微壓法解除氣井水鎖原理及其現場應用

李文杰，張秀青，楊 彬，高秀麗，鮑作帆，賈紅戰，楊金玲，于永新

（1.渤海鉆探工程技術研究院，天津 300280；2.渤海鉆探工程公司油氣合作開發分公司，天津 300280）

1 水鎖效應及其解除方式

隨著開發的深入，低滲透致密砂巖儲層的開發占據越來越重要的位置。但是由于其自身低孔低滲的特征，極易引起水鎖。人們從機理至現場實驗進行了眾多研究，對于水鎖的認識達到一定的高度。如影響水鎖效應的因素有儲層物性、相滲曲線、水相物理侵入深度、生產壓差、巖石的潤濕性及溫度等，尤其是儲層物性中滲透率、孔隙度、潤濕性等對于水鎖的影響更為巨大[1-3]。解除水鎖的方法很多，但是最為簡便、經濟效益明顯的是加入水鎖劑解除水鎖。其作用機理主要是通過加入水鎖劑可以改變儲層潤濕性、降低表界面張力、降低賈敏效應等，從而達到改善巖心滲透率，降低最低流動壓差及激動壓差的效果，該方法應用最為廣泛，且效果明顯[4-6]。本研究在常規應用基礎上根據施工后水鎖劑是否進行頂替進行分析，以達到更好的解水鎖效果。

2 水鎖劑施工方式

水鎖劑通常的施工方式是：水鎖劑通過油（套）管加注到井底直至施工層位，水鎖劑在重力或外來壓力作用下被擠入儲層，之后，水鎖劑可有效降低毛細管力、在儲層表面形成低的表界面張力膜、降低最低流動壓差及激動壓差，達到解水鎖的目的。

根據水鎖劑加注后對水鎖劑的處理是否加壓，將施工方式分為兩種情況：加壓加注法和微壓置換法。

2.1 加壓加注法

該方法是：解水鎖劑用注劑泵注入井筒，用氮氣頂入地層，關井反應，水鎖起效后開井生產或排液。該方法是常規施工方法，常規的解水鎖方法為注入水鎖劑，然后通過氮氣將水鎖劑擠入地層，以發揮水鎖劑的效果。施工過程中設定P 為油管內施工壓力，P1 為儲層壓力，此時通過氮氣頂替時油管內施工壓力P 遠大于儲層壓力P1（見圖1）。

圖1 施工壓力與儲層壓力關系示意圖（P＞＞P1）

當P＞＞P1 時，含有水鎖劑的液體發生指進，主要在大孔喉處進入地層。但是，該工藝僅僅考慮了水鎖劑深入的效果，沒有考慮儲層巖心特性、液體流動的突進現象，通常容易發生在某一容易流動的大的裂縫進行。

2.2 微壓置換法

解水鎖劑通過注劑泵注入井筒，在液柱重力及部分氣體產生的微壓下進入儲層，施工結束后直接關井，待水鎖劑與儲層反應，水鎖劑起效后開井生產或排液。施工過程中油管內施工壓力P 近似或稍大于儲層壓力P1（見圖2）。

圖2 施工壓力與儲層壓力關系示意圖（P≈P1）

當P≈P1 時，水鎖劑與儲層充分進行接觸，水鎖劑可以均勻進入儲層中大中小的縫隙中，使得水鎖劑的效果得到充分發揮，從而起到好的解水鎖效果，尤其是對于近井地帶可充分處理。但是該方法由于壓力較小，使得水鎖劑進入儲層縫隙比較緩慢，因此需要一定的時間進行反應。

3 水鎖劑的性能評價

3.1 實驗儀器及材料

主要儀器：BZY-1 表界面張力儀（上海衡平儀器儀表廠），毛細管（一次性使用微量采血吸管，山東奧賽特醫療器械有限公司）。

主要實驗藥品：氣井用水鎖解堵劑，表面活性劑BH-JD（渤海鉆探工程公司生產）。

3.2 實驗方法

用表界面張力儀測定水鎖劑的表面張力。

毛細管高度是毛細管力最為直觀的體現，通過與水的毛細管高度的對比可以直觀測試毛細管降低能力。實驗方法是取80 mL 氣井用水鎖劑放入100 mL燒杯中，將毛細管垂直插入氣井用水鎖解堵劑中，用直尺測量毛細管內外液面的高度差并記錄該數值，用不同毛細管重復該實驗三次，取其平均值記為h2。毛細管力降低率按照公式計算：

式中：K-毛細管力降低率，%；h1-毛細管中水柱高度，cm；h2-毛細管中水鎖劑液柱高度，cm。

3.3 實驗結果與討論

按照實驗要求，測定不同濃度的水鎖劑的表面張力，毛細管高度，結果（見表1）。

表1 水鎖劑性能評價表

通過實驗可以看出：

（1）生產的水鎖劑具有較低的表面張力以及較好的降低毛細管力的能力；

（2）水鎖劑具有較好的耐稀釋性能，水鎖劑稀釋后，表面張力、降低毛細管力的能力變化不大。

4 微壓法解水鎖現場應用

氣井井況分析：蘇X井為直井，完鉆井深3 625 m，生產層位位于3 524～3 535 m，4.7 m/2 層。2008 年10月進行壓裂施工，施工壓力為46.6～61.7 MPa，施工排量為2.8 m3/min，砂量為33 m3，平均砂比為21.5%，液氮總量為13 m3。壓裂效果比較明顯，獲得了工業氣流。試氣期間使用5 mm 油嘴求產，氣產量為69 458 m3/d，計算無阻流量為112 279 m3。該井目前間歇生產，作業測液面，測前油壓7.6 MPa，套壓7.6 MPa，作業深度3 500 m 無液面。

通過分析，后期間開關井一段時間后，油套壓力恢復很快，開井后有一定產量，說明儲層仍然具有一定的產能，因此應進行解水鎖施工，解除停噴氣井儲層水鎖傷害等問題，恢復氣井產能，提高單井產量及最終采收率。根據施工設計，水鎖解除半徑為1 m，使用注劑泵一次加注解水鎖劑設計量，通過油管加注，之后關井72 h。

該井于2018 年9 月16 日開始進行解水鎖液頂替（見表2）。

表2 水鎖劑施工前后壓力表

施工完畢后關井3 d，開井后油壓4.8 MPa，套壓6.14 MPa，穩定，經過排液，瞬時氣量5 500 m3/h，氣井恢復正常生產。

目前該工藝針對XX 氣田進行解水鎖施工，共進行2 口井施工。其中蘇XX-1X-1 井初始油壓8.27 MPa，套壓8.19 MPa，說明地層能量仍具有較高能量，但產氣量較之前較差，側面說明地層存在一定的堵塞現象，適合水鎖解堵技術實施。2021 年7月4 日進行解堵施工，采用置換法工藝，注入解堵劑，措施后關井恢復。該井2021 年8 月7 日進行干管放空排液，穩定瞬流達到2 030 m3/h 左右，說明解堵劑在近井地帶形成有效保護，積液未能產生二次水鎖傷害。蘇XX-2X-12X 井油壓12.68 MPa，套壓12.73 MPa。2021年8 月23 日進行解堵施工，采用置換法工藝，注入解堵劑，措施后關井恢復。2021 年9 月3 日進行分離器排液，共排出液體3.2 m3。該井措施后經過分離器排液，排液后地層壓力恢復明顯加快，說明該井近井地帶堵塞解除明顯，地層溝通有效。

5 總結及認識

（1）通過對微壓法解水鎖機理進行研究，明確了微壓置換法與加壓加注法的優缺點。

（2）利用毛細管降低率可以更加直觀的測定水鎖劑解除水鎖的效果。

（3）進行解水鎖施工3 井次，所有施工均有效，表明該工藝滿足解水鎖施工。

建議，該井的成功實施表明微壓法對于解除水鎖是合適的，但是通過微壓與加壓加注配合使用可以將兩者的優勢進行整合，可能會成為一種更為有效的解除水鎖的方法。