渤海油田低-特低渗储层注水井堵塞规律实验研究

张吉磊，胡 勇，缪飞飞，周焱斌，欧阳雨薇

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津塘沽 300459）

对于低渗-特低渗油田，注水开采已成为主要的开发方法之一。低渗-特低渗油田具有低孔、低渗和敏感性强等特点，在注水开发过程中，时常出现注水井堵塞[1-4]，导致注水压力上升快、注水见效慢、注采严重失衡和储层动用程度差等问题[5-9]，严重影响油田的开发效益。因此，研究低渗-特低渗透油田注水井的堵塞规律，对于提高注水效率有重要意义。本文以渤海B油田沙河街组低渗储层为例，通过分析注入水水质、固相颗粒（基杂）含量及粒径，并结合模拟油田注水室内实验，总结了低渗-特低渗注水井的堵塞原因和规律。

1 实验部分

1.1 主要仪器及试剂

Mastersizer 2000激光粒度仪（Malven仪器有限公司），ISOC高压驱替泵100DX（美国ISCO公司生产），PB-10/C型酸度计，TU-1901双光束紫外可见分光光度计等，NaOH、FeSO4、浓 H2SO4、Ag2SO4、HgSO4、K2Cr2O7、HCl、H2O2（w/30%）均为分析纯；注水站采集的清水和污水等。实验流程见图1。

图1 实验流程

1.2 粒度分析

将采集的污水和清水分散到蒸馏水中，用Mastersizer 2000激光粒度仪测定回注污水和清水中固相颗粒粒径的分布，并确定它们的中值粒径。

1.3 水质指标分析

本次实验研究用的注入污水和清水取自渤海油田不同区块的注水站和注水井，对其进行水质指标分析，主要包括pH值、固相颗粒含量（SS）、各细菌含量和含油量等。

2 实验结果及讨论

2.1 注入水水质分析

选取渤海B油田四口井的注入污水或清水，并对其进行水质检测分析，分析结果见表1。由表1可得：注入污水和清水的pH值属中性；污水中固体悬浮物、含油量和细菌含量均超过注水标准（SY/T 5329-2012）；注入清水中细菌含量超标，固相颗粒含量和含油量达标，注入清水容易引起水敏，损害储层。注入污水和清水都在不同程度上对油田的储层造成伤害，影响其渗流能力。

表1 渤海B油田注水站注水井井口水质分析结果

2.2 注入水粒度分析

通过表2可知：注水井中回注污水和清水中的大颗粒在曲线分布中占较大比例，使得回注水中固相颗粒的平均粒径偏大；比表面积也比较大，2号井和3号井较大，1号井次之，4号井最小，一般都维持在 2～13μm；颗粒分散不均匀，比表面积相对较大，会造成较大的摩擦力[10]，容易吸附到储层的孔喉表面，影响储层的渗流性能。

根据回注水的粒度和水质分析，回注水中的固相颗粒在运移过程中封堵储层的孔隙喉道，在注水开发中，固相颗粒粒径及其含量的大小是造成储层伤害最大的因素之一[11]。

表2 渤海B油田注水站回注污水的粒径分析结果

2.3 储层伤害原因分析

2.3.1 注入量的影响

选取了低渗透、特低渗透的岩心（取自渤海B油田油井）各1块（表3），将中值粒径为2.755μm（渤海B油田注水井的回注水）的油田污水稀释配制成浓度为5 mg/L的实验用注入液，并将其注入岩心，进行室内岩心注入伤害实验，判断注入量对岩心的伤害规律（图2）。

表3 岩心基本参数

图2 注水量对低渗、特低渗透岩心的伤害程度

由图2可知，低渗、特低渗透岩心渗透率的伤害程度随着注水量的增加而不断增大，最后趋于平缓。对于特低渗透的岩心，注入50倍孔隙体积之前岩心的伤害程度急剧上升，之后伤害程度变化不大，最后伤害程度为90.4%；低渗透岩心伤害程度的增长趋势一直都变化不大，最后的伤害程度为52.4%。造成上述结果的原因是随着注水量的不断增加，进入岩心孔喉和端面上的固相颗粒不断增多，堵塞更多的渗流通道，岩心的渗透率不断降低，伤害程度不断增大。由于特低渗岩心的主要渗流通道较低渗透岩心的少，当注水量相同的情况下，特低渗透岩心的伤害程度较大[12-14]。

2.3.2 固相颗粒浓度的影响

选取渤海 B油田注水井的注入水平均粒径2.755 μm，根据实验要求将其配置成不同浓度的实验用注入液（5 mg/L，10 mg/L，25 mg/L），并选取气测渗透率为（9.3×10-3μm2，6.2×10-3μm2，4.3×10-3μm2）的低渗透岩心及（1.23×10-3μm2，0.98×10-3μm2，0.83×10-3μm2）的低渗透岩心各 3块（分别取自渤海B油田），并观察在注入体积倍数为200时岩心的伤害情况。实验结果如图4。由图4可知，岩心渗透率的伤害程度随着注入水中颗粒浓度的增大而增加；特低渗透岩心的最终伤害率在83.2%～91.6%（图3a），低渗透岩心的最终伤害率在39.6%～59.6%（图3b），特低岩心渗透率的伤害程度大于低渗岩心。

图3 固相浓度对低渗、特低渗岩心的伤害程度

2.3.3 注入水中固相颗粒平均粒径的影响

选取3号注水井的回注水，利用滤膜过滤的方法将回注水配置成中固相颗粒粒径中值为（2μm，4μm，6μm，10μm，11μm）的实验用注入水，低渗和的特低渗透岩心各5块进行粒径对岩心渗透率伤害率的实验。

由图4可知，当注入体积倍数达到200倍的情况下，岩心的伤害程度随着固相颗粒中值粒径的增大而增加，且特低渗透岩心的伤害程度最大。注入水中的固相颗粒通过内部和外部堵塞来损害岩心的渗透率，固相颗粒的中值粒径较小时在岩心孔喉架桥形成内部堵塞，中值粒径较大时主要在岩心端面沉积形成外滤饼（外部堵塞），在固相颗粒粒径增大的过程中，岩心的伤害从内部到外部过渡，因此，渗透率随中值粒径的增大不断减小，且特低渗岩心的伤害程度大于低渗岩心。

图4 固相颗粒粒径与岩心伤害程度的关系

3 结论及建议

（1）现场注入水中含有大量的固相颗粒是造成地层堵塞的主要原因。

（2）地层渗透率下降主要受注入水的注入量及固相颗粒的浓度和中值粒径的影响。为减少储层损害，应该控制注入水的固相颗粒含量和粒径，定期对注水井的井壁进行清洗。

（3）随着注入量的增加，储层的渗透率不断减小，伤害程度增大。为减小储层伤害，应该及时实施井下维护工作。

（4）注入水中的固相颗粒对特低渗储层岩心的伤害程度大于低渗储层。