特低滲油藏CO2驅儲層結垢趨勢的綜述

崔喜江 李國慶 周丹 田輝(.新疆敦華石油技術股份有限公司，新疆 克拉瑪依 834000；.新疆油田公司百口泉采油廠油田研究所，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引言

新疆準噶爾盆地中央坳陷瑪湖凹陷西斜坡上的瑪18井區百口泉組油藏，屬于異常高壓、無邊底水、致密砂礫巖油氣藏，2015年以來投入開發，初期部署三塊不同井距的直井開發區，后轉為大規模水平井分段壓裂開發。2017年直井區2口井注水試驗失敗，為探索有效補充能量手段，2018年4月～10月在瑪18小井距直井開發區開展了11口井的CO2吞吐試驗。措施取得一定增產效果，整體換油率0.4左右，存在的主要問題是措施后機抽井出現嚴重的井筒結垢問題，造成頻繁卡泵修井，并很快供液不足，大部分井機抽產量低于措施前水平。為此，我們調研了由于注入CO2對儲層或井筒造成影響的相關文獻和研究進展，擬針對該問題提供系統有效的解決思路和切實可行的解決方案。

1 研究進展

油氣田注CO2驅油產生的主要問題有腐蝕、結垢和瀝青質沉淀。腐蝕問題主要發生在井筒、集輸管線和儲運環節，瀝青質沉淀可能會引起的近井地帶堵塞，主要發生在瀝青質含量高的稠油油藏，所以本文不做贅述。僅對涉及到低滲稀油油藏注CO2造成儲層或井筒結垢相關的研究進展進行梳理分析，從而對瑪18井區油藏面臨的結垢問題提供有效的解決思路。

對于CO2驅油過程中儲層物性變化規律的認識，研究者存在很大分歧。使用不同地區油藏巖心樣品，得到的實驗結果差異較大。

1.1 CO2進入儲層通過溶蝕作用改善儲層滲透率

多數研究者認為CO2進入儲層通過溶蝕作用改善了儲層滲透率，在注入端和儲層中保持較高的溫度和壓力，以及較低的pH值，析出碳酸鹽沉淀的幾率小，而在采出端壓力驟然下降，CO2氣大量脫出，pH值回升等因素造成結垢趨勢增加。如鄂爾多斯盆地延長組儲層是典型的低孔、特低滲儲層，CO2驅油過程中的儲層結垢規律室內實驗研究發現：

(1)在注氣井近井地帶和油藏深部，CO2與延長組CaCl2地層水不易產生無機垢沉淀；反而會溶蝕儲層巖石，改善儲層物性；其中在注氣井近井地帶的溶蝕作用遠高于在油藏深部的。

(2)在采油井近井地帶，因壓力下降劇烈，溶解于地層流體中的CO2大量逸出，部分原本溶解的Ca(HCO3)2礦物易分解形成不溶性沉淀，堵塞油井近井地帶及井筒，影響延長組特低滲油藏采油井生產[1]。西南石油大學利用中原油田地層水及儲層巖石樣品進行CO2和地層水、儲層配伍性實驗研究，表明注CO2過程中不會產生碳酸鈣沉淀堵塞孔道降低儲層滲透率；相反由于CO2溶解于水中生成碳酸溶蝕了巖石的某些膠結物，使巖石滲透率得到改善[2]。根據室內有關實驗和理論計算，在油層內盡管有大量的成垢離子，但一般不會發生結垢現象。當結垢物質隨產出液從生產井采出后，卻容易在采油管柱和地面集輸管線系統結垢。這主要是由于壓力和溫度的遽然下降，造成CO2的溶解度相比在油藏條件下降低8l%～87%導致[3]。

1.2 CO2進入儲層對儲層物性的影響因素

有研究學者以延長靖邊油田特低滲油藏儲層巖心為研究對象，研究了不同反應時間和壓力下CO2-水-巖石相互作用后，巖石孔隙度、滲透率和孔隙結構分布的變化，考察壓力對CO2水。巖石相互作用后巖石表觀形貌及溶液中Ca2+濃度的影響。結果表明，巖石孔隙結構的變化受溶蝕作用、微粒運移和新生礦物沉積的綜合影響。當反應時間較短時(6～24h)，巖石水測滲透率降低；隨著反應時間逐漸延長，巖石孔隙度先降低后增加，巖石滲透率恢復值逐漸增加，隨著反應壓力的增加，溶蝕作用明顯加劇，溶液中Ca2+濃度上升[4]。

取自松遼盆地南部埋深1829m的油層巖心樣品，在實驗室條件下模擬地層條件下飽和CO2水驅過程中的CO2-水-巖石相互作用實驗，結果表明儲層發生溶蝕主要針對方解石和鐵白云石當碳酸鹽礦物，飽和CO2水驅實驗后有少量高嶺石和中間產物生成，儲層巖心滲透率、孔隙體積和孔隙度分別下降了4%、3%和2.5%。礦物溶解或新礦物生成過程中釋放出來的粘土顆粒堵塞孔喉，是導致飽實驗后巖心滲透率降低的主要原因[5]。

綜上所述，CO2與地層水、儲層巖石間的相互作用所引起儲層物性的變化不僅與油藏壓力、溫度、地層水和巖石性質有關，而且與注入地層的CO2流體的物理化學性質密切相關。研究表明，CO2注入儲層后會與地層水、礦物發生復雜的作用，引起儲層巖石中可溶性礦物的溶蝕和新礦物的沉淀，導致儲層滲透率、孔隙度的改變。注入CO2后，一方面對碳酸鹽礦物的溶蝕作用會形成大量次級溶蝕通道，有利于儲層滲透率升高。另一方面，三種相態和物質相互作用會形成新的礦物晶體，并且造成大量粘土顆粒釋放分散到流體中，在運移過程中堵塞少量巖石孔隙喉道，降低了孔隙體積和滲透率[7]。

2 國內外CO2驅油項目研究

目前世界上大部分油田仍采用注水開發，這就面臨著需要進一步提高采收率和水資源缺乏的問題。國外近年來大力開展二氧化碳驅油提高采收率技術的研發和應用。這項技術不僅能滿足油田開發的需求，還可以解決二氧化碳的封存問題，保護大氣環境。把二氧化碳注入油層中可以提高原油采收率。與其他驅油技術相比，二氧化碳驅油具有適用范圍大、驅油成本低、采收率提高顯著等優點。據國際能源機構評估認為，全世界適合二氧化碳驅油開發的資源約為3000億～6000億桶。注入二氧化碳用于提高石油采收率已有30多年的歷史。二氧化碳驅油作為一項日趨成熟的采油技術已受到世界各國的廣泛關注，據不完全統計，目前全世界正在實施的二氧化碳驅油項目有近80個。該技術不僅適用于常規油藏，尤其對低滲、特低滲透油藏，可以明顯提高原油采收率。

中國CO2驅油始于20世紀60年代，大慶油田率先開展了注CO2小井距提高采收率先導試驗和輕質油段塞提高采收率現場試驗，階段提高采收率8%～10%。此后，國內CO2驅研究工作長期停滯不前，直到80年代相繼發現了蘇北黃橋、吉林萬金塔等天然CO2氣源，才開始重視CO2驅的研究。至2010年，中國石油吉林、大慶、長慶等油田，中國石化華東、江蘇、勝利、中原、東部等油田以及延長油田都進行了廣泛的研究、先導試驗和推廣應用。新疆油田地區缺乏天然CO2氣源，外部運輸CO2距離長成本高，在一定程度上制約了CO2驅油技術的應用和推廣，因此新疆油田在CO2驅油應用方面落后于東部地區油田，至2012年才陸續開展小規模CO2驅油試驗。

通過對國內外相關文獻調研，初步得到以下五點認識：

(1)關于CO2-H2O-儲層巖石體系相互作用的認識，前人已經開展了大量的室內實驗和分析研究工作，積累了豐富的文獻資料；

(2)CO2與地層水、儲層巖石間的相互作用影響因素包括油藏壓力、溫度、地層水和巖石性質等，每個油藏都有所差異，需要具體問題具體分析；

(3)新疆準噶爾盆地相比東部盆地，地溫梯度較低，僅有約0.02℃/m，絕大多數油藏溫度不超過100℃，儲層注入CO2后，溶蝕后再沉淀或再成礦作用相對較弱，預計儲層滲透率下降的風險較低；

(4)采出端近井地帶或井筒結垢的問題并不是新出現的問題，在國內外CO2驅油項目中普遍發生，隨著技術進步在20世紀80年代就已經有較為成熟的防范和處理方法；

(5)應用目的不同，優化試驗參數的方向也要做出調整。對于CO2驅油項目來說，盡可能發揮溶蝕作用改善儲層物性才能有效驅替剩余油，而對于CO2封存項目來說需要盡可能的在地層深部產生碳酸鹽再沉淀固定CO2。

3 結語

針對瑪18井區百口泉組油藏結垢問題，需要使用真實巖心、原油和地層水開展CO2與地層水、儲層巖石間的相互作用室內實驗研究，并同時開展長巖心CO2驅替實驗、最小混相壓力測定等研究工作，確認CO2進入儲層后對于儲層物性、巖性的實際影響，才能準確分析本區油藏實施規模化CO2驅油是否可行；目前已開展2口水平井和1口直井的酸化試驗，均不同程度的恢復了油井的供液能力，建議選取重點井進行連續監測，分析總結入井液、采出液的離子成分變化規律，與室內實驗分析結果相互驗證；建議調研目前比較成熟的防垢阻垢技術和裝備，開展礦場試驗和阻垢劑二次配型等工作，保障采出端穩定生產。