低渗油田注水过程中储层保护技术

2020-01-12杨成欧

化工设计通讯 2020年7期

杨成欧，王荣

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300450；2.中海油能源发展工程技术分公司，天津 300450）

1 低渗油田简介

低渗油田，指的就是油层渗透率较低的油藏，它的埋藏地点和周围环境、地质条件等因素都具有一定的特殊性，与目前我国大量开采的普通油田不同，它丰度低、产量低，且在油田服役一段时间后，更容易出现原油质量大幅下降、综合含水上升的问题。在我国油田的储量中，占据最大比重的并非容易开采且产量高的普通油田，而是低渗透油田，其占据了我国总油田数量的六成以上，储藏着我国半数以上的石油资源，若能够寻找到更加合理的开采方法、提高开采效率，就能够有效缓解我国资源紧缺的问题，为国家工业发展带来福音。在过去，我国在开采低渗油田时将其他油田的开采经验照抄照搬，使用不成熟的技术，导致低渗油田普遍存在诸多问题，例如照搬普通油田的开采经验，所建设的油田地面工程问题频出，消耗大量维护成本，且会产生较大污染，使设备过快遭受腐蚀和发生老化、甚至报废，严重缩短了使用寿命，这些都大大提升了我国低渗油田的开采成本，造成了严重的资源浪费，为国家带来诸多经济损失，并且无法达到安全和稳固的要求，提高了事故发生的概率。因此，必须在现有基础上针对低渗油田的特点进行研究，使用专门的技术来进行开采工作，并对工艺流程进行优化，增添污染处理环节，尽可能地从源头上减少污染、提高开采的效率，改善原油质量，从而促进我国工业的发展，为其他行业提供必要的能源。目前我国常用的开采方法都需要进行注水提高渗透率。

2 注水技术的使用与储层保护技术的重要性

2.1 水力压裂技术

在过去，水力压裂技术主要用于煤层气井的开采，能够提高产量，经过大量实践，发现它也能够在低渗透油田的开采工作中有良好的表现，起到重要作用。目前而言，水力压裂技术是在低渗油田开采中所使用的历史最为悠久、发展最为完善的一种方法，它在地面用高压泵将大量压裂液注入井中，从而使得井内压力大幅提升，并大于井壁所承受的地应力，超出岩石能够抵抗的张力范围，将井底周围的岩石压出裂缝，并注入携砂液扩大裂缝，使其向着内部延伸，最后在井口关闭后，能够使井底周边的地层中出现许多裂缝，为油田中的油气流动提供途径，使之顺利到达井底，方便进行集中与开采。

2.2 超前注水技术

开采前进行超前注水技术，向地层中注入大量水，能提高压力，形成驱替机制，使得原油能够在较大压力的迫使下更快地从岩石和土的孔隙中通过，从而集中在固定区域，方便进行开采，并提高出油率。低渗油田在服役一段时间后，随着原油量的不断减少，地层压力会逐渐下降，原油不容易进行运动，油层中的孔隙减小，为开采工作带来诸多不便。超前注水能够减少堵塞和滞留现象，降低开采所需的成本、减少时间。

2.3 水平井技术

斜角较大、接近90°左右并且能够在目标地层中维持一定长度的油气井被称为水平井，开采低渗透油田时，在油层深处挖掘水平井能够增加油气的裸露面积，使其不必通过孔隙流动，再通过注水增加内部压强，迫使油气从井中溢出，完成开采工作。水平井的产能受到多种因素的制约，例如井本身的斜角和水平段位置、伸展长度等，还有注水时的速度，在实际开采过程中，应当根据现场情况进行计算与斟酌，调整参数，提高开采效率。

2.4 储层保护

低渗油田的储层孔隙较小，互不连通，并且其中含有大量的胶结物质，原油不容易通过孔隙，容易受到黏土水化膨胀等效应的影响，因此开采的难度远远大于普通油田，压裂液和钻井液物质在注入后起到的作用会被限制，开采工作人员不得不加大用量，导致成本提升。对储层进行维护，是开发低渗油田中十分重要的工作，它能够对油气层的位置进行精准判定，并较为有效地估算油气层的储量，减少试油、酸化、压裂等流程的工作量，有利于对油层进行更加合理的开采，确保稳定性与安全性，提高低渗油田的生产能力，增加产油量，从而提高开采的经济效益。

2.4.1 岩心分析

在开采低渗油田时，岩心分析是了解资源储备的重要手段，同时也是进行储层保护工作的基础，是油气层保护技术的开端，它指的是通过显微技术、分光技术或者其他多样化技术测定和评估油气层周围岩石的种类和成分、分布形式等因素，为保护技术的选择和参数确定提供有效依据，同时它还能够分析可能的损害类型、原因和具体情况，对油气层中可能存在的安全隐患进行探测与判断，帮助工作人员提前进行事故防范，了解储集层的敏感性类型程度和原因，避免开采事故。它最主要的作用就是为油气资源的开采工艺设计提供准确有力的数据依据，对开采技术的选择和钻井位置、注水方式等参数的制定进行引导，并为油气层保护方案的规划提供保障。

2.4.2 油气层损害原理

低渗油田中，在井筒附近的区域，由于开采作业的影响或者化学物质的腐蚀、微生物分解作用或者热力侵蚀等，可能导致油气层发生损害，其损害机理就是在各种物理化学作用下，储物层孔隙结构变化，数量减少，大小也发生变化，导致油田渗透率下降。

3 低渗油田注水过程中储层保护技术详解

3.1 低渗油田注水后水中的成分分析

3.1.1 细菌

低渗油田中含有的污染性物质种类较多，其中有许多油脂成分，还会有一些致病微生物，其中少量的营养成分能够被自然界微生物自行降解，也有一些微生物不会大肆繁殖、破坏环境，但诸如硫酸盐还原菌等，则具有很大危害。在低渗油田长期的开发过程中，由于自然选择作用，它们对高温和高压的耐受度逐渐提升，能够在高矿化度环境正常生存，注水后环境中氧气减少，含硫物质在水的作用下聚集，为硫酸盐还原菌的生长提供适宜环境。开采时，低渗油田的含硫物质会被氧化成为最高价的硫酸盐，硫酸盐还原菌则能够对其进行还原，获取能量，进行生长和繁殖。它们通常会在水流流速较为缓慢或者不流动的区域大量存在，例如在水流速度低的注水管和排水管道中、原油的储存容器中或者一些设备和油气井中结垢位置、有机物质残渣等地。它们繁殖时会使得周围pH降低，腐蚀设备，造成开采事故，另外，它们代谢活动产生的废弃物还具有凝集作用，会形成黑色黏稠物质，降低管道的流通性，甚至将其堵塞。水中还存在其他种类的细菌，与硫酸盐还原菌相互促进，例如腐生菌，它能够分解有机物获得养料和能量，在大量繁殖时，会分泌许多黏液，加剧电化学腐蚀，增强环境酸性，腐蚀设备内壁，造成水质恶化。铁细菌也是低渗油田中普遍存在的一种微生物，能够将二价铁氧化成三价铁，还可与锰等金属进行反应，获取能量，并排出具有一定黏性的废弃物形成泥垢，为菌落的固定提供便利条件，会导致设备堵塞。它们喜微酸性环境，硫酸盐还原菌和腐生菌都能为它创造适宜的生长条件，含有大量铁细菌的水较为浑浊且散发出异味。

3.1.2 结垢物质

在水中存在的大量结垢物质，可能会凝结在一起，导致管道内壁的堵塞，致使爆管事故的发生，并且它还会降低气体和水体的接触面，若是进入到燃煤注气锅炉中，就会降低热交换效率，使得开采时所需消耗的能源物质大大增加。

3.1.3 腐蚀性物质

低渗油田中还大量存在着氯化物、硫酸盐等具有腐蚀性的酸性物质，注水后它们会随着水流移动，腐蚀金属设备和管道，若是缺乏妥善处理，导致微小损伤累积，就会使得设备穿孔报废。

3.2 污染物控制技术

在注水过程中，油田污水对于注水系统的影响十分严重，尤其是其中的某些细菌和容易凝集的物质，很容易造成堵塞和设备腐蚀，另外所产生的污水也需要进行一定的处理，不可直接排放，这些都大幅提高了生产升本，因此应当使用污染物控制技术，有效处理水中的某些物质，降低开采所需耗费的资金。首先，在注水过程中应当定期取样，对各个注水系统、管道中的成分进行定量检验，分析微生物和污染物质的种类和数量，为污染物的控制和消除提供有力依据。过去我国低渗油田中所使用的细菌检测技术存在一定问题，例如可能在低温环境下检测，发现水质达标，然而当温度升高到30℃左右时，微生物就会大量繁殖。

3.2.1 杀菌剂

使用杀菌剂对微生物进行处理，能够减少水中的杂质，保护储气层。根据组分来分析，如今市面上使用的杀菌剂分为氧化还原类型和非氧化还原类型两种。前者作用强、持续时间短但需要在碱性环境下作用，并且可能腐蚀金属，还对环境具有较强的污染作用；后者则一般不会腐蚀设备，污染相对也较小，因此应尽量使用非氧化还原杀菌剂。现在常用的有季铵盐类杀菌剂和多功能新式杀菌剂，效果较强、污染小、性质稳定。

3.2.2 阻垢剂

常用阻垢剂为有机磷系列阻垢剂和聚羧酸类阻垢分散剂。前者能够与钙镁离子等结合并进行分散，阻止其聚合形成污垢，并使得碳酸盐的晶核作用丧失，使其转化为疏松物质，能够随水流移动；后者则能够将含有固体的泥沙进行分散，抑制多种污垢的产生，水溶性强，且不会产生污染，能够直接排放到环境中。

3.2.3 缓蚀剂

常用缓蚀剂有多种类型，能够以不同方式在金属表面形成保护膜，但氧化膜型缓蚀剂使用不慎反而会使得腐蚀更加严重，沉淀膜型缓蚀剂的效果一般，形成的保护膜不均匀且存在孔隙，因此还应进行改进，斟酌使用。