盐沉析技术堵气窜实验

金发扬 田园媛 蒲万芬 袁成东 郭 勇 刘哲知

1．西南石油大学石油工程学院 2．中海油服油田生产研究院

在注气提高油气田采收率过程中，由于油藏非均质性和不利流度比等因素的影响，容易出现气窜。气窜的出现，会降低注入气的波及体积，甚至导致注入气在地层中无效循环，从而影响气驱油气田的采收率。因此，研究封堵气窜的方法和技术，对提高气驱油气田开发效果有重要意义。

目前，控制或延缓气窜的方法分为两类。一类是从油藏工程角度出发，优化注气方案中各个参数，如注入方式、注入压力、射孔方式、注采井距和注采井网等，从而延缓或控制气窜。牙哈凝析气田成功采用该方法延缓气窜，实现了高压循环注气开发［1］。另一类方法是利用注入流体与地层岩石或流体发生物理化学作用，降低气窜通道渗透率或改善流度比，从而封堵气窜。如水气交替注入（WAG）［2－6］、复合凝胶［7］、CO2泡沫［8－10］、聚合物冻胶＋ 泡沫复合防窜体系［11］等。这些方法能解决矿化度和温度不高的油气田气驱气窜问题，但却不适用于高温、高盐（温度大于等于120℃，矿化度大于等于20×104mg／L）油气藏气驱气窜的防治。因为，聚合物和起泡剂等在高温高盐条件下难以长期保持稳定的化学活性。为此，根据盐沉析技术不受温度和矿化度影响的现状以及在高温、高盐条件下能长期保持有效封堵的特点，开展了盐沉析封堵气窜的研究与探讨。

1 盐沉析堵气窜提高气驱波及体积的机理

1．1 盐沉析技术原理

盐沉析技术的原理是通过减小高浓度或饱和盐水溶液中盐的溶解度，析出盐结晶颗粒，从而封堵孔隙或喉道。为了减小盐在溶液中的溶解度，需要加入醇或其他类型的非电解质。因此，该技术又叫醇诱导盐沉析技术。国内外关于盐沉析技术的研究主要集中在体系研究［12］、水井调剖提高气驱波及体积［13－15］、油井消除气锥［16－17］和气藏控水增气［18］等方面。目前还未见应用盐沉析封堵气驱过程中气窜的相关研究或报道。

1．2 提高气驱波及体积的机理

气驱过程中，导致气窜的原因主要有地层非均质性、裂缝、注入气与地层流体间不利的流度比、黏性指进等。根据盐沉析技术原理，该技术既可用于水井调剖、油井堵水或消除气锥，也可用于气驱油气田治理气窜。

盐沉析封堵气驱过程中气窜通道，使后续注入气转向未动用的低渗透层或低渗透区，从而提高注入气的波及体积（图1）。

图1－a、b表示盐结晶颗粒在平面气窜区域内形成了堵塞，从而封堵气窜通道，提高了注入气平面波及系数。图1－c、d表示盐沉析体系进入了发生气窜的高渗透层，在近井地带形成堵塞，封堵了气窜通道，从而启动低渗透层，改善注气井吸气剖面，提高了注入气垂向波及系数。盐沉析堵气窜技术能够同时提高平面和垂向波及系数，因此有很强的堵气窜提高注入气波及体积的能力。

图1 盐沉析堵气窜提高气驱波及体积图

通过电镜扫描研究了盐结晶颗粒的微观结构如图2所示。

图2 盐结晶颗粒微观结构图

可见，晶体相互交错重叠，颗粒呈空间多重堆积状态，放大500或2 000倍时都可以观察到盐结晶颗粒由许多小晶体连续堆积而成，堆积均匀而致密，从而保证其良好的堵气窜能力。

2 盐沉析堵气窜物模实验

2．1 实验药品、仪器与材料

NaCl、诱导剂（液体，自制）、α－烯烃磺酸盐（AOS）、填砂管（长 500mm、直径 25mm）、ISCO 100DX泵、中间容器、氮气瓶、20MPa回压阀、石英砂等。

2．2 实验条件和方法

实验温度120℃，实验用盐水为蒸馏水配制的35%NaCl溶液，气为氮气，出口端回压20MPa。采用排水法在出口端计量流出气体体积［18］。用填砂管充填石英砂模拟地层。根据标准SY／T 5336—2006测定孔隙体积和初始气测渗透率（K1），以该初始气测渗透率为气窜时渗透率，注堵气窜体系后再测定气测渗透率（K2），由下式计算各堵气窜体系对气窜的封堵率（η）。即

式中K1、K2分别是堵气窜前、后的气测渗透率，mD。

2．3 实验结果与分析

2．3．1 渗透率对盐沉析堵气窜的影响

注入0．2PV盐沉析体系（35%NaCl溶液0．1PV＋诱导剂溶液0．1PV）进行不同渗透率填砂管堵气窜实验，其实验结果如表1所示。

表1 不同渗透率条件下盐沉析的堵气窜能力表

从表中实验结果可得：渗透率对盐沉析堵气窜能力影响较小，渗透率增大，封堵率略有减小，在渗透率超过1 000mD后，封堵率仍可达55%以上，比注入相同PV数盐水的封堵率高近20%，且盐沉析的残余阻力系数也明显高于盐水。原因是盐结晶颗粒可在注入端附近的孔隙和喉道中形成多重堆积（图2），从而对孔隙和喉道半径较大的高渗透气窜通道形成有效封堵。

2．3．2 不同堵气窜方法堵气窜能力对比

用气测渗透率差异较小的填砂管模拟气窜层，分别进行盐水、WAG水气交替（气水比1∶1）、泡沫（0．5%AOS起泡剂）和盐沉析堵气窜实验，注入体积均为0．2PV，实验结果如表2所示。

表2 不同方法对气窜的封堵能力表

实验结果表明：盐沉析对气窜的封堵能力最强，然后从强到弱依次是泡沫、水气交替和盐水。泡沫对气窜的封堵率略高于水气交替，二者比盐水的封堵率高约8～10个百分点。泡沫封堵能力略高水气交替的原因是在120℃高温和35%NaCl高盐条件下，起泡剂易完全或部分失去活性，从而降低了泡沫的稳定性，导致泡沫未能充分发挥其高渗流阻力作用，减弱了泡沫的堵气窜能力。

相比之下，盐沉析技术析出的盐结晶颗粒在高温和高盐条件下仍能保持良好的封堵能力，因此在相同渗透率条件下，盐沉析的堵气窜能力最强，其封堵率比泡沫高19．27%，比盐水高29．24%。2．3．3 盐沉析选择性封堵气窜能力

用2根填砂管分别模拟低渗透层和高渗透层，评价盐沉析选择性封堵高渗透气窜层的能力和对低渗透层的伤害，注入0．2PV盐沉析体系，其实验结果如表3所示。

表3 盐沉析选择性封堵能力表

表中实验结果表明：盐沉析有较好的选择性封堵气窜能力，对低渗透非气窜层的伤害较小。原因是根据流体优先进入低渗流阻力区域的原理，在同时注入盐沉析体系时，盐沉析体系优先进入高渗透C8号填砂管中，因此对盐沉析对高渗透气窜层的封堵率是低渗透层封堵率的4．19倍，且高渗透层的残余阻力系数是低渗透层的2．32倍。此外，封堵前高渗透层产气速度是低渗透层的6．1倍，封堵后高渗透层产气速度是低渗透层的2．92倍。可见，高、低渗透层的产气速度差异明显减小，说明盐沉析能选择性封堵气窜，进而控制或减缓气窜。

2．3．4 耐冲刷性实验

为考察各种堵气窜技术的长期有效性，将已进行堵气窜实验的C8号填砂管和B2、B3、B4组实验填砂管重新单独注气，研究封堵率与累积注入量的关系，实验结果如图3所示。

图3 封堵率与累积注入的关系图

从图3可以看出，泡沫和水气交替堵气窜的耐冲刷性差，在累积注入量1～5PV范围内，封堵率急剧降低，最终封堵率均小于10%。盐沉析的封堵率在累积注入量1～10PV范围内缓慢降低，原因是在注入端孔隙中除盐结晶颗粒外，还有盐沉析后的剩余水，这部分“剩余水”在初期对气窜的封堵也有贡献，但同水气交替一样，单一水相引的封堵在后续注气过程中极易因气体再次突破而失效，因此在恢复注气初期（累积注气量小于10PV时），盐沉析的封堵率随累积注入量的增加而缓慢下降。

当剩余水引起的封堵降到最低后，盐沉析的封堵率不再减小，两组盐沉析的最终封堵率均高于50%，说明盐沉析堵气窜有良好的耐冲刷能力，能保持对气窜的长期封堵，主要原因是析出的盐结晶颗粒不受注气的影响。

2．3．5 解堵实验

在实际施工过程中，可能会出现误堵或措施后低渗透层吸气能力明显减小，影响正常配注等情况。为了研究误堵后解堵、重新释放低渗透非气窜层吸气能力的可行性，用选择性封堵能力实验结束后的C3号填砂管进行解堵实验。实验方法是注入0．1PV蒸馏水后静置10min，然后打开进口端将填砂管中液体反排，反排结束后重新测定气测渗透率，重复上述步骤直至气测渗透率不再变化，实验结果见图4。

图4 解堵后盐沉析封堵率变化图

从图4可以看出，在累积注入量小于2PV时，随着注入蒸馏水量的增加，封堵率急剧降低，原因是注入蒸馏水不断溶解注入端孔喉中堆积的盐结晶颗粒，有效解除了盐沉析造成的堵塞，恢复了地层渗透率。解堵后最终的封堵率仅为3%左右，说明盐沉析引起的堵塞可实现高效解堵，这对降低施工风险有积极意义。

3 结论

1）盐沉析堵气窜技术有良好的耐温耐盐性和完善的堵气窜、提高注入气波及体积机理，研究盐沉析堵气窜技术，对高温高盐恶劣油气田实现合理高效注气开发有重要意义。

2）同水气交替、泡沫等堵气窜技术相比，盐沉析堵气窜技术既有良好的堵气窜能力、选择性封堵能力及耐冲刷能力，又有对低渗透层伤害小、能解堵等优点，因此，盐沉析技术对提高油藏采收率有很好适应性。同时，在实际应用中还可配套分层定点注入等工艺，以提高技术的成功率和有效期。

［1］朱卫红，张芬娥，唐明龙，等．牙哈凝析气田循环注气延缓气窜的方法［J］．天然气工业，2008，28（10）：76－77．ZHU Weihong，ZHANG Fen’e，TANG Minglong，et al．Methods of cyclic gas injection to retard gas channeling in the Yaha condensate gas field［J］．Natural Gas Industry，2008，28（10）：76－77．

［2］杨永亮，仓辉，杨占红，等．温吉桑油田水气交替非混相驱研究［J］．新疆石油地质，2004，25（6）：656－658．YANG Yongliang，CANG Hui，YANG Zhanhong，et al．Study on project of water－gas alternating immiscible displacement in Wenjisang Oilfield［J］．Xinjiang Petroleum Geology，2004，25（6）：656－658．

［3］郭平，霍丽君，姜彬，等．芳48CO2驱油先导试验区水气交替参数优化［J］．中国石油大学学报：自然科学版，2012，36（6）：89－93．GUO Ping，HUO Lijun，JIANG Bin，et al．Parameter optimization of water alternating gas of Fang 48CO2flooding pilot area［J］．Journal of China University of Petroleum：Natural Science Edition，2012，36（6）：89－93．

［4］李振泉，殷勇，王其伟，等．气水交替注入提高采收率机理研究进展［J］．西南石油学院学报，2007，29（2）：22－26．LI Zhenquan，YIN Yong，WANG Qiwei，et al．Development of the research on EOR mechanism by WAG［J］．Journal of Southwest Petroleum Institute，2007，29（2）：22－26．

［5］CHRISTENSEN J R，STENBY E H，SKAUGE A．Review of WAG field experience［J］．SPE Reservoir Evaluation ＆ Engineering，2001，4（2）：97－106．

［6］MOHAMED E A，ABDULRAZAG Y Z，REYADH A，et al．Optimization of CO2WAG processes in carbonate reservoirs－an experimental approach［C］∥paper 161782－MS presented at Abu Dhabi International Petroleum Conference and Exhibition，11－14November 2012，Abu Dhabi，UAE．New York：SPE，2012．

［7］徐阳，赵仁保，王淼，等．CO2驱封窜用新型复合凝胶体系筛选评价研究［J］．石油天然气学报：江汉石油学院学报，2010，32（1）：346－350．XU Yang，ZHAO Renbao，WANG Miao，et al．Evaluation on composite gel system selection for gas－channeling blocking in carbon dioxide flooding［J］．Journal of Oil and Gas Technology－Journal of Jianghan Petroleum Institute，2010，32（1）：346－350．

［8］熊启勇，吕振华，胡新玉，等．井下自生CO2复合泡沫封堵气窜技术［J］．石油钻采工艺，2011，33（1）：91－94．XIONG Qiyong，LYU Zhenhua，HU Xinyu，et al．Study and application of steam channeling plugging technology by using downhole authigenic CO2compound foam［J］．Oil Drilling ＆ Production Technology，2011，33（1）：91－94．

［9］刘向斌．控制二氧化碳气窜泡沫配方体系的研制与应用——以宋芳屯油田芳48断块为例［J］．油气地质与采收率，2011，18（5）：51－53．LIU Xiangbin．Study and application of foam formula controlling CO2channeling－case of Fang 48block，Songfangtun Oilfield［J］．Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2011，18（5）：51－53．

［10］杨昌华，王庆，董俊艳，等．高温高盐油藏CO2驱泡沫封窜体系研究与应用［J］．石油钻采工艺，2012，34（5）：95－97．YANG Changhua，WANG Qing，DONG Junyan，et al．Research and application on foam plugged channeling system in high－temperature and high－salt reservoirs CO2flooding［J］．Oil Drilling ＆ Production Technology，2012，34（5）：95－97．

［11］刘伟，伊向艺．聚合物冻胶＋泡沫复合防窜体系在CO2气驱中的研究［J］．钻采工艺，2008，31（4）：115－117．LIU Wei，YI Xiangyi．Study on channeling prevention system with polymer gel and surfactant foam used for CO2flooding［J］．Drilling ＆ Production Technology，2008，31（4）：115－117．

［12］龚蔚，曹建．盐沉析深部调剖体系研究［J］．油田化学，2009，26（2）：148－150．GONG Wei，CAO Jian．A laboratory study on indepth profile modification by induced salt precipitation［J］．Oilfield Chemistry，2009，26（2）：148－150．

［13］谢全，张婷，蒲万芬，等．醇诱导盐沉析技术对高温高盐油藏的调剖作用［J］．石油学报，2010，31（2）：289－293．XIE Quan，ZHANG Ting，PU Wanfen，et al．Profile control effect of high－temperature and high－salinity reservoirs improved by alcohol－induced salt precipitation technology［J］．Acta Petrolei Sinica，2010，31（2）：289－293．

［14］ZHU T，TIAB D．Improved sweep efficiency by selective plugging of highly watered out zones by alcohol induced precipitation［J］．Journal of Canadian Petroleum Technology，1993，32（9）：37－43．

［15］徐晓峰，蒲万芬，王生奎，等．BP神经网络技术在调剖效果预测中的应用研究［J］．西南石油学院学报，2006，28（5）：86－88．XU Xiaofeng，PU Wanfen，WANG Shengkui．The application of BP nerve network in profile adjustment effect prediction［J］．Journal of Southwest Petroleum Institute，2006，28（5）：86－88．

［16］KONCZ I，MEGYERY M，SZITTAR A，et al．Enhanced oil recovery and elimination of gas coning by using salt crystals［C］∥paper 89392－MS presented at the SPE／DOE Symposium on Improved Oil Recovery，17－21April 2004，Tulsa，Oklahoma，USA．New York：SPE，2004．

［17］MEGYERY M，KONCZ I，SZITTAR A，et al．Procedure for elimination of gas－cone using salt crystals（case study）［C］∥paper 130023－MS presented at the SPE EUROPEC／EAGE Annual Conference and Exhibition，14－17June 2010，Barcelona，Spain．New York：SPE，2010．

［18］吴凯，蒲万芬，张超平，等．诱导盐沉析控水增气技术［J］．新疆石油地质，2010，31（6）：657－658．WU Kai，PU Wanfeng，ZHANG Chaoping，et al．Water control method for stimulation by inducing salt precipitation in gas reservoir［J］．Xinjiang Petroleum Geology，2010，31（6）：657－658．