鹽沉析技術堵氣竄實驗

金發揚 田園媛 蒲萬芬 袁成東 郭 勇 劉哲知

1．西南石油大學石油工程學院 2．中海油服油田生產研究院

在注氣提高油氣田采收率過程中，由于油藏非均質性和不利流度比等因素的影響，容易出現氣竄。氣竄的出現，會降低注入氣的波及體積，甚至導致注入氣在地層中無效循環，從而影響氣驅油氣田的采收率。因此，研究封堵氣竄的方法和技術，對提高氣驅油氣田開發效果有重要意義。

目前，控制或延緩氣竄的方法分為兩類。一類是從油藏工程角度出發，優化注氣方案中各個參數，如注入方式、注入壓力、射孔方式、注采井距和注采井網等，從而延緩或控制氣竄。牙哈凝析氣田成功采用該方法延緩氣竄，實現了高壓循環注氣開發［1］。另一類方法是利用注入流體與地層巖石或流體發生物理化學作用，降低氣竄通道滲透率或改善流度比，從而封堵氣竄。如水氣交替注入（WAG）［2－6］、復合凝膠［7］、CO2泡沫［8－10］、聚合物凍膠＋ 泡沫復合防竄體系［11］等。這些方法能解決礦化度和溫度不高的油氣田氣驅氣竄問題，但卻不適用于高溫、高鹽（溫度大于等于120℃，礦化度大于等于20×104mg／L）油氣藏氣驅氣竄的防治。因為，聚合物和起泡劑等在高溫高鹽條件下難以長期保持穩定的化學活性。為此，根據鹽沉析技術不受溫度和礦化度影響的現狀以及在高溫、高鹽條件下能長期保持有效封堵的特點，開展了鹽沉析封堵氣竄的研究與探討。

1 鹽沉析堵氣竄提高氣驅波及體積的機理

1．1 鹽沉析技術原理

鹽沉析技術的原理是通過減小高濃度或飽和鹽水溶液中鹽的溶解度，析出鹽結晶顆粒，從而封堵孔隙或喉道。為了減小鹽在溶液中的溶解度，需要加入醇或其他類型的非電解質。因此，該技術又叫醇誘導鹽沉析技術。國內外關于鹽沉析技術的研究主要集中在體系研究［12］、水井調剖提高氣驅波及體積［13－15］、油井消除氣錐［16－17］和氣藏控水增氣［18］等方面。目前還未見應用鹽沉析封堵氣驅過程中氣竄的相關研究或報道。

1．2 提高氣驅波及體積的機理

氣驅過程中，導致氣竄的原因主要有地層非均質性、裂縫、注入氣與地層流體間不利的流度比、黏性指進等。根據鹽沉析技術原理，該技術既可用于水井調剖、油井堵水或消除氣錐，也可用于氣驅油氣田治理氣竄。

鹽沉析封堵氣驅過程中氣竄通道，使后續注入氣轉向未動用的低滲透層或低滲透區，從而提高注入氣的波及體積（圖1）。

圖1－a、b表示鹽結晶顆粒在平面氣竄區域內形成了堵塞，從而封堵氣竄通道，提高了注入氣平面波及系數。圖1－c、d表示鹽沉析體系進入了發生氣竄的高滲透層，在近井地帶形成堵塞，封堵了氣竄通道，從而啟動低滲透層，改善注氣井吸氣剖面，提高了注入氣垂向波及系數。鹽沉析堵氣竄技術能夠同時提高平面和垂向波及系數，因此有很強的堵氣竄提高注入氣波及體積的能力。

圖1 鹽沉析堵氣竄提高氣驅波及體積圖

通過電鏡掃描研究了鹽結晶顆粒的微觀結構如圖2所示。

圖2 鹽結晶顆粒微觀結構圖

可見，晶體相互交錯重疊，顆粒呈空間多重堆積狀態，放大500或2 000倍時都可以觀察到鹽結晶顆粒由許多小晶體連續堆積而成，堆積均勻而致密，從而保證其良好的堵氣竄能力。

2 鹽沉析堵氣竄物模實驗

2．1 實驗藥品、儀器與材料

NaCl、誘導劑（液體，自制）、α－烯烴磺酸鹽（AOS）、填砂管（長 500mm、直徑 25mm）、ISCO 100DX泵、中間容器、氮氣瓶、20MPa回壓閥、石英砂等。

2．2 實驗條件和方法

實驗溫度120℃，實驗用鹽水為蒸餾水配制的35%NaCl溶液，氣為氮氣，出口端回壓20MPa。采用排水法在出口端計量流出氣體體積［18］。用填砂管充填石英砂模擬地層。根據標準SY／T 5336—2006測定孔隙體積和初始氣測滲透率（K1），以該初始氣測滲透率為氣竄時滲透率，注堵氣竄體系后再測定氣測滲透率（K2），由下式計算各堵氣竄體系對氣竄的封堵率（η）。即

式中K1、K2分別是堵氣竄前、后的氣測滲透率，mD。

2．3 實驗結果與分析

2．3．1 滲透率對鹽沉析堵氣竄的影響

注入0．2PV鹽沉析體系（35%NaCl溶液0．1PV＋誘導劑溶液0．1PV）進行不同滲透率填砂管堵氣竄實驗，其實驗結果如表1所示。

表1 不同滲透率條件下鹽沉析的堵氣竄能力表

從表中實驗結果可得：滲透率對鹽沉析堵氣竄能力影響較小，滲透率增大，封堵率略有減小，在滲透率超過1 000mD后，封堵率仍可達55%以上，比注入相同PV數鹽水的封堵率高近20%，且鹽沉析的殘余阻力系數也明顯高于鹽水。原因是鹽結晶顆?？稍谧⑷攵烁浇目紫逗秃淼乐行纬啥嘀囟逊e（圖2），從而對孔隙和喉道半徑較大的高滲透氣竄通道形成有效封堵。

2．3．2 不同堵氣竄方法堵氣竄能力對比

用氣測滲透率差異較小的填砂管模擬氣竄層，分別進行鹽水、WAG水氣交替（氣水比1∶1）、泡沫（0．5%AOS起泡劑）和鹽沉析堵氣竄實驗，注入體積均為0．2PV，實驗結果如表2所示。

表2 不同方法對氣竄的封堵能力表

實驗結果表明：鹽沉析對氣竄的封堵能力最強，然后從強到弱依次是泡沫、水氣交替和鹽水。泡沫對氣竄的封堵率略高于水氣交替，二者比鹽水的封堵率高約8～10個百分點。泡沫封堵能力略高水氣交替的原因是在120℃高溫和35%NaCl高鹽條件下，起泡劑易完全或部分失去活性，從而降低了泡沫的穩定性，導致泡沫未能充分發揮其高滲流阻力作用，減弱了泡沫的堵氣竄能力。

相比之下，鹽沉析技術析出的鹽結晶顆粒在高溫和高鹽條件下仍能保持良好的封堵能力，因此在相同滲透率條件下，鹽沉析的堵氣竄能力最強，其封堵率比泡沫高19．27%，比鹽水高29．24%。2．3．3 鹽沉析選擇性封堵氣竄能力

用2根填砂管分別模擬低滲透層和高滲透層，評價鹽沉析選擇性封堵高滲透氣竄層的能力和對低滲透層的傷害，注入0．2PV鹽沉析體系，其實驗結果如表3所示。

表3 鹽沉析選擇性封堵能力表

表中實驗結果表明：鹽沉析有較好的選擇性封堵氣竄能力，對低滲透非氣竄層的傷害較小。原因是根據流體優先進入低滲流阻力區域的原理，在同時注入鹽沉析體系時，鹽沉析體系優先進入高滲透C8號填砂管中，因此對鹽沉析對高滲透氣竄層的封堵率是低滲透層封堵率的4．19倍，且高滲透層的殘余阻力系數是低滲透層的2．32倍。此外，封堵前高滲透層產氣速度是低滲透層的6．1倍，封堵后高滲透層產氣速度是低滲透層的2．92倍。可見，高、低滲透層的產氣速度差異明顯減小，說明鹽沉析能選擇性封堵氣竄，進而控制或減緩氣竄。

2．3．4 耐沖刷性實驗

為考察各種堵氣竄技術的長期有效性，將已進行堵氣竄實驗的C8號填砂管和B2、B3、B4組實驗填砂管重新單獨注氣，研究封堵率與累積注入量的關系，實驗結果如圖3所示。

圖3 封堵率與累積注入的關系圖

從圖3可以看出，泡沫和水氣交替堵氣竄的耐沖刷性差，在累積注入量1～5PV范圍內，封堵率急劇降低，最終封堵率均小于10%。鹽沉析的封堵率在累積注入量1～10PV范圍內緩慢降低，原因是在注入端孔隙中除鹽結晶顆粒外，還有鹽沉析后的剩余水，這部分“剩余水”在初期對氣竄的封堵也有貢獻，但同水氣交替一樣，單一水相引的封堵在后續注氣過程中極易因氣體再次突破而失效，因此在恢復注氣初期（累積注氣量小于10PV時），鹽沉析的封堵率隨累積注入量的增加而緩慢下降。

當剩余水引起的封堵降到最低后，鹽沉析的封堵率不再減小，兩組鹽沉析的最終封堵率均高于50%，說明鹽沉析堵氣竄有良好的耐沖刷能力，能保持對氣竄的長期封堵，主要原因是析出的鹽結晶顆粒不受注氣的影響。

2．3．5 解堵實驗

在實際施工過程中，可能會出現誤堵或措施后低滲透層吸氣能力明顯減小，影響正常配注等情況。為了研究誤堵后解堵、重新釋放低滲透非氣竄層吸氣能力的可行性，用選擇性封堵能力實驗結束后的C3號填砂管進行解堵實驗。實驗方法是注入0．1PV蒸餾水后靜置10min，然后打開進口端將填砂管中液體反排，反排結束后重新測定氣測滲透率，重復上述步驟直至氣測滲透率不再變化，實驗結果見圖4。

圖4 解堵后鹽沉析封堵率變化圖

從圖4可以看出，在累積注入量小于2PV時，隨著注入蒸餾水量的增加，封堵率急劇降低，原因是注入蒸餾水不斷溶解注入端孔喉中堆積的鹽結晶顆粒，有效解除了鹽沉析造成的堵塞，恢復了地層滲透率。解堵后最終的封堵率僅為3%左右，說明鹽沉析引起的堵塞可實現高效解堵，這對降低施工風險有積極意義。

3 結論

1）鹽沉析堵氣竄技術有良好的耐溫耐鹽性和完善的堵氣竄、提高注入氣波及體積機理，研究鹽沉析堵氣竄技術，對高溫高鹽惡劣油氣田實現合理高效注氣開發有重要意義。

2）同水氣交替、泡沫等堵氣竄技術相比，鹽沉析堵氣竄技術既有良好的堵氣竄能力、選擇性封堵能力及耐沖刷能力，又有對低滲透層傷害小、能解堵等優點，因此，鹽沉析技術對提高油藏采收率有很好適應性。同時，在實際應用中還可配套分層定點注入等工藝，以提高技術的成功率和有效期。

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