注水井降壓增注技術(shù)的發(fā)展與應用

  一、低滲透油田降壓增注技術(shù)發(fā)展現狀

 

  低滲透油藏儲層物性較差，主要是低孔低滲細喉型的儲層結構，另外膠結物含量較高，其儲層物性導致其注水井注水壓力高、難注。主要原因為：一是低孔、低滲的特性使注入水在低速滲流條件下存在明顯的啟動(dòng)壓力梯度；二是水鎖和賈敏效應對儲層的傷害；三是儲層的敏感性也是導致注水井高壓的一個(gè)因素。

 

  目前，我國已探明低滲透油田地質(zhì)儲量100多億噸，其中大多數油田滲透率低((0.3-25)×lO-3um2)、孔隙度小(5-20%)、注入水質(zhì)差、礦化度高(1000-250000mg/L)、鈣鎂離子總量達250-2000mg/L。這類(lèi)油藏投入開(kāi)發(fā)后，注水壓力高，水質(zhì)二次污染使油層進(jìn)一步遭到傷害，注水壓力隨時(shí)間增加而遞增，導致注水效率快速降低，不能正常配注，甚至使得油田采油速度降低。而且對于低滲透油藏，隨著(zhù)注水開(kāi)發(fā)時(shí)間的延續油田主體區塊大部分已經(jīng)進(jìn)入中高含水期，注水壓力高、完不成配注的井逐年增多。如何解決低滲透油田降壓增注的技術(shù)問(wèn)題，提高低滲透油藏采收率已成為當前亟待研究的重要課題。

 

  通過(guò)調研發(fā)現目前降壓增注工藝技術(shù)主要有六種：縮膨降壓增注技術(shù)，納米降壓增注技術(shù)，層內生氣 (層內自生弱酸) 降壓增注技術(shù)，生物酶降壓增注技術(shù)，酸化降壓增注技術(shù)和表面活性劑降壓增注技術(shù)。在低滲透油藏中主要是酸化降壓增注技術(shù)和表面活性劑降壓增注技術(shù)應用廣泛，且效果較好。

 

  二、降壓增注工藝技術(shù)調研

 

  1縮膨降壓增注技術(shù)作用機理

 

  (1) 縮膨劑是一種化學(xué)合成的高分子陽(yáng)離子化合物，它通過(guò)與粘土礦物發(fā)生物理化學(xué)反應，使粘土品格改性，使其遇水后不膨脹；已膨脹的粘土晶格，通過(guò)化學(xué)反應改性后釋放出水分子，品格縮小。并通過(guò)多點(diǎn)吸附作用使這些改性的粘土物質(zhì)與原地層礦物牢固結合，從而避免了粘土礦物遇水膨脹、運移給地層造成的傷害，提高了油氣開(kāi)發(fā)效果，并節省大量的地層改造費用。

 

  (2) 縮膨劑離子基團具有氧化性，能破壞粘土的晶格，使吸水后的粘土釋放出所吸附的水分，收縮膨脹體積，恢復地層被堵毛細孔。

 

  (3) 縮膨劑分子具有與水分子發(fā)生作用的極性官能團，當其加至水中后，其水化基團即與水分子相結合。當粘土顆粒與其水溶液接觸時(shí)，依靠氫鍵或靜電吸力吸附相近的粘土顆粒，由于縮膨劑具有足夠高分子量，并具有較大的線(xiàn)型展開(kāi)能力和合適的分子結構，它不僅能吸附在一個(gè)鈉土顆粒上而且能進(jìn)一步連接到相鄰的粘土顆粒上，把多個(gè)粘土顆粒連接或橋接在一起，從而阻止粘土分散，保持粘土的穩定性。

 

  工藝適用性

 

  (1) 區塊黏土含量較高，呈水敏、速敏特性的高壓注水井；

 

  (2) 油水井連通狀況好，注采反應明顯；

 

  (3) 初期注水狀況較好，存在二次污染的水井；

 

  (4) 進(jìn)行酸化后初期效果較好，但壓力上升快，有效期短的水井；

 

  (5) 井況好，無(wú)套變、套漏。

 

  2 納米降壓增注技術(shù)作用機理

 

  ZHJ-03型納米增注劑是一種以SiO2為主要成分、具有極強憎水親油能力的顆粒狀白色粉末物質(zhì)，它的離散顆粒尺寸為10-500nm。其生產(chǎn)工藝是利用伽馬射線(xiàn)放射性激活的添加劑來(lái)進(jìn)行化學(xué)改性，形成尺寸在納米級的聚硅材料。經(jīng)疏水改性后，由于接枝了部分的-CH3，聚硅材料表面具有極強的憎水親油性能。同時(shí)，由于在其疏水性表面含有可與硅羥基結合的有機官能團，該納米微?？稍谏皫r的巖隙表面吸附形成穩定的疏水表面膜，從而起到驅除水膜擴展流道孔喉、降低水流阻力及一定的黏土防膨作用。 3層內生氣降壓增注技術(shù)向地層內注入緩速酸及層內生氣劑，利用緩速酸實(shí)現地層深部酸化解堵的同時(shí)，藥劑體系反應后可產(chǎn)生大量的高溫高壓C02氣體和熱量，通過(guò)酸化、熱解堵和C02驅等多種作用解除各種油層污染堵塞，具有較好的穿透作用，降低由于原油物性差和有機雜質(zhì)堵塞造成的注水壓力高問(wèn)題。

 

  作用機理

 

  (1) 降粘作用

 

  注入液在地層反應時(shí)，放出的熱量使地層溫度升高，降低原油粘度，可有效解除地層中因膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、蠟等有機物造成的污染堵塞；瞬間升高的壓力，使生成的CO2在低滲透油層更具有穿透性，可以到達注入水等其它驅替液無(wú)法到達的孔隙：在此溫壓條件下，CO2呈單相、混相、或者泡沫狀態(tài)，同時(shí)因CO2在原油重烴組分中溶解度很高，使原油粘度下降，增加其流動(dòng)性，解除油藏深部污染。

 

  (2) 酸化解堵作用  注入劑中的酸液主要由鹽酸、低碳有機酸、磷酸、一元酸、多元酸與添加劑組成的砂巖緩速酸體系．可以延緩與地層無(wú)機顆粒、鐵垢和鈣垢的反應速度，增大處理半徑，另外處理劑在地層中反應生成的弱酸，可使體系較長(cháng)時(shí)間保持低PH值．有效預防Fe3+、Fe2+的氫氧化物沉淀，同時(shí)也可進(jìn)一步解除地層深部的無(wú)機堵塞。

 

  (3)表面活劑作用  毛細管阻力大造成的啟動(dòng)壓力高是低滲油田注水壓力高的另一個(gè)原因，注入劑中含有的大量表面活性劑可使巖石表面化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，降低油水界面張力，降低原油的粘附功，減小毛細管阻力，水相相對滲透率上升，注入壓力下降，同時(shí)表面活性劑還能夠減緩酸巖反應速度，有效增加處理半徑。

 

  技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)

 

  施工前認真分析油藏地質(zhì)資料、測井資料、區塊開(kāi)發(fā)現狀、堵塞機理、油水井工作狀況等，對施工參數進(jìn)行設計，確定各種處理劑用量。所選井要求注水井設各狀況良好，油水井對應關(guān)系明確，原油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量相對較低，地層發(fā)育狀況較好，平均注水壓力不易過(guò)高。

 

  工藝適用性

 

  層內生成二氧化碳增注技術(shù)對選井有其適應性，對于由于儲層自身條件差，初期注水壓力就高的水井，措施效果不明顯或無(wú)效；而對于初期注水壓力低，由于長(cháng)期注水過(guò)程中造成地層污染而注水不滿(mǎn)足的水井有良好的效果。

 

  該技術(shù)的試用及效果分析主要在大慶等油藏物性較好地區，對于低滲透油藏的應用效果有待于進(jìn)一步研究。

 

  4. 生物酶降壓增注技術(shù)

 

  1 生物酶主要成分

 

  生物酶是采用基因工程、細胞工程等現代技術(shù)提取的一種以蛋白質(zhì)為基質(zhì)的生物催化劑。用于石油開(kāi)采的生物酶是由多種酶篩選組成的復合酶體系．其組成主要為復合生物酶、生物活性物、生物提取物、水性分散劑、穩定劑等。

 

  2 作用機理

 

  生物酶洗油過(guò)程是一個(gè)可循環(huán)的生物反應過(guò)程，它起到催化劑的作用，具體過(guò)程分3個(gè)階段：

 

  (1) 生物酶與原油和固體顆粒的結合體吸附在一起形成酶-油-固體顆粒復合體；

 

  (2) 酶油復合體分解為酶-油中間體和固體顆粒；

 

  (3) 酶油中間體分解．形成獨立的原油與酶，恢復生物酶原狀。  生物酶在低滲透、特低滲透油田具有的降壓增油機理是消除了原油邊界層的影響。

 

  3 技術(shù)適用性

 

  生物酶能將巖石表面的潤濕性轉變?yōu)橛H水性，使原油從巖石顆粒表面脫落，降低殘余油飽和度，可有效改善低滲透油田注水壓力高、油井受效差的問(wèn)題，提高驅油效率。

 

  總結發(fā)現該技術(shù)成本高，有效期短，施工時(shí)間較長(cháng)，這些因素可能會(huì )成為制約該技術(shù)的適用性。

 

  5 酸化降壓增注技術(shù)

 

  1．作用機理  主體酸液：主要用于溶垢和地層處理，針對垢類(lèi)組成，采取不同的室內試驗摸索有效的溶垢方法。通過(guò)試驗得出最優(yōu)的酸液配方，對于不同油田和不同地區酸液配方不同。

 

  在酸化同時(shí)還需要添加一些輔助添加劑，添加劑的功能及作用如下：

 

  (1) 助排劑  處理液配比中加入1.O%的助排劑，該助排劑以含氟表面活性劑和互溶劑為

 

  主，可使反應后的殘液易于返排，并可以使巖石保持水潤濕，接觸角下降，從而大大降低了巖石與原油的界面張力，提高油相滲透率。

 

  (2) 防膨縮膨劑  對于膨脹完全的粘土礦物，單純的防膨劑已不起作用，因此使用防膨縮膨劑，不僅可以將已膨脹完全的粘土縮膨，同時(shí)穩定劑在顆粒表面吸附，使其顆粒不易集結成大顆粒堵塞孔道。

 

  (3) 鐵離子穩定劑  酸處理地層，當殘酸PH值達到2.2時(shí)，開(kāi)始形成凝膠狀Fe(OH)3沉淀，當PH為3.2時(shí)沉淀完全，為防止二次沉淀產(chǎn)生，在處理液中加入鐵離子穩定劑，穩定劑與主體酸液配伍好，在酸性介質(zhì)中和中性介質(zhì)中，與鐵絡(luò )合均有較高的穩定性，溫度大于90℃時(shí)仍有較好的穩定效果。

 

  (4) 緩蝕劑  為保證注水管柱在施工過(guò)程中不受腐蝕，對酸化緩蝕劑進(jìn)行優(yōu)選，通過(guò)緩蝕率實(shí)驗和配伍性實(shí)驗，選出以有機胺類(lèi)為主的緩蝕劑，在鹽酸濃度12%，地層溫度在90℃時(shí)，緩蝕率達98%以上。

 

  (5) 殺菌劑  由于注入水中細菌超標，細菌自身及代謝產(chǎn)物易堵塞地層。為此，選擇具有殺菌力極強的助劑來(lái)解決這一問(wèn)題。

 

  6 表面活性劑降壓增注技術(shù)超低界面張力；潤濕角變??；乳化剝落原油；擴大波及體積。

 

  當向油藏中注入表面活性劑之后，由于表面活性劑的兩親(親水-親油)作用，可以使油水的界面張力降低，超低界面張力減小了油滴通過(guò)狹窄孔頸時(shí)的形變功，減少毛細管阻力，使孔隙介質(zhì)中的油滴從巖石表面拉開(kāi)的形變功大大減小，增加了它在地層孔隙中的移動(dòng)速度。表面活性劑注人油層后，在降低油水界面張力的同時(shí)，它還可以乳化剝落原油形成小液滴被驅替液驅替出來(lái)，隨注入液流向生產(chǎn)井，從而提高了原油的采收率?；钚运奈⒘？梢詴簳r(shí)堵塞一些小的孔道，擴大了波及體積。