低渗透气藏解水锁剂性能室内评价方法研究进展

2022-11-24李震宇王知远张风云王瑞史瑞雪

新型工业化 2022年9期

李震宇，王知远，张风云，王瑞，史瑞雪

1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安，710065； 2.长庆油田分公司第五采气厂，陕西西安，710018

0 引言

低渗储层[1-4]普遍具有孔喉细小、结构复杂和非均质严重等特点，储层在钻井、完井、压裂等作业的过程中，外来的流体进入储层，在毛管力自吸及液相滞留作用的影响下，储层含水饱和度进一步增加，气相渗透率降低，储层产生水锁损害。贺承祖[5]等从动力学和热力学角度分析认为，对同一储层而言，水锁损害随着流体在储层中的毛细管力的增加而增加，毛管力的大小可以由任意曲面的Laplace方程式（1）确定，其中Pc—毛细管力；θ—接触角；σ—表/界面张力；γ—毛细管半径。

由式（1）可知，毛细管力的大小与表/界面张力、孔隙半径和润湿性因素有关，目前复配或者合成能降低储层毛细管力的解水锁剂[6-7]，结合相关技术注入地层来解除水锁伤害是解除水锁损害使用最多的方法，但是市面上的解水锁剂种类繁多，如何有效地评价解水锁剂的性能，对提高储层渗透率和气藏采收率有很重要的意义。本文以储层毛细管力为基础，对毛细管力影响下的岩心渗吸[8-10]和液相返排能力室内评价方法的实验原理、实验材料、实验步骤以及适用条件等做出详细综述。

1 解水锁剂作用前后的岩心渗吸能力评价

目前测量岩芯渗吸能力的装置主要分为如下三种，胜利石油管理局钻井工艺研究院模型[11]、Handy自吸模型以及常用A模型[12]，不同自吸模型实验原理、方法与优缺点对比见表1。

表1 不同自吸模型实验原理、方法与优缺点对比表

根据记录数据，通过对各条曲线进行线性拟合之后，得到吸入量与时间平方根、自吸孔隙的体积与时间平方根的关系公式，能够求得各种条件下的毛细管力，但由于岩芯断面接触液体的时候，受到表面张力的影响，吸入量与时间平方根的曲线会偏离原点，随着渗吸的进行，重力的作用越来越重要，渗吸曲线便不再满足线性关系[13]。

2 解水锁剂作用前后液相返排能力评价

实验室评价储层液相返排能力主要是通过各种手段建立不同含水饱和度的岩心，测定岩心气测渗透率的变化，这种方法量化了加入解水锁剂前后不同渗透性储层对滞留液相的反排能力，方法包括岩样浸泡实验、静态岩芯流动实验、助排试验等[14-15]，为避免水敏伤害，实验过程中尽量采用复配的地层水。

2.1 岩样浸泡实验

岩样浸泡实验采用气驱装置，驱替的介质为氮气，驱替的实验材料包括岩心夹持器、减压阀、氮气瓶和承压管线等，记录不同浸泡时间下的岩心渗透率，实验步骤如下所示：

（1）先测定标准干岩心的气测渗透率；

（2）用未加入和加入解水锁剂的地层水浸泡岩样一定时间，如2min、4min、6min、8min和10min以及抽真空饱和24h，然后装入实验装置中，定围压（P=4MPa），测定有效渗透率的变化。

赖南军[16]等改进了岩样浸泡实验，在岩心的出口端加入恒压泵和自吸用水的装置，该实验过程不需要将岩心取出，减少了实验误差，而且操作方便。该实验通过浸泡时间构建岩心不同含水饱和度，张琰[17]等采用此方法得到浸泡时间与渗透率之间的变化曲线见图1，通过曲线斜率看出溶液A4NP-40较盐水和其他表活剂解水锁的性能更好一些。

图1 岩样在不同活性剂中浸泡后渗透率变化曲线

2.2 静态岩芯流动实验

实验采用高压气驱装置[18]，驱替的介质为氮气，驱替实验的材料包括岩心夹持器、回压阀、围压阀、皂沫流量计、气液分离器、氮气瓶和承压管线等，驱替装置流程图见图2。

图2 静态岩心流动实验装置图

实验步骤如下：

（1）选取不同渗透率的岩芯，在80℃干燥箱中烘干24h，测量干岩样的质量、孔隙体积和渗透率，在地层压力下（25MPa）抽真空饱和地层水和解水锁剂48h，测量岩芯饱和后的岩心质量；

（2）选取1MPa、3MPa、5MPa、7MPa、10MPa、15MPa和20MPa作为驱替压力，每个压力保持30min，若无液体流出，则跳跃至下一压力，若有液体流出，则保持压力2h，记录实验数据；

（3）测量每个压力下驱替后的岩心质量和渗透率，得到含水饱和度和渗透率损害率的关系曲线。

其中步骤（2）中岩心不同含水饱和度的建立用另一种方式，根据测试的孔隙体积计算建立某饱和度点所需地层水的重量，然后将一张富含孔隙的纤维用地层水浸湿，把岩心置于纤维上滚动，保证除两端外的岩心整个柱面均匀润湿，重复直至岩心吸入水的重量是所需建立含水饱和度点的重量，放入湿润的真空皿中静置并称重。此方法可以使岩心在湿度平衡下实现含水饱和度的均匀分布，保证建立的含水饱和度准确无误。

可流动实验通过驱替压力的变化来构建岩心不同含水饱和度，静态岩心流动实验得到的结果如图3所示，可以看出经解水锁剂浸泡的岩心随驱替压力的升高，含水饱和度降低得更快，气测渗透率恢复越高，渗透率曲线斜率越高，解水锁剂增加液相返排的效果越好。

图3 岩心不同驱替压差下含水饱和度与渗透率变化结果

2.3 助排实验

助排实验主要包括填沙反排和离心驱替实验，填沙反排实验通过平流泵，将中间容器中含有解水锁剂的溶液驱替至填沙管静置2h，记录填沙管下部的出口阀流出液体的质量变化和时间关系，计算出液体反排的效率来评价解水锁剂的助排效果。离心驱替实验，其原理是使岩心内部滞留的液体在离心力的作用下被驱出，离心力可代替毛细管力，将饱和蒸馏水和解水锁剂的岩心做对比，通过岩心含水饱和度变化，来评价解水锁剂的助排效果。

2.4 辅助技术

随着实验技术与仪器设备的进一步发展，为了模拟储层的实际情况，深入研究解水锁剂解除水锁伤害的机理，在常规的岩心驱替的基础之上，加入了核磁共振和CT扫描等辅助技术。

在常规岩心驱替的基础之上，加入低磁场核磁共振技术[19-20]，测其饱和状态下及不同转速离心后的流体赋存状态，通过分析每个状态下的核磁共振T2谱，观察岩心内部可动水和束缚水[21-23]的变化量，从微观角度定量地说明加入解水锁剂后如何减小岩心的水锁伤害。李宁[24]等通过核磁共振的T2谱图中的可动水和束缚水的变化，发现解水锁剂主要通过增加小孔喉中的液体反排能力来减小水锁损害。基于X射线的CT扫描[25-26]在原有的驱替实验的基础上，添加了含有X射管的CT扫描仪，对岩心的微观孔隙以及不同的驱替的过程进行扫描，动态并定量分析驱替过程水油变化。Jie Wang[27]等采用添加CT扫描仪的气驱装置，通过记录经解水锁剂处理前后岩心内部液相分布情况，来验证解水锁剂对致密砂岩气藏水锁损害的去除效果。B.Bazin等[28]利用X射线设备动态监测岩心中流体侵入和返排时的气水饱和度，测量不同饱和度下的岩心渗透率来评价水锁的损害程度。