径向射流甲酸盐喷射液研究与地面模拟喷射试验

王尔钧，魏安超，马磊，许发宾（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057）

李蔚萍，舒福昌，向兴金，胡墨杰（荆州市汉科新技术研究所，湖北荆州 434000）

涠洲12－1S油田主要目的层段为古近系始新统晚流沙港组一段（简称流一段，符号为E2－3L1）Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ油组，储集砂体落实，成藏条件优越，井控地质储量约951.7×104m3，勘探潜力较大。

2010年5月，在涠洲12－1S油田钻探了WZ12－1S－1井，该井全井共发现油气显示334.0m，岩性为中砂岩、细砂岩和泥质粉砂岩。对E2－3L1下层序浊积砂体主体部位Ⅴ油组的疑惑层进行了MDT、MiniDST（分别指电缆地层测试和地层测试），均取出油样。随后使用斯伦贝谢PJ4512HMX射孔弹pure射孔，穿深0.863m孔径8.89mm，对3161.0～3180.0m井段进行了DST（钻杆测试），气举后敞开放喷，44MPa负压测试日产油10.4m3，气少量。

为了进一步落实涠洲12－1S油田E2－3L1的含油气性、储量规模、储层物性及产能数据，升级该构造的地质储量，选择在该构造较低部位部署评价井，该井如果钻探成功，将成为涠西南油田群产能补充的源泉。针对这样的地层继续使用常规射孔效果可能仍会不理想。为了提高产能，必须选择新的增产工艺。

1 常规钻完井工艺对储层的伤害

1.1 钻完井带来的地层伤害

由于有害的钻井液、固井液的侵入对近井周围的油气储层造成损害，使得该地带的渗透率下降，形成钻井侵入带。目前尚没有公认的确定钻井侵入带的精确方法。根据经验，一般钻井和完井井壁周围的侵入带深度为600～1200mm。钻井侵入带的深度是影响射孔效率的重要因素，很多研究人员建立了计算储层损害模式和数学模型来预测侵入带深度，描述其对油井产量的影响。1991年Karakas和Tariq研究了射孔在穿透和未穿透伤害带情况下的射孔表皮因数，并且得出结论，射孔弹穿过伤害深度，则产能比可在很大程度上得到提高［1］。

1.2 射孔压实带对地层渗透率的损害

聚能弹射孔产生的损害区或压实带对近井地层渗透率造成严重伤害［2］。图1为射孔核心损害带示意图。射孔孔道周围的岩石结构受到严重的破坏，并导致岩石孔隙度和渗透率下降，下降后的渗透率为原来地层渗透率的10%～35%左右，损害区的厚度大约为6～12.5mm，甚至达25mm［3］。

2 增产工艺选择

图1 射孔核心损害带示意图

径向射流工艺是最近几年在国际上兴起的一种油层改造增产的新工艺技术［4］，国外主要应用于煤层气储层，国内从2009年开始在辽河、大庆、大港、长庆、吉林等陆地油田得到应用，平均单井日增油5t，平均日产油增幅达200%，最高的A21－29井日增油达到10t，均具有较好的增产效果。

结合涠洲12－1S油田E2－3L1V油组的特点，采用同时具有裸眼完井方法和射孔完井方法优点的径向射流完井方式作为其增产工艺。

3 径向射流喷射液研究

目前国内外均采用清水作为喷射液，虽然平均日产油气增幅明显，但与常规工艺相比，泄油面积较大的径向射流工艺实际增产远小于理论增产。径向射流工艺在海上油田尚属空白，考虑储层保护的喷射液体系研究成果则为国内首创。

3.1 径向射流过程中储层损害因素分析

在实施径向射流工艺时，喷射液会与储层岩石、储层流体相互接触，因此储层的物性、流体特征以及储层的温压都可能引起储层损害，喷射液必须考虑这些因素。

3.1.1 水锁损害

在油气层开发过程中，当钻井液、固井液、完井液等外来流体侵入储层后，由于毛细管力作用，地层驱动压力不能将外来流体完全排出地层，从而使储层的含水饱和度增加，油气相渗透率降低，这种现象称为水锁效应［5］。从涠洲12－1S油田储层孔渗数据来看，基本属于特低孔－中孔特低渗－低渗储层，渗透率在0.01～32.94mD，因此喷射液必须具备防止水锁损害的特性。

3.1.2 水敏损害

从评价结果来看，E2－3L1Ⅴ油组储层具有中等偏弱－强的水敏，临界矿化度小于13627.5mg／L；而涠洲油田海域天然海水的矿化度高达33000mg／L。因此，采用海水配制甲酸钾加重的喷射液可避免水敏损害发生。

3.1.3 结垢损害

入井流体与储层流体不配伍时，两者相互作用将产生无机物沉淀、有机沉淀等，这些物质可在孔喉处聚集沉积堵塞孔喉。常见的无机沉淀有碳酸钙、碳酸锶、硫酸钡、硫酸钙、硫酸锶等。产生无机沉淀的主要原因有两个：一是入井流体与地层流体不配伍；二是随着生产过程中外界条件的变化，地层水中原有的一些化学平衡会遭到破坏，平衡发生移动而产生沉淀。有机沉淀主要指石蜡、沥青质及胶质在井眼附近地带的沉积，有机沉淀的产生不仅可以堵塞储层的渗流通道，而且还可能使储层润湿性发生反转，从而导致储层渗流能力下降。

径向射流时，喷射液与地层水可充分接触，而喷射液基液为涠洲12－1S油田海域的海水，因此需要评价海水与地层水的结垢情况。表1为涠洲12－1S油田海域海水组成，从表1的离子组成来看，地层水属碳酸氢钠型，地层水中含有成垢阴离子、；而海水属氯化镁型，海水中含有成垢阳离子Ca2＋和少量的Sr2＋，两者混合接触具有结无机垢的条件。对涠洲12－1S油田海域海水和地层水以不同比例混配硫酸盐垢和CaCO3垢饱和指数进行计算。从软件预测结垢可知，硫酸盐垢饱和指数均为负值，不具备结硫酸盐垢的趋势；而碳酸钙垢饱和指数均大于2，明显具有结碳酸钙垢的趋势，海水与地层水配伍性欠佳。

表1 涠洲12－1S油田海域海水组成

试验采用SZD－1型散射光台式浑浊计，对涠洲12－1S油田海域模拟海水和配制模拟地层水进行配伍性评价，结果见表2。由表2结果可见，海水与地层水体积比在5∶5混合时具有明显的结垢现象，因此要防止二次沉淀损害储层。

表2 海水与地层水配伍性评价结果

3.1.4 乳化堵塞损害分析

E2－3L1Ⅴ油组地面原油属中质原油，具有 “一中三低一高”的特性，即密度中等（0.8597g／cm3），黏度低（5.56mPa·s）、沥青质质量分数低（3.09%）、胶质质量分数低（3.12%），蜡的质量分数高（12.31%）特点。而喷射液可与储层原油接触，具有形成乳状液的机会，可能造成乳化堵塞，损害储层。因此喷射液必须加强防乳破乳措施。

3.2 喷射液储层保护要求

涠洲12－1S油田径向射流储层主要存在水锁损害、结垢损害以及乳化堵塞。为了更好地保护储层，喷射液应具有以下特点：①无固相；②具有较好的防水锁损害性能；③具有较好的防乳破乳性能；④具有较好的防二次沉淀性能；⑤腐蚀性小，完井作业过程中不需加防腐剂，不会出现管材腐蚀；⑥抑制性好，有利于防止黏土膨胀损害。

3.3 喷射液体系构建

针对前面的储层损害因素和损害机理分析可知，要构建既能满足储层保护要求，又能满足喷射要求的径向射流甲酸盐喷射液，主要难点在于以下3种制剂的优选：①能溶解于甲酸钾溶液的无泡防水锁剂；②能溶解于甲酸钾溶液的无泡防乳破乳剂；③能溶解于甲酸钾溶液的无泡防垢剂。

室内分别进行了3类制剂几十种处理剂的起泡性、盐溶液中的溶解性，以及防水锁剂的防水锁性、防乳破乳剂的破乳性和防垢剂的防垢性评价。通过大量的优选评价试验，确定喷射液基本配方：海水＋3%防水锁剂HFS＋2%防乳破乳剂HFR＋2%防垢剂HFG（配方中百分数指体积分数），甲酸钾加重。

3.4 喷射液体系性能评价

在确定喷射液体系基本配方后，室内配制喷射液，对其防膨性、防乳破乳性、防水锁性、与地层水配伍性以及储层保护性能进行评价。

3.4.1 喷射液防膨性评价

室内分别采用离心法和线性膨胀法对喷射液的防膨性进行评价。从离心法评价结果来看，相对煤油和蒸馏水来说，喷射液的防膨率达86%，具有较好的防膨性，喷射液可有效抑制储层黏土矿物的水化。

高温高压膨胀仪可以更准确地模拟储层条件下的黏土矿物的膨胀情况，从上面的试验结果来看，在储层条件下，随着膨胀时间的延长，蒸馏水的膨胀率急剧增大，16h后达到152.8%；而煤油和喷射液变化不大，膨胀率小于2%，具有较好的防膨性。

3.4.2 喷射液防乳破乳性评价

室内对比了海水和喷射液与涠洲原油的乳化情况，结果见表3。从表3试验结果可知，原油与海水混合后，完全乳化，在80℃恒温40min后仍无油水分离现象；而喷射液与原油混合后，在80℃恒温20min后油水完全分离，没有乳化现象。由此可见，喷射液具有较好的防乳破乳性能。

表3 喷射液防乳破乳性评价结果

3.4.3 喷射液防水锁性评价

室内分别进行了蒸馏水、海水以及甲酸钾加重的不同密度下喷射液气－液表面张力和油－液界面张力的对比评价，结果见表4。由表4结果可知，随着介质密度的增大，气－液表面张力和油－液界面张力也相应降低；防水锁剂的引入使得喷射液气－液表面张力和油－液界面张力大幅度降低，说明喷射液具有较好的防水锁性能。

表4 喷射液防水锁性评价结果

3.4.4 喷射液配伍性评价

室内评价了喷射液与地层水的配伍性，从试验结果可知，喷射液中引入防垢剂后，与地层水以不同比例混合后浊度值均小于3.0，说明喷射液与地层水具有较好的配伍性。

3.4.5 喷射液储层保护评价

室内评价了喷射液对储层的保护性能，结果见表5。从试验结果可知，直接用海水污染，则渗透率恢复值只有80.2%，而添加了防水锁剂、防垢剂和防乳破乳剂3种储层保护剂的喷射液污染后的岩心渗透率恢复值均在95%以上，说明喷射液具有较好的储层保护性能。

表5 喷射液储层保护评价结果

4 喷射液地面模拟喷射试验

2012年11月，在上海宏睿公司东营分公司基地进行了甲酸盐喷射液地面模拟喷射试验。模拟水泥靶心由500标水泥∶粒径在0.8～1.2mm沙子∶石膏的质量比为1∶0.7∶0.3，靶心采用长50cm、内径为16cm的PVC管内灌注成型，养护后该靶心的靶心强度为C300，孔隙度为15%。试验结果见图2和表6。由对比效果可知，对强度相同的水泥靶心，在喷射压力一定的情况下，甲酸盐喷射液与清水基本具有同样的可喷性。

图2 靶心清水（a）和甲酸盐喷射液（b）喷射后现象

表6 喷射液喷射效果对比

5 结论与认识

喷射液充分考虑了储层保护，地面模拟喷射效果较好，但径向射流工艺以及配套喷射液在海上油田的适应性还有待现场进一步试验。

［1］Karakas M S，Tariq M.Semianalytical productivity models for perforated completion ［J］.SPE18247，1991.

［2］Asadi M，Preston F W.Characterization of the crushed zone formed during jet perforation by qualitative scanning electron microscopy and quantitative image analysis ［J］.SPE22812，1991.

［3］张毅，李根生，熊伟，等 .高压水射流深穿透射孔增产机理研究 ［J］.石油大学学报（自然科学版），2004，28（2）：38～41.

［4］李根生，牛继磊，刘泽凯，等 .水力喷砂射孔机理研究 ［J］.石油大学学报（自然科学版），2002，26（2）：31～35.

［5］曾伟，陈舒，向海洋 .异常低含水饱和度储层的水锁损害 ［J］.天然气工业，2010，30（7）：1～3.