大庆油田采油四厂三元复合驱结垢类型研究

徐国民 蒋玉梅 党庆功 徐智艳

（大庆油田采油四厂）

1 岩心的元素组成及矿物组成

采用扫描电镜、能谱分析和XRD三种分析方法，研究大庆油田采油四厂三元复合驱区块的岩心形貌、元素组成及矿物组成。将深度为1 104.88～1 131.59m 的研究层位，自上而下标记为1－1、1－2、1－3、1－4和1－5层。分析后发现，各层的物理、化学特征基本相同。以1－5层为例（深度为1 123.59～1 128.19m），扫描电镜图片见图1，岩心矿物组成的XRD分析见图2。

由图1可知，原始岩心孔隙间的联通状况较好，孔道直径较大，孔隙与孔喉基本可以相连。岩心以Si、Al为主要元素，同时还含有Ca、Mg、Ba、Sr等元素［1］。

能谱分析后得出各层位所含的主要元素及其在岩心中的质量分数，见表1。

表1 各层位原子质量分数 （w／%）Table 1 Mass percentage of elements from No.1 to No.5

岩心中所含矿物主要为石英、钠长石及多种含Al、Ba、Ca、Mg、Sr等元素的矿物。

2 驱替实验与岩心分析

2.1 驱替实验

采用高压物模试验装置，模拟地层温度及压力进行驱替试验，为研究模拟岩心在储层条件下的溶蚀与结垢特征，按比例模拟现场驱替工况，设计一个特殊岩心夹持器，夹持器长度约为80cm。通过分析岩心微观结构、岩心化学组成的变化确定结垢类型［2－4］。

选取渗透率相近的一组岩心，岩心总长度为69.614cm，截面积4.64cm2。岩心组在岩心夹持器中的排列顺序见图3。

其中：2－1、6－3属于1－1层；15－4、15－2属于1－2层；9－3块属于1－3层；4－2、4－3、4－4属于1－4层；17－1、18－1属于1－5层。

驱替流程设计见图4。

由储层水质资料得知，模拟水的配制方案为：ρ（MgCl2）39.2mg／L，ρ（CaCl2）49.9mg／L，ρ（Na2SO4）177.4mg／L，ρ（NaCl）1 483.1mg／L，ρ（NaHCO3）2300mg／L。现场驱替用聚合物质量浓度为1500mg／L；三元液中w（NaOH）为1%，w（表活剂）为0.25%，ρ（聚合物）2200mg／L。

由大庆采油四厂三元区块实际驱替情况得出室内试验驱替条件：聚合物驱替线速度为0.425m／d；三元液驱替线速度为0.16m／d。

在40℃的恒温箱中，用三元液按此线速度不断驱替，随时观察记录压力和流量的变化，并绘制渗透率随时间变化曲线，当渗透率达到较低点时停止驱替取出岩心。渗透率变化规律见图5。

三元液驱油过程中渗透率先降低后升高，76h左右，渗透率又有所下降直至平稳。76h以后，岩心中三元液开始结垢，导致注入压力升高，渗透率下降。241h时，渗透率稍有上升趋势停止驱替。此时岩心组结垢最严重。

2.2 岩心分析

2.2.1 结垢深度

将驱替后的岩心烘干后气测渗透率，渗透率变化率见表2。

由表2可以看出，出口端编号4－2的岩心渗透率降低，结垢点应该在这块岩心中。为准确找到结垢点，将其切成4段，从注入端到采出端依次编号为1｀、2｀、3｀、4｀。每段分别气测渗透率，渗透率变化率如表3。

表2 岩心组渗透率变化率Table 2 Permeability rate various for core groups

表3 4－2岩心气测渗透率变化Table 3 Gas log permeability rate various for 4－2 core

出口端的岩心块4｀渗透率变化率为－19.8%。岩心在此块堵塞最严重，将4｀切成5个小薄片，从采出端到注入端分别编号为4－2（Ⅰ）、4－2（Ⅱ）、4－2（Ⅲ）、4－2（Ⅳ）、4－2（Ⅴ）。由于每片厚度约为2mm，无法气测渗透率，只有通过观察岩心微观形貌找出结垢点。将上述五块岩心薄片，利用高分辨率CT仪进行薄片CT扫描实验，驱替后的岩心与原始岩心孔隙度对比如表4。

薄片CT扫描的结果显示：三元复合驱替后，从4－2（Ⅴ）到4－2（Ⅱ）号薄片孔隙度均增大，只有4－2（Ⅰ）号岩心孔隙度降低。此时可预测结垢位置在4－2（Ⅰ）号岩心中，分析此块岩心中元素组成变化即可确定结垢类型。

表4 驱替前后各块岩心的孔隙度Table 4 Porosity of each core before and after displacement

2.2.2 结垢类型

将驱替后的模拟岩心17－1、15－2、6－3、9－3、2－1、18－1、15－4、4－3、4－4与岩心薄片4－2（I）分别取点进行能谱分析，每块岩心中各元素质量分数见图6。

由图6可知：三元驱替液中的碱及聚合物与岩心中的阳离子反应，生成的钙盐、钡盐、锶盐等沉淀随着驱替的进行逐渐向采出端富集沉积［5－7］，而使采出端结垢点岩心薄片4－2（Ⅰ）Ba、Ca、Si、Sr、Al的质量分数相对增加。因此，大庆油田采油四厂三元复合驱垢的主要成分为以硅酸根和铝酸根为阴离子，以Ba、Ca、Sr为阳离子的垢。

3 结语

（1）通过扫描电镜、能谱分析以及XRD实验可知，大庆油田采油四厂三元复合驱区块储层的岩心均含有化学元素Si、Al、Ba、Ca、Mg、Sr等；矿物成分为石英、钠长石及多种含 Al、Ba、Ca、Mg、Sr等元素的碎屑矿物。

（2）三元驱替液对储层中含 Ba、Ca、Si、Sr、Al矿物都有一定的溶蚀作用。

（3）大庆油田采油四厂三元复合驱结垢类型为以硅酸根和铝酸根为阴离子，以Ba、Ca、Sr为阳离子的垢。

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