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裂缝性灰岩油藏堵水酸化机理

2011-04-26张丽勤

断块油气田 2011年2期
关键词:冻胶酸化灰岩

张丽勤

(大庆油田有限责任公司第五采油厂,黑龙江 大庆 163513)

裂缝性灰岩油藏堵水酸化机理

张丽勤

(大庆油田有限责任公司第五采油厂,黑龙江 大庆 163513)

为了研究裂缝性灰岩油藏堵水酸化的机理,模拟了地层条件,并进行了室内实验。研究结果表明,该技术除了常规堵水和酸化的机理外,还有其独特的机理。堵剂在裂缝及大的孔道中形成凝胶或冻胶,凝胶或冻胶因聚合物交联而形成的网状结构具有水锁效应;堵剂的转向作用提高了酸化的效率和效果;堵剂对酸化的缓速作用增大了酸化处理范围;堵水和酸化协同作用能够提高裂缝性灰岩油藏的最终采收率和产能。

裂缝性灰岩;堵水酸化一体化技术;机理

单一的堵水和酸化作业在裂缝性灰岩油藏实施具有局限性。例如,渗透率级差大,且低渗透层产液量低的油藏,低渗透层酸化后可能高渗透层仍然出水严重等。堵水酸化一体化技术是在20世纪90年代初期提出的[1]、将堵水和酸化2种增产技术有机结合起来的技术,经历十几年的发展和进步,已经在油田得到了一定的应用。但是在裂缝性灰岩油藏中该技术的机理认识还不全面,笔者通过室内模拟实验对裂缝性灰岩油藏堵水酸化一体化的机理进行了研究。

1 实验药品及流程

实验药品配方如下,其中堵剂配方:HPAM为5%(质量分数,下同),柠檬酸铝为1%,Na2SO3为2%,水为92%;人工盐水配方:Na+质量浓度为3 384 mg·L-1,Ca2+为520 mg·L-1,Mg2+为96 mg·L-1,Cl-为3 560 mg· L-1,HCO3-为184 mg·L-1,CO32-为480 mg·L-1;模拟油50℃黏度为21.5 mPa·s,80℃黏度为4.8 mPa·s;人工盐水质量浓度为8 224 mg·kg-1。实验温度为80℃。实验中选择聚合物分子量600万,聚合物质量分数0.80%,交联剂质量分数0.20%。酸化采用15%的盐酸。实验装置如图1所示。

图1 气井拟稳态流动示意

2 裂缝性灰岩岩心的制作

人造岩心[2-3]是将天然灰岩岩心粉碎后,经加水混合、压实和烘干处理后获得块状人造灰岩岩块,将人造岩块切割成方形小块,组成如图2所示的模拟裂缝性灰岩的岩心模型,模型尺寸为30 cm×4.5 cm×4.5 cm,外部用环氧树脂胶结,小块人造灰岩之间的裂缝宽度为0.2~3 mm,裂缝被大颗粒的玻璃粉末所充填。

图2 裂缝-孔隙型地层模型示意

实验中共制备了3类岩心模型:Ⅰ类岩心模型平均空气渗透率为65.58×10-3μm2,Ⅱ类岩心模型平均空气渗透率为348.18×10-3μm2,Ⅲ类岩心模型是由Ⅰ类岩心与Ⅱ类岩心并联而成的。

3 作用机理

根据国内外相关资料及现场数据,发现裂缝性灰岩堵水酸化一体化技术除了常规堵水和酸化的特征和机理外,还有其独特的宏观机理和微观机理。

3.1 堵水作用

堵水作用的机理在于堵剂在裂缝及大的孔道中形成凝胶或冻胶,不仅降低了岩心的有效孔隙度,还会形成网状结构(见图3)。当水渗透时,凝胶或冻胶会吸水膨胀,通过吸水和进一步降低孔隙度而降低了水的渗透率。

图3 聚合物交联凝胶水锁效应

堵油率较低是因为堵剂主要进入大孔隙、高渗透的裂缝和孔道,而微小裂缝或孔隙中未形成有效的封堵。一方面,油可在堵剂所形成的凝胶或冻胶之间的孔隙渗透;另一方面,可在堵剂未有效封堵的微小裂缝或孔隙中渗透。也就是说,凝胶或冻胶中因聚合物交联而形成的网状结构具有水锁效应,能够吸水而降低其渗透率;而让油通过,对油的渗透率影响较小(见图4)。另外,灰岩的亲油性有助于油依靠毛细管力而在灰岩中渗透。

图4 聚合物堵水处理对油水渗透率的影响

3.2 酸化解堵/连通作用

裂缝性灰岩堵水酸化技术中酸化的主要作用是解除地层因堵塞而造成的渗透率降低[4-5],并因酸渗透而连通裂缝与裂缝、裂缝与孔隙及孔隙与孔隙,提高注水波及范围,提高采收率。

3.3 堵剂对酸化的转向作用

凝胶型堵剂的加入预先封堵高渗透层,或者高渗透的裂缝或孔隙,进而,使后续注入的酸液能够进入低渗透率层,或者低渗透率的窄裂缝和小孔隙,并会因酸渗透而连通未波及的裂缝和孔隙。可见,堵剂的转向作用提高了酸化的效率和效果。

3.4 堵剂对酸化的缓速作用

堵剂在地层中形成黏度较高的凝胶,降低了酸液的氢离子传质速率和酸岩反应速率,提高了酸液的渗透或穿透能力,增大了酸化处理范围。也就是说,堵剂封堵后的酸化与胶凝酸酸化有相通之处。

3.5 堵水酸化改变裂缝性灰岩润湿性

引入Amott润湿指数考察堵水酸化处理后岩心的润湿性变化。实验开始时使用水在自吸室中从岩心中自发地驱替油的体积为Vos:这时在HassIor室内通过强迫性驱替的原油体积为Vof。这个过程反过来用油自发驱替水的体积为Vws,最后通过强迫性驱替水的体积为Vwf。根据用油替换量与总的替换量比值(Io)与被替换掉水的比值(Iw)之差,得到Amott指数WI:

实验结果见表1,同时,给出了灰岩表面的接触角测定结果。

表1 堵水酸化处理前、后岩心润湿性指数和表面接触角

由表1可见,3类岩心的润湿指数经堵水后均降低,偏向亲油性;酸化后均升高,偏向亲水性;堵水酸化后主要是偏油性;其中,堵水酸化后,Ⅱ类高渗透率岩心和Ⅲ类并联非均质岩心润湿性偏油性程度较高,这也在一定程度上说明了其堵水增油作用。与常规砂岩润湿指数增大,接触角减小的变化规律不同,灰岩岩心基质表面的接触角变化规律为:当岩心整体润湿指数提高时,接触角亦增大;润湿指数减小时,接触角亦减小。其原因在于裂缝性灰岩的组成和结构特征,主要是裂缝存在的影响。综上可见,堵水酸化一体化处理后,岩石基质因酸化而使岩石表面亲水性增强,而裂缝因堵水而使其亲水性变弱。

3.6 协同增产作用

裂缝性灰岩堵水酸化一体化技术中,堵剂能够有效封堵高渗透层、高渗透裂缝和孔隙,明显降低水相渗透率,迫使水能够进入低渗透层,或低渗透的裂缝和孔隙,进而,降低了高渗透层水的渗流速度,提高了注入水的波及范围和波及效率。而酸化在堵水作用后,能够进入被堵塞的、或者渗透率低的油层,起到解堵作用、增孔作用和连通作用,提高动用程度较低的低渗透部位,进而提高了整个油藏的采收率和油井的产能。

4 结论

1)堵剂在微观上优先进入高渗透的裂缝和孔隙,在宏观上优先进入高渗透层,形成具有网状结构的凝胶或冻胶,降低了岩心的有效孔隙度,选择性封堵其中的水,降低水的渗透率,使水能够进入低渗透的裂缝、孔隙,或者进入低渗透油层,增大了注入水的波及范围,提高了水驱的采收率。

2)黏度高的凝胶或冻胶堵剂对酸化具有缓速作用,降低了酸液的氢离子传质速率和酸岩反应速率,提高了酸液的渗透或穿透能力,增大了酸化处理范围。

3)堵水酸化一体化处理后,岩石基质因酸化导致表面亲水性增强,而裂缝因堵水而使其亲水性变弱。

4)堵水和酸化协同作用能够提高裂缝性灰岩的最终采收率和产能。

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Mechanism of water plugging and acidizing on fractured limestone reservoir

Zhang Liqin
(No.5 Oil Production Plant,Daqing Oilfield Company Limited,PetroChina,Daqing 163513,China)

To study the mechanism of water plugging and acidizing on fractured limestone reservoir,the reservoir conditions are simulated.Besides the conventional water plugging and acidizing mechanisms,the unique mechanism of this technique that the plugging agent is become into the gel or jel in the fracture and large pore path and the net structure of gel or jel,created by polymer crosslinking,is of the water locking effect has been obtained through the laboratory experiment.The diversion effect of plugging agent improves the acidizing efficiency and effect.The retarded acting of plugging agent to acidizing enlarges the acidizing range. The synergetic effect of water plugging and acidizing can improve the ultimate recovery factor and deliverability in fractured limestone reservoir.

fractured limestone;integrated technology of water plugging and acidizing;mechanism

TE311

:A

1005-8907(2011)02-264-03

2010-06-17;改回日期:2011-01-15。

张丽勤,女,1982年生,助理工程师,2009年毕业于大庆石油学院油气田开发工程专业,现从事采油技术工作。E-mail:zhangliqin1100@126.com。

(编辑滕春鸣)

张丽勤.裂缝性灰岩油藏堵水酸化机理[J].断块油气田,2011,18(2):264-266. Zhang Liqin.Mechanism of water plugging and acidizing on fractured limestone reservoir[J].Fault-Block Oil&Gas Field,2011,18(2):264-266.

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