低滲透氣藏解水鎖劑性能室內評價方法研究進展

李震宇，王知遠，張風云，王瑞，史瑞雪

1.西安石油大學石油工程學院，陜西西安，710065； 2.長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安，710018

0 引言

低滲儲層[1-4]普遍具有孔喉細小、結構復雜和非均質嚴重等特點，儲層在鉆井、完井、壓裂等作業的過程中，外來的流體進入儲層，在毛管力自吸及液相滯留作用的影響下，儲層含水飽和度進一步增加，氣相滲透率降低，儲層產生水鎖損害。賀承祖[5]等從動力學和熱力學角度分析認為，對同一儲層而言，水鎖損害隨著流體在儲層中的毛細管力的增加而增加，毛管力的大小可以由任意曲面的Laplace方程式（1）確定，其中Pc—毛細管力；θ—接觸角；σ—表/界面張力；γ—毛細管半徑。

由式（1）可知，毛細管力的大小與表/界面張力、孔隙半徑和潤濕性因素有關，目前復配或者合成能降低儲層毛細管力的解水鎖劑[6-7]，結合相關技術注入地層來解除水鎖傷害是解除水鎖損害使用最多的方法，但是市面上的解水鎖劑種類繁多，如何有效地評價解水鎖劑的性能，對提高儲層滲透率和氣藏采收率有很重要的意義。本文以儲層毛細管力為基礎，對毛細管力影響下的巖心滲吸[8-10]和液相返排能力室內評價方法的實驗原理、實驗材料、實驗步驟以及適用條件等做出詳細綜述。

1 解水鎖劑作用前后的巖心滲吸能力評價

目前測量巖芯滲吸能力的裝置主要分為如下三種，勝利石油管理局鉆井工藝研究院模型[11]、Handy自吸模型以及常用A模型[12]，不同自吸模型實驗原理、方法與優缺點對比見表1。

表1 不同自吸模型實驗原理、方法與優缺點對比表

根據記錄數據，通過對各條曲線進行線性擬合之后，得到吸入量與時間平方根、自吸孔隙的體積與時間平方根的關系公式，能夠求得各種條件下的毛細管力，但由于巖芯斷面接觸液體的時候，受到表面張力的影響，吸入量與時間平方根的曲線會偏離原點，隨著滲吸的進行，重力的作用越來越重要，滲吸曲線便不再滿足線性關系[13]。

2 解水鎖劑作用前后液相返排能力評價

實驗室評價儲層液相返排能力主要是通過各種手段建立不同含水飽和度的巖心，測定巖心氣測滲透率的變化，這種方法量化了加入解水鎖劑前后不同滲透性儲層對滯留液相的反排能力，方法包括巖樣浸泡實驗、靜態巖芯流動實驗、助排試驗等[14-15]，為避免水敏傷害，實驗過程中盡量采用復配的地層水。

2.1 巖樣浸泡實驗

巖樣浸泡實驗采用氣驅裝置，驅替的介質為氮氣，驅替的實驗材料包括巖心夾持器、減壓閥、氮氣瓶和承壓管線等，記錄不同浸泡時間下的巖心滲透率，實驗步驟如下所示：

（1）先測定標準干巖心的氣測滲透率；

（2）用未加入和加入解水鎖劑的地層水浸泡巖樣一定時間，如2min、4min、6min、8min和10min以及抽真空飽和24h，然后裝入實驗裝置中，定圍壓（P=4MPa），測定有效滲透率的變化。

賴南軍[16]等改進了巖樣浸泡實驗，在巖心的出口端加入恒壓泵和自吸用水的裝置，該實驗過程不需要將巖心取出，減少了實驗誤差，而且操作方便。該實驗通過浸泡時間構建巖心不同含水飽和度，張琰[17]等采用此方法得到浸泡時間與滲透率之間的變化曲線見圖1，通過曲線斜率看出溶液A4NP-40較鹽水和其他表活劑解水鎖的性能更好一些。

圖1 巖樣在不同活性劑中浸泡后滲透率變化曲線

2.2 靜態巖芯流動實驗

實驗采用高壓氣驅裝置[18]，驅替的介質為氮氣，驅替實驗的材料包括巖心夾持器、回壓閥、圍壓閥、皂沫流量計、氣液分離器、氮氣瓶和承壓管線等，驅替裝置流程圖見圖2。

圖2 靜態巖心流動實驗裝置圖

實驗步驟如下：

（1）選取不同滲透率的巖芯，在80℃干燥箱中烘干24h，測量干巖樣的質量、孔隙體積和滲透率，在地層壓力下（25MPa）抽真空飽和地層水和解水鎖劑48h，測量巖芯飽和后的巖心質量；

（2）選取1MPa、3MPa、5MPa、7MPa、10MPa、15MPa和20MPa作為驅替壓力，每個壓力保持30min，若無液體流出，則跳躍至下一壓力，若有液體流出，則保持壓力2h，記錄實驗數據；

（3）測量每個壓力下驅替后的巖心質量和滲透率，得到含水飽和度和滲透率損害率的關系曲線。

其中步驟（2）中巖心不同含水飽和度的建立用另一種方式，根據測試的孔隙體積計算建立某飽和度點所需地層水的重量，然后將一張富含孔隙的纖維用地層水浸濕，把巖心置于纖維上滾動，保證除兩端外的巖心整個柱面均勻潤濕，重復直至巖心吸入水的重量是所需建立含水飽和度點的重量，放入濕潤的真空皿中靜置并稱重。此方法可以使巖心在濕度平衡下實現含水飽和度的均勻分布，保證建立的含水飽和度準確無誤。

可流動實驗通過驅替壓力的變化來構建巖心不同含水飽和度，靜態巖心流動實驗得到的結果如圖3所示，可以看出經解水鎖劑浸泡的巖心隨驅替壓力的升高，含水飽和度降低得更快，氣測滲透率恢復越高，滲透率曲線斜率越高，解水鎖劑增加液相返排的效果越好。

圖3 巖心不同驅替壓差下含水飽和度與 滲透率變化結果

2.3 助排實驗

助排實驗主要包括填沙反排和離心驅替實驗，填沙反排實驗通過平流泵，將中間容器中含有解水鎖劑的溶液驅替至填沙管靜置2h，記錄填沙管下部的出口閥流出液體的質量變化和時間關系，計算出液體反排的效率來評價解水鎖劑的助排效果。離心驅替實驗，其原理是使巖心內部滯留的液體在離心力的作用下被驅出，離心力可代替毛細管力，將飽和蒸餾水和解水鎖劑的巖心做對比，通過巖心含水飽和度變化，來評價解水鎖劑的助排效果。

2.4 輔助技術

隨著實驗技術與儀器設備的進一步發展，為了模擬儲層的實際情況，深入研究解水鎖劑解除水鎖傷害的機理，在常規的巖心驅替的基礎之上，加入了核磁共振和CT掃描等輔助技術。

在常規巖心驅替的基礎之上，加入低磁場核磁共振技術[19-20]，測其飽和狀態下及不同轉速離心后的流體賦存狀態，通過分析每個狀態下的核磁共振T2譜，觀察巖心內部可動水和束縛水[21-23]的變化量，從微觀角度定量地說明加入解水鎖劑后如何減小巖心的水鎖傷害。李寧[24]等通過核磁共振的T2譜圖中的可動水和束縛水的變化，發現解水鎖劑主要通過增加小孔喉中的液體反排能力來減小水鎖損害。基于X射線的CT掃描[25-26]在原有的驅替實驗的基礎上，添加了含有X射管的CT掃描儀，對巖心的微觀孔隙以及不同的驅替的過程進行掃描，動態并定量分析驅替過程水油變化。Jie Wang[27]等采用添加CT掃描儀的氣驅裝置，通過記錄經解水鎖劑處理前后巖心內部液相分布情況，來驗證解水鎖劑對致密砂巖氣藏水鎖損害的去除效果。B.Bazin等[28]利用X射線設備動態監測巖心中流體侵入和返排時的氣水飽和度，測量不同飽和度下的巖心滲透率來評價水鎖的損害程度。

3 結論與建議

（1）測定巖芯滲吸和液相返排能力的實驗裝置與方法都各有其側重點，核磁共振和CT掃描等輔助技術可以幫我們更實際和深入地了解解水鎖劑解除水鎖傷害的機理。

（2）目前解水鎖劑的種類和室內評價方法眾多，但并沒有一套解水鎖劑現場適應性評價標準，難以做到真正有效、準確、有針對性地評價解水鎖劑，為了有效地解除氣田水鎖傷害，提高氣田采收率，眾多學者應將目光放置此處。