牛莊油田注水井增注技術研究與應用

劉廣東，段 凡，李美蓉，姜東波，王偉林，薛廣鵬

（1.勝利油田東勝精攻石油開發股份集團有限公司，山東東營 257015；2.中國石油大學（華東）理學院，山東青島 266580）

牛莊油田牛25區塊的儲層物性決定了該區塊注水井注水能力下降的原因[1]主要有：水質不合格、含油、注入水與設備和管道的腐蝕產物造成堵塞；注入水所帶來的懸浮物和泥沙顆粒等雜質堵塞儲層。除了上述注水井堵塞的外因，其主要內因是地層的低滲透率。為提高注水井注水能力，一方面要避免上述堵塞，對注入水進行改性處理，如對注入水進行精細過濾處理，加入防垢劑、緩蝕劑等藥劑；另一方面通過酸巖反應改變孔隙結構，溶解地層中膠結物，擴大地層孔隙，提高地層滲透率[2]。通過對勝利油田牛25區塊產出的污水處理合格后回注，實現油田采注水量的平衡和地層壓力的提高；并且通過研制適用于該儲層的酸液配方，提高儲層的滲透率，從而實現注水井增注[3]。

1 油藏概況

1.1 儲層概況

牛莊油田地層溫度一般為102~130℃，溫度梯度為3.2~4.2℃/100m，屬于正常溫度系統。牛23-A塊原始地層壓力為40 MPa，壓力系數為1.28，屬于異常高壓油藏。綜合分析本區油藏類型屬中孔、低滲、常溫、異常高壓巖性油藏。平均氣測滲透率為22.88×10-3μm2，屬于一般低滲透油層，平均孔隙度為15.14%，孔隙度好。根據SY5329-94碎屑巖油藏水質指標及分析方法，對氣測滲透率<0.1 μm2，注水開發水質標準應執行A1級，因此對其開采注水指標要達到A1級。

1.2 儲層礦物成分分析

對牛41井巖心進行礦物分析，結果（見表1），粘土礦物分析結果（見表2）。

表1 全巖礦物分析報告，%

表2 粘土礦物分析結果，%

從表1中可以看出砂巖地層中砂巖的顆粒主要是石英、斜長石、鉀長石，膠結物多為粘土和方解石，骨架結構占94%，粘土礦物含量占5%；從表2中可以看出，粘土礦物主要為高嶺石，它屬硅鋁酸鹽礦物，具兩層構造，由于其晶間結構不緊密，是一種速敏礦物[4]，在液流的沖刷下易于遷移，堵塞油層喉道。另外，粘土礦物中含有伊/蒙間層礦物。粘土礦物的體積分數、分布特征對儲層潛在損害性的大小起著非常重要的作用[5]。伊利石對油層的損害機理是：孔隙中伊利石的片狀或絲狀微晶能把孔隙分割成許多微孔，從而降低油層的滲透率。蒙脫石具有很高的吸水膨脹性，當遇到淡水時極易發生水化膨脹，堵塞孔隙喉道。因此水質處理中應添加膨劑。

2 水質改性技術研究

2.1 水質改性技術

通過對不同水質進行分析，牛25清水礦化度小，為弱堿性，水型為CaCl2型；牛25污水礦化度大，為弱堿性，主要離子為Cl-和Na+，且含有大量的易結垢[6]的Ca2+和Mg2+，水型是CaCl2型；由于現場污水水量不足，需采用清水與污水混注。清水與污水按1:1混合，混合水與A1級標準比較，混合水的懸浮固體含量、含油量、總鐵、侵蝕性二氧化碳、腐蝕速率、腐生菌數、鐵細菌數、硫酸鹽還原菌數不合格，必須對其進行相應處理。

針對混合水易結垢的特點，篩選出防垢劑4號，添加20 mg/L防垢率達89.8%；由于混合水易腐蝕，采用緩蝕劑1作為緩蝕劑，最佳濃度為30 mg/L緩蝕率達到96%；由于儲層巖心中粘土礦物含量及其中的易水化膨脹的伊/蒙間層礦物含量較多，因此添加2%的防膨劑SL，防膨率為86.3%；針對混合水中懸浮固體顆粒含量超標，需采用微孔濾膜（直徑0.45 μm）過濾，處理后水質指標達到A1級處理標準。

2.2 水質處理效果驗證

采用牛41井巖心進行驅替，驗證水質處理效果，其中的一級處理污水和一級處理混合水是經普通定性濾紙過濾后的污水和混合水，二級處理混合水是經微孔濾膜（直徑0.45 μm）過濾后的混合水，實驗結果（見表 3）。

表3 不同水質造成的巖心損害率

從表3中可以看出，污水由于懸浮固體含量多，直徑中值大，對液測滲透率的損害率高達96.5%，而一級處理后的混合水對液測滲透率的損害率為38.3%，是由于混合水中的懸浮固體含量少，顆粒直徑中值遠小于污水，二級處理后的混合水對液測滲透率的損害率為22.2%。因此，污水必須經精細過濾處理后再用于回注。

3 酸化技術研究

3.1 酸液配方的篩選

針對儲層特征，初步選定9種緩速酸配方，在60℃下將9種配方與土酸對牛41井巖樣做溶蝕實驗，從最終溶蝕能力和緩速率兩方面考察，將合格的酸液確定為主體酸；由于儲層中粘土礦物含量較高，其中伊/蒙間層礦物含量高，易引起水化膨脹，故篩選出3%的防膨劑HYSP-01作為酸化防膨劑；粘土礦物中綠泥石含量高，由于綠泥石中鐵離子含量高，易形成鐵離子沉淀堵塞儲層[6]，因此篩選出1%EDTA作為該區塊酸化用鐵離子穩定劑；為減緩酸液對管道和設備的腐蝕，選出1%的緩蝕劑B作為該區塊酸化用緩蝕劑[7]；為提高酸液返排能力和防止乳化，選出0.5%的表面活性劑A作為該區塊酸化用表面活性劑。將篩選出的酸液添加劑[8]與篩選合格的三種主體酸復配，分別將其定義為氟硼酸配方，乙酸配方和檸檬酸配方。

3.2 酸液配方性能評價

考查三種酸液配方的各項指標，對其性能進行評價，結果（見表 4）。

表4 不同酸液配方各項性能評價

從表4可以看出，三種酸液配方的各項指標均合格，進行巖心驅替實驗進一步驗證酸化效果。

3.3 室內酸化效果驗證

表5 牛25巖心酸化前后液測滲透率

取牛41井巖心抽真空，在70℃下，測定液測滲透率，在抽真空狀態下與三種酸液配方反應4 h后，測定液測滲透率，實驗結果（見表5）。

從表5可以看出，經過乙酸配方酸化的巖心滲透率由原來的 13×10-3μm2提高到 255×10-3μm2，滲透率提高幅度為1 861.5%，室內酸化效果理想。

4 認識與結論

（1）由于混合水中的懸浮物含量過高，采用微孔濾膜（直徑0.45 μm）過濾，過濾后混合水的懸浮物顆粒直徑為230 nm<1 μm，符合水質A1級標準；添加各種藥劑處理后水質指標達到A1級標準。

（2）經過微孔濾膜（直徑0.45 μm）處理后，污水對液測滲透率的傷害率達96%，而混合水的傷害率降為23%，可見對污水進行精細過濾處理后再用于回注，可以明顯提高注水開發效果。

（3）通過巖心驅替實驗進行室內巖心酸化效果驗證，經乙酸配方酸化后巖心滲透率由13×10-3μm2提高到255×10-3μm2，滲透率提高1 861.5%，酸化效果明顯。

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