强水敏低渗油藏酸化防膨研究及现场应用

吕毓刚 潘海燕 邬国栋 周明 张栌丹 张锋

1.晋中职业技术学院 2.中国石油新疆油田公司开发公司 3.中国石油新疆油田公司工程技术研究院 4.西南石油大学材料学院 5.中国石油新疆油田公司采气一厂

在油田开发过程中，酸化是保持储层能量、实现稳产的一项重要措施。黏土矿物一直是解除储层伤害研究的关键，尤其是蒙脱石和伊蒙混层矿物具有很强的水化膨胀能力，对强水敏储层造成难以估计的伤害[1-3]。因此，在酸化过程中，有针对性地筛选出适合油田地层特点的黏土防膨剂，减少储层的水敏伤害，对改善特高含水后期油藏开发效果和提高老油田采收率有非常重要的意义[4-6]。

通过对石西油田低渗油藏强水敏地层潜在伤害类型的分析，首先通过静态实验优选出防膨剂和助剂，并确定防膨剂和助剂的用量，然后通过动态的岩心流动实验和现场试验评价防膨剂的防膨处理效果[7-9]。

针对石西油田低渗油藏强水敏储层特征，酸化效果不理想，酸化后注入性未得到改善，分析原因是残余酸液导致地层黏土矿物膨胀而引起的。国内外对于这类问题的解决措施是在酸液中加入防膨剂，但采用此方法并未有效抑制黏土矿物膨胀。采用水与醇的混合液配液，防膨效果能达到油田防膨指标的要求。

1 药品与仪器

实验药品：氯化钾、三氯化铝、氢氧化钾、CTAB(十二烷基三甲基溴化铵)、XH-F3(XH-F3防膨剂是由KL无机盐和SL阳离子表面活性剂组成的复合防膨剂)、SB-2(两性离子防膨剂)、盐酸、 氢氧化钠、甲醇、无水乙醇、煤油、柴油以及P110型钢片(50 mm×25 mm×2 mm)。

实验仪器： 游标卡尺、NP-01页岩膨胀仪、恒温箱、电子天平、 岩心夹持器、 微量注射泵、 回压阀、烧杯、量筒等。

2 实验方法与步骤

采用某油藏Y59-3-5井天然岩心、天然岩屑、注入水和防膨剂及其他药品进行评价。室内静态实验主要进行了防膨率、破碎率、腐蚀率及配伍性的测定；动态实验主要通过岩心流动实验测定渗透率的变化，以评价防膨效果。

2.1 防膨率

按SY/T 5971-1994 《注水用黏土稳定剂性能评价方法》测定防彭剂的防膨率。

2.2 破碎率

将Y59-3-5井天然岩心放入药剂中浸泡48 h，然后放入20目(840 μm)筛网中，用清水冲冼30 min，烘干、称量，由此评价不同浓度下药剂在岩心上吸附效果，测定岩心破碎率。

2.3 配伍性

配伍性按SY/T 5107-2005《水基压裂液性能评价方法》进行测定。

3 结果与分析

3.1 防膨性能评价

3.1.1防膨剂的筛选

根据某油田某区块低渗强水敏性的特点，充分考虑到注入性问题，选取了XH-F3、SB-2、KCl、AlCl3、KOH、CTAB等小分子的黏土防膨剂，防膨率见表1。由表1可看出，3%(w)的XH-F3和3%(w)的SB-2防膨效果显著。其中，XH-F3的效果尤为明显，防膨率接近80%。XH-F3防膨剂是由KL无机盐和SL阳离子表面活性剂组成的复合防膨剂，兼有短期防膨和长期防膨的效果。原因主要是季铵阳离子与金属络合离子牢固地吸附在黏土颗粒上，中和了黏土粒子负电荷，减弱水化及分散趋势。同时，疏水的吸附膜有效地阻止了自由水分子与黏土粒子的接触，抑制了黏土颗粒的水化膨胀[10-12]，极大地降低了对储层的伤害。但未达到一般油田对防膨的要求(如该油田防膨率要求达90%以上)。通过静态防膨实验结果可知，单一地加入防膨剂难以满足油田需要。

表1 采用静态防膨实验初选防膨剂(注入水)Table 1 Selection of anti-swelling agent by static anti-swelling experiment (using injection water)防膨剂2 h后的膨胀率/%24 h后的膨胀率/%防膨率/%注入水(空白样)21.4625.093%(w)KCl9.6611.0951.582%(w)KCl+1%(w)CTAB8.229.7859.443%(w)XH-F34.405.1479.723%(w)SB-27.658.6563.123%(w)KOH8.039.6715.853%(w)AlCl312.5912.5944.49

3.1.2乙醇提高防膨效果

为了满足油田的防膨需求，在加入3% (w)XH-F3防膨剂的条件下，采用注入水、乙醇与注入水体积比分别1∶5、1∶4、1∶3、1∶2、1∶1的6个样，测定防膨率，结果见表2。从表2可看出，随着乙醇与注入水体积比的增加，防膨率增加。当乙醇与注入水体积比为1∶5时，防膨率达到了84.12%，未达到油田防膨要求。当乙醇与注入水体积比为1∶4时，防膨率达到了92.34%，满足油田防膨要求。 进一步增加乙醇与注入水体积比，防膨率增加不多。因而，认为乙醇与注入水的最佳体积比为1∶4。这与其他一般添加少量普通的防膨剂在醇水中有比较好的防膨效果不一样，主要是由于大量的蒙脱石和伊-蒙混层导致在单一地层水中防膨效果不明显，只有既减少水进入储层，同时抑制储层伊-蒙混层膨胀，才能共同提高防膨效果。

表2 乙醇与注入水配比对防膨率的影响Table 2 Effect of the ratio of ethanol and injected water on the anti-swelling rate 乙醇与注入水体积比2 h后的膨胀率/%24 h后的膨胀率/%防膨率/%注入水4.405.1479.721∶53.554.5484.121∶42.702.2292.341∶32.542.0993.981∶22.381.9794.651∶12.351.9794.65

以下实验均以3% (w)XH-F3防膨剂、乙醇与注入水体积比为1∶4的溶液作为母液进行。

3.2 破碎率

破碎率实验主要用于评价溶液对黏土的稳定效果，以及对多孔介质端面的堵塞效应。破碎率的测定结果见表3。

由表3可看出，油藏的双二段地层岩心在防膨剂溶液的浸泡实验中破碎率损失很小。总的说来，随着防膨剂质量分数的增加，破碎率下降。3%(w)～4%(w)XH-F3防膨剂的岩心破碎率较小，从经济角度考虑，采用3%(w)的XH-F3防膨剂。

表3 不同浓度的防膨剂对岩心破碎率的影响Table 3 Effect of different concentration of anti-swelling agent on core breaking rate防膨剂w/%时间/h浸泡前岩心质量/g浸泡后岩心质量/g破碎率/%清水486.235 46.213 60.350XH-F32486.398 56.386 70.184XH-F33484.532 74.531 00.038XH-F34485.631 25.629 70.027

3.3 配伍性的测定

XH-F3溶液与地层水、注入水、15 %(w) HCl、l % (w)NaOH 的配伍性实验结果见表4。从表4可知，XH-F3分别与地层水、注入水、酸液及碱液混合后，未见任何沉淀和悬浮物，且溶液清澈透明，表现出较好的配伍性。

表4 XH-F3的配伍性实验Table 4 XH-F3 compatibility experiment药剂地层水注入水15 %(w)HCl1%(w)NaOHXH-F3良好良好良好良好

3.4 动态防膨实验

将岩心做成标准岩心块，然后将其胶结在岩心筒中，饱和地层水，然后注药剂溶液或注入地层水，测试其渗透率的变化，评价防膨剂溶液的防膨效果，结果见图1。

从图1可看出，注10 PV注入水时，强水敏油藏地层岩心渗透率迅速下降；3(w)%XH-F3的醇水混合溶液注入10 PV时，渗透率损失较小。该结果与静态防膨实验结果是一致的。

综上所述，单一加入防膨剂，防膨效果达不到该油田防膨率要求。在醇、注入水的混合液中加入防膨剂，动态防膨实验与静态防膨实验结果均表明，防膨率可达90%以上，防膨效果良好。

4 现场试验

石西油田某低渗强水敏水井K106，分别对应 2 口油井，生产近4年后注水井注水困难，需进行现场酸化解堵试验。首先用90 ℃热水循环洗出井中的蜡块和死油，再注入防膨液溶液(3%(w)XH-F3防膨剂、乙醇与现场注入水体积比1∶4、15 %(w)的HCl)。挤注过程中压力平稳，注入排量3～5 m3/h，注入压力维持在 25.0 ～27.0 MPa。

于 2015 年 6 月15日进行酸化解堵，注入该防膨型酸液共60 m3，返排液51.5 m3，酸化后注入压力降为20.0～22.0 MPa，注入水量由1.5 m3/h提高至10～15 m3/h，达到了防止黏土矿物膨胀和近井地带酸化解堵的目的。

5 结 论

(1) 适合石西油田强水敏地层的防膨液配方为： 3%(w)XH-F3防膨剂、乙醇与注入水体积比1∶4，防膨率达92.34 %。

(2) 该防膨型醇水混合液的防膨效果好、腐蚀低、破碎率低、配伍性好。

(3) 在石西油田注入该防膨型醇水配制的酸液，酸化后注入压力大大下降，注水量增加3～5倍，达到了防止黏土矿物膨胀，实现近井地带酸化解堵的目的。

参考文献

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