马王庙油田储层防膨抑砂剂优选及矿场试验

2015-12-10龚兵

天然气勘探与开发 2015年2期

关键词：膨润土阳离子岩心

龚兵

（中国石化江汉油田分公司江汉采油厂）

马王庙油田储层防膨抑砂剂优选及矿场试验

龚兵

（中国石化江汉油田分公司江汉采油厂）

马王庙新沟咀组储层黏土含量高，注水开发后储层含水上升，黏土膨胀运移造成储层出砂。在分析储层防膨抑砂机理基础上，通过对防膨抑砂剂的配伍性、防膨率、抑砂效果进行综合性能评价，优选出阳离子聚合物防膨率为92.7%的防膨抑砂剂DG，矿场试验5口井，出砂油井平均冲砂周期延长199天，防膨抑砂效果好，提高了新沟咀组出砂储层开发效果。图3表4参2

黏土膨胀出砂储层防膨抑砂

马王庙新沟咀组下段砂层厚，颗粒粗，以粉砂质细砂岩为主，细砂级平均含量（质量百分数，下同）46.87%，粒度中值0.063 mm。新下2油组胶结物以泥质、硬石膏为主，铁白云石次之，胶结物含量平均为9.6%，胶结类型以孔隙式胶结为主。新下2油组黏土矿物绝对含量3%，主要为伊利石，其相对含量平均67.3%，绿泥石相对含量10.8%，伊/蒙混层相对含量21.9%。该油田自1992年开发以来，随着含水上升，含水达到69%，储层出砂严重。截止2011年马王庙油田油井不同程度出砂，出砂造成生产管柱失效、砂埋生产层造成油井停产，影响新沟咀组油藏的开采。黏土含量高储层防膨抑砂技术具有较长时间抑结松散砂粒的特性，同时也应具备抑制黏土膨胀的能力，有效控制储层出砂。因此在分析储层防膨抑砂机理基础上，优选马王庙油田储层天然岩心，开展储层防膨抑砂剂评价，筛选出适应储层防膨抑砂剂现场应用，缓解生产储层出砂状况。

1 防膨抑砂机理

黏土矿物主要含有高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等成分，地层中的黏土带来两个问题:一个水敏性矿物，如蒙脱石遇水膨胀，降低了地层的渗透性;另一个是速敏性矿物如高岭石、伊利石、绿泥石，在流速超过一定数值时产生运移，易封堵地层孔隙结构。保护黏土性地层，必须抑制黏土膨胀和非膨胀性矿物运移。

常用防膨抑砂剂分无机防膨抑砂剂和有机防膨抑砂剂。无机防膨抑砂剂包括盐类和无机阳离子型聚合物；有机防膨抑砂剂包括阳离子型表面活性剂和有机阳离子型聚合物。目前油气开采用防膨抑砂剂多为有机阳离子聚合物，该高分子具有较高的阳离子密度和较长的高分子链，能在松散砂粒、黏土颗粒表面形成一层吸附保护膜，从而防止砂粒和黏土颗粒分散运移。有机阳离子聚合物含有多种基团和网状结构，能够有效地封堵疏松砂岩层的出砂问题，且不降低油气井产量。

（1）防膨机理

有机阳离子聚合物在水中溶解、解离，产生聚阳离子，这些聚阳离子即可通过吸附中和黏土表面的负电性，又可在粘土晶层或颗粒之间吸附微粒，使它们之间的静电排斥力减小，晶层收缩，抑制黏土膨胀。

（2）抑砂机理

有机阳离子聚合物主要通过其阳离子链节将带负电砂粒桥接起来，若聚合物中含有丙烯酞胺，其氨基可与松散砂粒表面的轻基通过氢键桥接起来，达到防砂的目的。

2 防膨抑砂剂优选

2.1 配伍性评价

防膨抑砂剂如果与注入水不配伍，会与之发生反应而产生沉淀，一方面改变了防膨抑砂剂的有效成分，另一方面产生的沉淀会降低储层的渗透率，所以有必要对防膨抑砂剂与注入水的配伍性进行评价。

实验选用5种有机阳离子聚合物防膨抑砂剂DG、SX、HW、HW、EL，物理性质如表1。以模拟地层水为溶剂，分别配成质量分数为2%的溶液，室温20℃下静置24h后，观察溶液有无沉淀产生。模拟地层水根据现场注入水的矿化度资料配制，防膨抑砂剂与模拟地层水配伍性评价结果如表2所示。

表15 种防膨抑砂剂物理性质表

实验中溶液中均无沉淀产生，溶液澄清透明，表明所选5种防膨抑砂剂与模拟注入水配伍性良好。

表2 防膨抑砂剂与模拟注入水配伍性评价结果表

2.2 防膨评价

实验采用《Q/SH 0053-2007黏土稳定剂技术要求》及《SY/T 5971-1994注水用黏土稳定剂性能评价方法》，通过测定膨润土在黏土稳定剂溶液和水中的线膨胀增量评价防膨率。

实验条件：

（1）实验仪器

膨胀量测定仪：ZNP型，精确到0.01 mm。

（2）实验样品

膨润土粉过200目金属筛，电热恒温干燥箱中105±1℃下恒温6 h，置干燥器中冷却至室温，存广口瓶中备用。每次实验称5.000 g。

（3）实验试剂

煤油：经无水硫酸钠处理；

防膨抑砂剂：以模拟注入水为溶剂，配成2%浓度。（4）实验数据分析

防膨率按公式（1）计算：

式中：

B—防膨率，%；

H1—膨润土在防膨抑砂剂溶液中的膨胀高度，mm；

H2—膨润土在蒸馏水中的膨胀高度，mm；

H0—膨润土在煤油中的膨胀高度，mm。

图1 膨润土在不同试剂中的膨胀曲线图

膨润土在5种防膨抑砂剂中的膨胀情况如图1所示。从实验结果来看，DG防膨率最大，为92.7%，实验3 h后膨润土已达到最大膨胀率；EL防膨率次之，为61.6%，实验24 h后膨胀曲线趋于平稳；SX防膨率为47.3%，实验24 h后膨胀曲线较前两者陡；在HW和HW溶液中，膨润土在实验的第1 h急剧膨胀，之后膨胀速率有所降低，两者的防膨率均较低，分别为39.1%和15.2%。防膨测试DG防膨效果最好，其次为EL、SX，因此选取防膨效果相对好的三种防膨抑砂剂做动态驱替实验评价其抑砂效果。

2.3 抑砂评价

实验采用马36斜5-4B井新下2油组天然岩心开展防膨抑砂评价，用质量分数2%的防膨抑砂剂溶洗油后抽空饱和液，静置10 min后装入驱替流程，在1.0 mL/min流速下驱替，收集不同孔隙体积倍数的产出液，测其中的含砂量，并记录每个阶段的相关参数，计算渗透率，所得结果与防膨抑砂剂处理前的结果对比。岩心物性参数如表3所示。

表3 马36斜5-4B井岩心物性参数

实验所用四块岩心气测渗透率存在差异，为了消除这种差异给处理效果对比带来的影响，用每个阶段的渗透率与气测渗透率的比值：Ki为用水驱替时岩心渗透率，Kg为气测渗透率。（Ki/Kg）来表示防膨抑砂剂处理后渗透率的变化。与处理前相比，3种防膨抑砂剂处理后的渗透率都有所提高，其中DG处理后的渗透率最高，DG对储层的伤害最小。防膨抑砂剂处理前后岩心渗透率对比如图2所示。

3种防膨抑砂剂处理后出砂量都有所降低，用DG处理后出砂量最小，占原始岩心质量的0.0235%；其次为SX，出砂百分比为0.0257%。防膨抑砂剂抑砂效果对比如图3所示。

图2 防膨抑砂剂处理前后岩心渗透率对比图

图3 防膨抑砂剂抑砂效果对比图

通过配伍性、膨胀率测试和抑砂效果评价，优选出DG防膨抑砂效果最好，防膨率达92.7%，DG处理后的天然岩心出砂百分比为0.0235%（处理前为0.0345%）。DG是几种阳离子聚合物防膨抑砂剂性能评价效果最好的，该防膨抑砂剂中阳离子聚合物能在黏土的晶面和晶层间发生多点吸附，能确保效果长久，有效稳定黏土，对于含一定黏土的砂岩层具有抑制出砂的能力。

3 矿场试验

现场施工时先挤入3%～4%的清洗剂溶液清洗油层,再挤入2%防膨抑砂剂水溶液，处理半径为1～2 m，关井反应时间为24～48 h。

针对储层出砂、出泥严重的油井，采用储层防膨抑砂技术在马36斜8-5井、马36-9-3等5口井现场试验，平均冲砂检泵周期延长199 d，其中马36斜8-5井试验后，检泵冲砂周期延长335 d；马36-9-3井防膨抑砂试验后累计增油80 t，冲砂检泵周期延长270 d。从防膨抑砂剂现场使用来看，出砂严重储层防膨抑砂效果显著，有效抑制新沟咀组储层出砂，延长了油井冲砂生产周期（表4）。