智能水礦化度及離子組成對碳酸鹽巖儲集層礦物結(jié)垢的影響

GHASEMIAN Javad，RIAHI Siavash

（德黑蘭大學(xué)工程學(xué)部化學(xué)工程學(xué)院石油工程系，德黑蘭 113654563，伊朗）

0 引言

一個多世紀(jì)以來，水驅(qū)一直是最成功和最有效的二次采油方法之一，注水開發(fā)技術(shù)既可以在油田開發(fā)早期也可以在油田開發(fā)晚期實(shí)施[1-3]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，注水效果受注入水礦化度及離子組成的影響較大。較多研究證實(shí)，相較于注入普通海水，采用智能水驅(qū)技術(shù)，即改變注入海水的礦化度和離子組成，可以影響原油、地層水、巖石之間的相互作用，進(jìn)而提升微觀驅(qū)油效率，并最終提高碳酸鹽巖油藏采收率[1-13]。Zhang等[14]的研究結(jié)果表明，提高海水中 SO42-的濃度可以改善白堊層（chalk）的潤濕性。Fathi等[9]研究表明，在不含氯化鈉的海水中，當(dāng)SO42-的濃度增加至普通海水 SO42-濃度的 4倍時，最終原油采收率顯著提高。Mohanty等[15]發(fā)現(xiàn)，含有Mg2+和SO42-的海水可以改變方解石的潤濕性，使其從親油變?yōu)楦佑H水。Awolayo等[6]對中東碳酸鹽巖巖心進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)增加海水中硫酸鹽濃度可以降低原油-地層水-巖石體系的親油性。可見，注入智能水可以改變碳酸鹽巖的潤濕性，使其從親油變?yōu)橛H水，從而提高原油采收率。但是，如果注入的智能水與原始地層水配伍性較差，則有可能導(dǎo)致礦物結(jié)垢沉淀，進(jìn)而可能堵塞油層基質(zhì)孔隙或裂縫、射孔孔道、井下設(shè)備，并最終影響油氣產(chǎn)量[16-22]。油田最常見的礦物結(jié)垢可分為兩大類，即硫酸鹽結(jié)垢和碳酸鹽結(jié)垢。注入智能水后，智能水中的SO42-與地層水中的 Ca2+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成 CaSO4[23-26]；智能水中的 CO32-與地層水中的 Ca2+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaCO3[27-28]。通常，碳酸鹽巖儲集層的地層水礦化度較高且 Ca2+濃度較高。因此，高硫酸鹽濃度的智能水與地層水混合將導(dǎo)致 CaSO4垢的形成，同時也會形成少量的CaCO3垢，CaCO3垢的量比CaSO4垢的量少得多。CaSO4垢是石油工業(yè)中可能引起嚴(yán)重問題的主要結(jié)垢類型之一。

為了確定礦物結(jié)垢對儲集層滲透率的影響，研究者進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)研究。Moghadasi等[23]發(fā)現(xiàn)受碳酸鈣或硫酸鈣結(jié)垢的影響，注水后儲集層滲透率下降幅度從低于30%到高于 90%的現(xiàn)象都存在，滲透率下降幅度取決于地層水與注入水的組成、儲集層初始滲透率、儲集層溫度、注入水注入時間和注入速度等。Merdhah等[25]進(jìn)行了巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，將注入海水與含有高濃度Ba2+、Sr2+、Ca2+的地層水充分混合，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，CaSO4和 SrSO4垢增加，但 BaSO4垢減少，原因在于 BaSO4溶解度隨溫度的升高而增加。此外，在較高壓差和較高注入水、地層水礦化度條件下，3種沉淀都增加。Tahmasebi等[24]研究了含有高濃度 Ca2+和SO42-的注入水混合后碳酸鹽顆粒和玻璃珠填砂管滲透率下降情況。結(jié)果表明，當(dāng)溫度高于70 ℃時，隨著注入水濃度的增加，CaSO4沉淀增加，填砂管滲透率持續(xù)下降。滲透率降低速率不隨注入速度的增加而降低。在一定濃度和注入速度下，隨著溫度的升高，滲透率下降速率逐漸加快。Moghadasi等[29]發(fā)現(xiàn)，砂巖巖心內(nèi)的結(jié)垢可造成滲透率大幅下降，溫度升高，CaSO4和SrSO4沉淀的量增多，而BaSO4沉淀的量減少；壓力升高，CaSO4、SrSO4、BaSO4沉淀均增加。Naseri等[30]研究發(fā)現(xiàn)，在不同溫度條件下BaSO4和CaSO4復(fù)合結(jié)垢特征與單純只有 BaSO4結(jié)垢沉淀的情況相反，溫度越高BaSO4和CaSO4復(fù)合結(jié)垢沉淀越多，多孔介質(zhì)滲透率下降的速度也越快?？梢?，影響礦物結(jié)垢沉淀進(jìn)而影響滲透率的參數(shù)主要包括溫度、壓力、結(jié)垢類型、注入水及地層水的礦化度、注入速度和初始滲透率等。根據(jù)前人研究成果，目前大多數(shù)的智能水驅(qū)方案都只關(guān)注如何提高采收率，而對注水對儲集層造成的傷害以及對儲集層產(chǎn)能的影響關(guān)注不多。

筆者曾開展過在常壓和 90 ℃條件下兩種不同組分鹽溶液相互混合的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)[31]，從海水中去除HCO3-來簡化海水的組成，研究智能水礦化度和離子濃度對CaSO4結(jié)垢沉淀的影響。本文開展巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)新的室內(nèi)注水程序和實(shí)驗(yàn)參數(shù)，以模擬智能水與原生地層水在碳酸鹽巖儲集層中的流動條件，更加準(zhǔn)確地反映礦物結(jié)垢對儲集層滲透率的影響。本文基于實(shí)驗(yàn)研究當(dāng)智能水被用作提高采收率的注入水時注水系統(tǒng)中形成礦物結(jié)垢的風(fēng)險以及如何調(diào)整智能水礦化度水平和離子組成來降低礦物結(jié)垢沉淀風(fēng)險，研究由于CaSO4和 CaCO3復(fù)合結(jié)垢沉淀而引起的儲集層滲透率下降問題，并利用SEM（掃描電鏡）圖片分析CaSO4和 CaCO3復(fù)合結(jié)垢沉淀在巖石孔隙表面上的形態(tài)以及結(jié)垢晶體的大小。

1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 鹽溶液制備

Merck公司提供了 6種高純度分析級鹽，包括NaCl、KCl、Na2SO4、NaHCO3、MgCl2·6H2O 和CaCl2·2H2O。將一定量的鹽溶解在蒸餾水中制備鹽溶液。用磁力攪拌器攪拌鹽溶液并使其靜置24 h以確保溶液穩(wěn)定。為了確保溶液中不存在懸浮顆粒，用 0.45 μm的濾紙過濾鹽溶液。按照上述方法制備合成波斯灣海水（PGSW）和庫帕爾油田地層水（KFW），其化學(xué)成分如表1所示。通過改變PGSW的化學(xué)組成制備了改進(jìn)鹽溶液，用以研究不同智能水礦化度和離子組成條件下形成的CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢沉淀以及這種復(fù)合結(jié)垢沉淀對儲集層滲透率的影響。其中一組改進(jìn)鹽溶液維持總礦化度不變（見表2），用以研究注入智能水的離子組成對結(jié)垢的影響。PGSW_1Ca1Mg2S表示該改進(jìn)鹽溶液的Ca2+、Mg2+、SO42-濃度分別是PGSW中Ca2+、Mg2+、SO42-濃度的1，1，2倍，以此類推。通過稀釋PGSW制備了另一組改進(jìn)鹽溶液（見表3），用以研究注入智能水的礦化度對結(jié)垢的影響。PGSW#5D表示用蒸餾水對PGSW進(jìn)行5倍稀釋，以此類推。

表1 PGSW和KFW的化學(xué)成分

表2 不同離子組成智能水的化學(xué)成分

表3 不同礦化度智能水的化學(xué)成分

1.2 巖心材料

本文實(shí)驗(yàn)所采用的巖心均來自伊朗 Shiraz市Babakoohi山區(qū)的白云巖露頭，其黏土含量低。巖心長度為7 cm，直徑為3.8 cm，平均孔隙度為13.61%，平均絕對滲透率為33.37×10-3μm2。在常溫條件下使用甲苯在索氏提取器中清潔所有巖心樣品，并在使用前將其置于100 ℃烘箱中干燥24 h。各巖心樣品的基本參數(shù)如表4所示。烘干巖樣的X射線衍射（XRD）分析表明，巖心中白云石顆粒占比超過99%（見圖1）。

表4 本文所用巖心樣品基本參數(shù)

圖1 碳酸鹽巖巖樣的X射線衍射圖（n—計(jì)數(shù)；θ—衍射角）

圖2為巖心驅(qū)替裝置。在每次巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)之前，先將巖心樣品用KFW飽和，然后計(jì)算孔隙體積和初始孔隙度。此后，為了測量初始巖心滲透率，用KFW以不同的速度驅(qū)替飽和巖心并記錄相應(yīng)的壓差，并使用達(dá)西定律計(jì)算初始滲透率，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

圖2 巖心驅(qū)替裝置示意圖

在每次巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)之后，恢復(fù)使用過的巖心，并準(zhǔn)備下一次巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。如果巖心含少量黏土，恢復(fù)過程為：①用6 PV（注入孔隙體積倍數(shù)）的蒸餾水驅(qū)替巖心樣本；②用2 PV的甲苯驅(qū)替巖心以完全清洗巖心樣本；③將巖心樣本在100 ℃烘箱中干燥24 h，準(zhǔn)備用于下一次巖心驅(qū)替。如果巖心含大量黏土，恢復(fù)過程為：①用6 PV的不含SO42-和CO32-的鹽溶液驅(qū)替巖心樣本；②用2 PV的甲苯驅(qū)替巖心以完全清洗巖心；③將巖心樣本在100 ℃烘箱中干燥24 h，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次巖心驅(qū)替[32]。

1.3 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)程序

本文在 90 ℃和常壓條件下開展 3組巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。第1組實(shí)驗(yàn)使用合成PGSW驅(qū)替飽和KFW的巖心，檢測由于CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢沉淀所引起的滲透率下降程度。第 2組實(shí)驗(yàn)用以研究注入水與原生地層水在多孔介質(zhì)中的接觸時間對結(jié)垢沉淀量的影響，接觸時間是本文新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。第 3組實(shí)驗(yàn)用以研究注入PGSW后，由于其礦化度和離子組成變化而引起的CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢沉淀量變化以及結(jié)垢沉淀造成的滲透率下降程度變化。最后，為了研究巖石孔隙表面上結(jié)垢沉淀的形態(tài)，利用SEM圖片對結(jié)垢的巖心樣品進(jìn)行目測分析。

設(shè)計(jì)了新的實(shí)驗(yàn)程序用于模擬注入水和地層水在儲集層中流動的真實(shí)條件。在注入KFW獲取了巖心的孔隙度和初始滲透率之后，將轉(zhuǎn)換釜內(nèi)含有KFW的室切換至含有智能水的室，將巖心與巖心夾持器組件一起放置在烘箱內(nèi)，并加熱到90 ℃。將系統(tǒng)放置4～5 h以達(dá)到設(shè)定溫度。設(shè)定注入泵的流量為0.5 mL/min并保持恒定，所有的巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)均在這一恒定流量下展開。巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中，首先，采用2 PV的智能水驅(qū)替巖心樣品。停止注水后，靜置設(shè)定的接觸時間，以使巖樣內(nèi)注入水與地層水兩種不配伍的水溶液很好地接觸并充分反應(yīng)。然后，采用3 PV的智能水驅(qū)替巖心樣品，并連續(xù)記錄巖心樣品兩端的壓差。巖心結(jié)垢后，使用達(dá)西線性流動方程計(jì)算巖心樣品的最終滲透率。驅(qū)替結(jié)束后，取出已結(jié)垢的巖心樣品，在100 ℃的烘箱中干燥，并切成更小的樣品用于SEM分析。

1.4 礦物結(jié)垢可能性預(yù)測

首先采用 OLI ScaleChem軟件對富含硫酸鹽的PGSW與KFW混合后結(jié)垢的熱力學(xué)行為進(jìn)行分析，以確定在本文實(shí)驗(yàn)條件下哪些礦物可能在巖心中結(jié)垢。基于熱力學(xué)平衡和離子在水中的溶解度開發(fā)了相應(yīng)的化學(xué)模擬程序[22]，用于儲集層注水期間的結(jié)垢預(yù)測。

2 結(jié)果及討論

2.1 礦物結(jié)垢可能性預(yù)測與分析

利用OLI ScaleChem軟件預(yù)測可能形成的結(jié)垢類型，計(jì)算結(jié)垢可能性以及在90 ℃和常壓條件下的結(jié)垢沉淀量。表 1中詳細(xì)列出了用于預(yù)測礦物結(jié)垢趨勢的鹽溶液的化學(xué)成分。結(jié)垢可能性的大小使用結(jié)垢趨勢（ST）進(jìn)行評估，當(dāng)ST值大于1.0時，礦物結(jié)垢的可能性較大。

圖3為礦物結(jié)垢趨勢隨PGSW混合比例的變化曲線，這里的PGSW混合比例即PGSW在混合溶液中的體積占比，例如，PGSW混合比例為 80%意味著如果有100 mL混合溶液，則其由80 mL的PGSW和20 mL的KFW混合而成。結(jié)果顯示，CaSO4的ST值最大為4.9，CaCO3的ST值最大為2.8，顯然CaSO4結(jié)垢沉淀的可能性較大。圖 4為當(dāng)?shù)貙铀秃Ｋ旌虾蟮V物結(jié)垢量隨 PGSW 混合比例的變化曲線。結(jié)果顯示，在PGSW 的混合比例達(dá)到 80%時，CaSO4的沉淀量達(dá)到最大，為2 060.9 mg/L，CaCO3的沉淀量也達(dá)到最大，為13.4 mg/L。因此，本文描述的智能水注入系統(tǒng)中主要的結(jié)垢類型是CaSO4結(jié)垢。

圖3 在90 ℃和常壓條件下礦物結(jié)垢趨勢隨PGSW混合比例的變化曲線

圖4 在90 ℃和常壓條件下礦物結(jié)垢量隨PGSW混合比例的變化曲線

2.2 巖心測試

所有巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)均為單相流，且注入泵的流量恒定，為 0.5 mL/min。利用達(dá)西線性流動方程，根據(jù)記錄的壓差數(shù)據(jù)計(jì)算巖心樣品的最終滲透率。記錄最終滲透率與初始滲透率的比值隨注入水體積的變化并作圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表 5所示。最后，利用掃描電鏡對巖心樣品進(jìn)行目測，分析巖石孔隙表面上 CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢的晶體大小和形態(tài)。

表5 不同巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2.2.1 滲透率傷害程度

將合成的PGSW注入飽和KFW的巖心樣品，研究由于CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢沉淀而引起的滲透率降低程度。在本次實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置接觸時間為0 h，即初始接觸，對應(yīng)表5中的實(shí)驗(yàn)1。

圖5顯示，在形成CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢沉淀之后滲透率損失嚴(yán)重，大約損失了 61%。滲透率的下降趨勢隨注入 PGSW 體積的變化而變化。在注入PGSW初期（注入約1 PV的PGSW期間），滲透率迅速下降。隨后，滲透率下降速率減小。滲透率在大幅下降后逐漸趨于平緩。這是因?yàn)椋谧⑷隤GSW初期，CaSO4和 CaCO3過飽和速度很快，而CaSO4和CaCO3過飽和會導(dǎo)致其在巖石孔隙中結(jié)垢沉淀，沉淀的礦物結(jié)垢堵塞孔隙，因此滲透率下降速度很快。

在CaSO4和CaCO3結(jié)垢成核之后，最初滲透率的下降主要是因?yàn)榫w的生長。之后，隨著晶體不斷沉淀在孔隙表面之上，結(jié)垢沉淀會占據(jù)越來越多的孔隙空間。晶體生長和晶體沉淀與結(jié)垢成核相比是緩慢發(fā)生的。因此，儲集層傷害包括 3個階段：結(jié)垢成核、晶體生長和原位晶體沉淀[33]。

圖 5顯示，滲透率下降曲線呈波狀彎曲，即存在起伏。這是因?yàn)?，?shù)個懸浮的礦物結(jié)垢顆?？赡軙蚪涌紫逗淼溃瑔蝹€懸浮的礦物結(jié)垢顆?？赡軙氯紫逗淼?。懸浮的礦物結(jié)垢顆粒堵塞或橋接孔隙喉道會引發(fā)喉道兩側(cè)壓差的升高，直到顆粒通過喉道或者顆粒橋破壞，喉道兩側(cè)的壓差降低。在注入PGSW過程中，這種現(xiàn)象反復(fù)發(fā)生[15]。

圖5 注入PGSW時壓差及巖心最終滲透率與初始滲透率比值隨注入體積的變化（對應(yīng)實(shí)驗(yàn)1）

2.2.2 接觸時間對礦物結(jié)垢沉淀的影響

本文研究考慮了注入水與地層水混合后的原位接觸時間，以確定CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢量最大時兩種流體的接觸時間。因此，在本次實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置了 4種接觸時間，分別為0，12，24，48 h，并分別對應(yīng)表5中的實(shí)驗(yàn)1，2，3，4。對于接觸時間12，24，48 h的實(shí)驗(yàn)，首先注入2 PV的PGSW，在達(dá)到設(shè)定的接觸時間后再繼續(xù)注入PGSW并開始記錄巖心樣品兩端的壓差以計(jì)算最終滲透率。圖 6顯示，隨著接觸時間的增加，PGSW和 KFW混合后 CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢沉淀增多，最終滲透率與初始滲透率的比值下降。注入水和地層水在巖心中混合 12 h之后，CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢就引發(fā)了嚴(yán)重的儲集層傷害，并導(dǎo)致了較高的滲透率損失，接觸時間延長到24和48 h后，滲透率損失程度沒有顯著增加。因此，后續(xù)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)均設(shè)置接觸時間為12 h。

圖6 注入PGSW時不同接觸時間下巖心最終滲透率與初始滲透率比值隨注入體積的變化（對應(yīng)實(shí)驗(yàn)1，2，3，4）

2.2.3 注入水離子組成對礦物結(jié)垢沉淀的影響

注入水的離子組成是影響無機(jī)結(jié)垢趨勢的重要參數(shù)之一。為了研究注入水離子組成對滲透率下降程度的影響，設(shè)計(jì)了一組巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，即表5中的實(shí)驗(yàn)1，5，6，7。實(shí)驗(yàn)中注入水的化學(xué)成分如表2所示。

圖7顯示，提高注入智能水中的Mg2+濃度，CaSO4和 CaCO3復(fù)合結(jié)垢沉淀量降低，從而提高了最終滲透率與初始滲透率的比值。離子并非完全以游離形式存在于溶液中，溶液中的離子配對行為十分復(fù)雜。相互配對的離子不能形成礦物結(jié)垢，它們可以通過降低反應(yīng)物的有效濃度來增加無機(jī)鹽的溶解度[31]。在這些巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中，注入的鹽溶液含有 Mg2+、SO42-和CO32-，并且 Mg2+與 SO42-或 CO32-會發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)或離子配對，降低了可用的SO42-和CO32-濃度，因此將形成較少的CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢。

圖7 注入普通海水及改變Mg2+含量后得到的智能水時巖心最終滲透率與初始滲透率比值隨注入體積的變化（對應(yīng)實(shí)驗(yàn)1，5，6）

圖8顯示，隨著注入智能水中SO42-濃度的增加，CaSO4和 CaCO3復(fù)合結(jié)垢沉淀量增大，最終滲透率與初始滲透率的比值迅速減小。這是因?yàn)椋?dāng)智能水中SO42-濃度超過其在PGSW中的濃度時，過飽和現(xiàn)象顯著增加，且SO42-與Ca2+的反應(yīng)速度也提高，最終CaSO4結(jié)垢沉淀量增加，造成嚴(yán)重的地層傷害和滲透率損失。

圖8 注入普通海水及改變SO42-含量后得到的智能水時巖心最終滲透率與初始滲透率比值隨注入體積的變化（對應(yīng)實(shí)驗(yàn)1，7）

2.2.4 注入水礦化度對礦物結(jié)垢沉淀的影響

實(shí)驗(yàn)研究表明，注入低礦化度流體對油田開發(fā)有顯著影響[1,8,26]。為了研究注入低礦化度流體的潛在危害，設(shè)計(jì)了一組巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，即表5中的實(shí)驗(yàn)1，8，9。實(shí)驗(yàn)中注入水的化學(xué)成分如表3所示。

圖 9顯示，改變注入水的礦化度對礦物結(jié)垢沉淀量有顯著影響，進(jìn)而影響滲透率。通過稀釋注入流體可以降低礦化度，在對PGSW進(jìn)行5倍稀釋后，最終滲透率與初始滲透率的比值有所提高，進(jìn)一步稀釋后其值降低。筆者之前的研究結(jié)果表明，溶液的礦化度和活性離子濃度控制無機(jī)鹽溶解度[31]。礦化度與活性離子濃度對礦物結(jié)垢沉淀的影響相反。礦物結(jié)垢隨著注入流體礦化度的增加先減少后增加，存在一個最佳的礦化度（本文實(shí)驗(yàn)條件下為5倍稀釋的PGSW），即在此時無機(jī)鹽具有最高的溶解度。用蒸餾水對 PGSW進(jìn)行5倍稀釋后，Ca2+、SO42-和CO32-的濃度也隨之降低，因此活性離子的活性積降低。此外，在該礦化度（5倍稀釋的PGSW）下，與活性離子濃度相比，礦化度仍然是有效的參數(shù)，會減少CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢沉淀量。然而，進(jìn)一步稀釋PGSW后（如10倍稀釋），礦化度和活性離子濃度的影響將會逆轉(zhuǎn)，活性離子的活性積將會提高，陰離子和陽離子的活性增強(qiáng)，最終導(dǎo)致形成更多的CaSO4和CaCO3復(fù)合垢，從而進(jìn)一步降低多孔介質(zhì)的滲透率。

圖9 注入普通海水及稀釋后得到的智能水時巖心最終滲透率與初始滲透率比值隨注入體積的變化（對應(yīng)實(shí)驗(yàn)1，8，9）

2.2.5 掃描電鏡分析

利用SEM研究了巖石孔隙表面的結(jié)垢晶體形態(tài)、顆粒大小、結(jié)垢沉積位置及其分布。以巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)8為例，在注水結(jié)束時取出結(jié)垢的巖心樣品，干燥并切成更小的樣品用于SEM分析。圖10為未結(jié)垢巖心的SEM圖像。

圖10 未結(jié)垢白云巖巖心的SEM圖像

圖11顯示，CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢晶體生長在孔隙壁面上而不是在地層水中，并可以觀察到一些晶體聚集并垂直于孔隙壁面。與位于孔隙壁面上的結(jié)垢晶體相比，垂直于孔隙壁面的結(jié)垢晶體對地層水流動的阻力更大。巖心滲透率的損失主要是由這些結(jié)垢晶體造成的。結(jié)垢晶體具有較不規(guī)則的形狀，有的呈扁平狀和板狀，相互疊加并垂直于孔隙壁面生長，還可以觀察到單個聚集性結(jié)垢晶體。

圖11 白云巖巖心內(nèi)CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢晶體的SEM圖像

3 結(jié)論

當(dāng)碳酸鹽巖油藏的地層水中含有二價離子時，注入智能水驅(qū)油存在礦物結(jié)垢沉淀的風(fēng)險，注入水的礦化度和離子組成對滲透率損失程度有較大影響。CaSO4和 CaCO3復(fù)合結(jié)垢是造成碳酸鹽巖儲集層滲透率下降的主要原因。本文實(shí)驗(yàn)條件下多孔介質(zhì)中由 CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢引起的滲透率下降幅度為初始滲透率的61.0%～79.1%。滲透率下降的程度取決于注入水的離子組分、礦化度以及注入水與地層水的接觸時間。

提高注入智能水中的Mg2+濃度或降低SO42-濃度，可以降低CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢沉淀量，從而降低滲透率損失量。

改變注入智能水的礦化度對多孔介質(zhì)中礦物結(jié)垢有顯著的影響，進(jìn)而影響巖石的滲透率。通過稀釋普通海水可以減小礦化度，在對普通海水進(jìn)行 5倍稀釋后，最終滲透率與初始滲透率的比值有所提高，進(jìn)一步稀釋后其值降低。

掃描電鏡圖像證實(shí)CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢在巖石孔隙壁面沉積生長，并且CaSO4和CaCO3復(fù)合結(jié)垢晶體通常垂直于孔隙壁面生長。巖心滲透率的損失主要是由結(jié)垢晶體積聚并垂直于孔隙壁面生長所造成的。

致謝：德黑蘭大學(xué)石油工程學(xué)院為本研究提供了實(shí)驗(yàn)設(shè)施方面的支持，在此表示感謝。