粒注入水的粒徑范圍≤5.0 μm,不同的注入水中含懸浮顆粒的濃度≤5.0 mg/L。實(shí)驗(yàn)所用懸浮顆粒為石英砂,密度為1.57 g/cm3,用濾膜過濾法配置不同粒徑、不同濃度的懸浮液。

      2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

      實(shí)驗(yàn)步驟如下:選出2平行組(每組3塊)不同滲透率級(jí)別的巖芯(表4)進(jìn)行滲透率測(cè)試,其中3塊巖芯進(jìn)行不同顆粒粒徑實(shí)驗(yàn),3塊巖芯進(jìn)行不同顆粒濃度實(shí)驗(yàn);將選好的巖芯放入80 ℃的烘箱中烘24 h;稱巖芯干重,測(cè)巖芯的長(zhǎng)度及直徑;將巖芯抽真空,24 h后,飽和鹽水,巖芯用10 000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)鹽水飽和;飽和鹽水后,將巖芯放于裝滿相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)鹽水的300 mL中間容器中,在10 MPa下加壓24 h;將巖芯水測(cè)滲透率;根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,注入不同濃度、不同粒徑的懸浮液。

      2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

      實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3和圖4。從圖3可以看出,滲透率越小的巖芯,注入水顆粒堵塞造成的傷害越大。滲透率隨著注入顆粒的增大急劇下降,而后滲透率平緩降低,說明注入顆粒越大,越易形成外部濾餅,滲透率變化緩慢。從圖4可以看出,不同顆粒濃度對(duì)滲透率的損害程度不同,滲透率越低,損害程度越大。

      表4 不同粒徑不同濃度實(shí)驗(yàn)巖芯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

      圖3 注入水顆粒粒徑與滲透率損失率關(guān)系

      圖4 顆粒濃度與滲透率損失率關(guān)系

      3 注海水對(duì)儲(chǔ)層滲流能力的研究

      海水中微生物的特征與普通油田注入水不同,細(xì)菌含量隨季節(jié)變化而變化。通過對(duì)比觀察注入水通過巖芯前后細(xì)菌的數(shù)量及大小,分析細(xì)菌對(duì)儲(chǔ)層的堵塞作用(表5)。

      表5表示注入水通過巖芯前后細(xì)菌形態(tài)的變化,從表中可知流出液體中的細(xì)菌個(gè)數(shù)明顯變少,說明細(xì)菌對(duì)儲(chǔ)層有一定的堵塞作用。通過記錄注入壓力的變化,分析細(xì)菌對(duì)儲(chǔ)層滲流能力的影響(圖5)。

      由圖5可知,隨著細(xì)菌數(shù)量的增加,對(duì)儲(chǔ)層的滲流能力影響增大,體現(xiàn)為滲透率保留量減小。細(xì)菌對(duì)巖芯的傷害,對(duì)孔喉的堵塞是造成傷害的主要原因。海水中細(xì)菌含量一般在100個(gè)/mL以下,對(duì)儲(chǔ)層傷害程度小于20%。

      表5 注入巖芯前后細(xì)菌形態(tài)變化

      圖5 細(xì)菌數(shù)量對(duì)儲(chǔ)層滲透率的影響

      表6 海水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

      礦化度/(mg/L)pH值溶解氧/(mg/L)細(xì)菌總數(shù)/(CFU/mL)溶解CO2/(mg/L)油類41 4007.97.21607.2未檢出

      圖6 不同水質(zhì)滲透率變化

      表6為海水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果,圖6為注入不同水質(zhì)滲透率變化情況。

      由圖6可以得出,隨著注入體積倍數(shù)的增加,注海水和注地層水儲(chǔ)層巖芯滲流能力變化規(guī)律一致,前期滲透率降低幅度達(dá)20%,注入體積倍數(shù)4 PV時(shí),滲透率降低幅度基本穩(wěn)定,注海水相比注地層水滲透率達(dá)到穩(wěn)定時(shí),降低幅度更大,表明注海水對(duì)儲(chǔ)層具有傷害作用。

      4 結(jié) 論

      1) 水驅(qū)后,膠結(jié)黏土礦物含量下降,骨架礦物組分含量上升,表現(xiàn)為黏土下降,石英和鉀長(zhǎng)石上升;顆粒遷移的礦物含量下降,晶格膨脹的礦物含量增加,表現(xiàn)為伊蒙間層上升,伊利石、高嶺石和綠泥石下降。

      2) 黏土對(duì)儲(chǔ)層影響主要受水化機(jī)理和微粒運(yùn)移相互作用,兩者作用機(jī)理不同。注入水水質(zhì)配伍時(shí),微粒運(yùn)移起主要作用,滲透率下降幅度較??;注入水水質(zhì)不配伍時(shí),蒙脫石發(fā)生膨脹明顯,水化膨脹造成的滲透率下降幅度較大。

      3) 同一顆粒粒徑情況下,巖芯滲透率越低,對(duì)產(chǎn)能的傷害越大;同一滲透率情況下,顆粒粒徑越大,對(duì)產(chǎn)能的傷害越大。同一顆粒濃度情況下,巖芯滲透率越低,對(duì)產(chǎn)能的傷害越大;同一滲透率情況下,顆粒濃度越高,對(duì)產(chǎn)能的傷害越大。

      4) 海水中細(xì)菌含量一般在100個(gè)/mL以下,對(duì)儲(chǔ)層傷害程度小于20%。注入海水對(duì)滲透率的損害大,對(duì)滲透率的損害在30%以上。

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