李明軍，何勝林，雷 昊，馬文宏

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東 湛江524057)

注水水質(zhì)指標(biāo)是油氣田注水的重要指標(biāo)，是影響注水效果和成本的重要因素。在注水水質(zhì)對(duì)儲(chǔ)層滲流物性及開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)與開(kāi)發(fā)效果的影響技術(shù)研究中，開(kāi)發(fā)工作者從水驅(qū)油的單相及兩相微觀滲流的角度進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)影響滲流機(jī)理的因素進(jìn)行了較為廣泛的分析，并在此基礎(chǔ)上形成了初步的單相及兩相滲流機(jī)理[1-3]。但這些研究都是以一種固定的標(biāo)準(zhǔn)水樣作為驅(qū)替介質(zhì)，將主要精力放在水質(zhì)對(duì)注水工藝系統(tǒng)的影響以及注水開(kāi)發(fā)的動(dòng)態(tài)分析上。因此，欲使注水開(kāi)發(fā)取得理想的效果，除優(yōu)化注水方案設(shè)計(jì)、不斷改進(jìn)注水工藝及加強(qiáng)監(jiān)督管理外，還必須十分重視水質(zhì)對(duì)儲(chǔ)層滲流物性及開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)與開(kāi)發(fā)效果的影響。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)注海水油田的水質(zhì)調(diào)研，對(duì)海水水質(zhì)的要求進(jìn)行了總結(jié)：①各地海水的礦化度及pH值相差不大；②海水含氧處于飽和狀態(tài)，溶解氧量明顯高于油田用其他注入水；③懸浮物含量差別大；④細(xì)菌含量高，各地海水含菌量差別較大[4-8]。由于各地區(qū)海水的水質(zhì)差別較大，所以在處理上和水質(zhì)指標(biāo)要求上也有著很大的區(qū)別。如果注入水水質(zhì)發(fā)生了不配伍，不僅會(huì)堵塞管道，對(duì)地層孔喉也會(huì)有很大的影響。注水水質(zhì)指標(biāo)主要包含懸浮物的顆粒粒徑、懸浮物顆粒濃度、細(xì)菌含量等幾個(gè)方面[6-8]。

1 黏土礦物對(duì)儲(chǔ)層滲流能力的影響

油層中的黏土礦物可以引起水敏、速敏、堿敏、酸敏和水鎖等儲(chǔ)層損害問(wèn)題[6]。黏土礦物引起水敏損害主要有兩部分：①水化膨脹機(jī)理，黏土礦物水化膨脹，使其體積增大，結(jié)合力減弱，部分顆粒分散；②分散的黏土顆粒運(yùn)移，堵塞滲流通道，損害儲(chǔ)層。

1.1 水驅(qū)前后礦物成分變化

對(duì)油田的5塊巖芯水驅(qū)前后礦物組成進(jìn)行了測(cè)試分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

對(duì)水驅(qū)前后礦物組成成分的研究發(fā)現(xiàn)：膠結(jié)黏土礦物相對(duì)含量下降；骨架礦物組分相對(duì)含量上升。對(duì)水驅(qū)前后黏土組成成分的研究發(fā)現(xiàn)：易發(fā)生顆粒遷移的礦物相對(duì)含量下降；易發(fā)生晶格膨脹的礦物相對(duì)含量增加。其中黏土含量、伊利石含量、高嶺石含量、綠泥石含量下降；石英含量上升、鉀長(zhǎng)石含量、伊蒙間層含量上升，詳見(jiàn)表2。

表1 水驅(qū)前后礦物組成成分測(cè)試結(jié)果(重量百分比)

表2 水驅(qū)前后礦物組成成分變化

1.2 水驅(qū)前后黏土對(duì)滲流能力影響

水驅(qū)前后黏土對(duì)儲(chǔ)層影響主要受水化機(jī)理和微粒運(yùn)移相作用，兩者作用機(jī)理不同：注入水水質(zhì)配伍時(shí)，黏土幾乎不發(fā)生膨脹，微粒運(yùn)移起主要作用；注入水水質(zhì)不配伍時(shí)，黏土中蒙脫石發(fā)生膨脹明顯，水化膨脹和微粒運(yùn)移都影響儲(chǔ)層滲流能力。

1.2.1 注入水配伍

5塊巖芯平均滲透率63.88 mD，注入30 PV水后，水測(cè)滲透率降低幅度存在差異，平均下降19.02%，見(jiàn)圖1。

由圖1可知，水驅(qū)過(guò)程中隨著注入PV的增加，樣品內(nèi)的黏土分散發(fā)生運(yùn)移，對(duì)于滲透率較高儲(chǔ)層，在驅(qū)替初期，整體使得孔隙孔道聯(lián)通情況變好，滲透率增加，但增加的幅度不大，隨著驅(qū)替進(jìn)行，被水沖刷分散的黏土礦物在孔道或喉道處滯留、堆積、堵塞流通通道，導(dǎo)致了滲透率降低，水測(cè)滲透率呈現(xiàn)一系列波動(dòng)，隨著水驅(qū)的進(jìn)行，分散顆粒逐步趨于穩(wěn)定，滲透率波動(dòng)趨勢(shì)減緩，水驅(qū)進(jìn)一步進(jìn)行，滲透率逐漸趨于穩(wěn)定，總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖1 水驅(qū)過(guò)程中水測(cè)滲透率的變化曲線

1.2.2 注入水不配伍

首先選取三塊平行樣巖芯13-1、13-2和13-3，分別用礦化度10 000 mg/L水、礦化度5 000 mg/L水和蒸餾水飽和。然后在相同驅(qū)替速度下，分別用礦化度10 000 mg/L水、礦化度5 000 mg/L水和蒸餾水驅(qū)替相同PV數(shù)，計(jì)算驅(qū)替前后各自水測(cè)滲透率的變化，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 同一塊巖芯不同礦化度下滲透率變化

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，驅(qū)替速度不變，隨著注入水礦化度的降低，滲透率損失率基本保持不變，略有上升。

選取三塊不同滲透率的巖芯，用10 000 mg/L的水飽和后，在相同驅(qū)替速度下，依次用10 000 mg/L、5 000 mg/L、2 500 mg/L和蒸餾水驅(qū)替相同PV數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 礦化度與膨脹滲透率降幅關(guān)系

從圖2可以看出，隨著注入水礦化度逐漸降低，巖芯由于膨脹造成的滲透率損失逐漸升高，且隨著礦化度不斷減少，膨脹對(duì)滲透率損失程度的增加幅度增大。滲透率越低的巖芯，相同礦化度條件下，水化膨脹造成的滲透率降低幅度越大。因此，對(duì)于黏土礦物高的水敏性強(qiáng)的儲(chǔ)層，注入水礦化度要保持在合理的范圍，注入水礦化度不合理會(huì)造成儲(chǔ)層滲流能力的大幅度降低，增加開(kāi)發(fā)難度。

2 固體懸浮物顆粒對(duì)儲(chǔ)層潛在傷害研究

根據(jù)恒速壓汞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，儲(chǔ)層的滲流能力主要受喉道控制。研究區(qū)喉道半徑主要分布在1～6.5 μm之間，最大值在6.5 μm以?xún)?nèi)，含懸浮顆粒注入水的粒徑范圍≤5.0 μm，不同的注入水中含懸浮顆粒的濃度≤5.0 mg/L。實(shí)驗(yàn)所用懸浮顆粒為石英砂，密度為1.57 g/cm3，用濾膜過(guò)濾法配置不同粒徑、不同濃度的懸浮液。

2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)步驟如下：選出2平行組(每組3塊)不同滲透率級(jí)別的巖芯(表4)進(jìn)行滲透率測(cè)試，其中3塊巖芯進(jìn)行不同顆粒粒徑實(shí)驗(yàn)，3塊巖芯進(jìn)行不同顆粒濃度實(shí)驗(yàn)；將選好的巖芯放入80 ℃的烘箱中烘24 h；稱(chēng)巖芯干重，測(cè)巖芯的長(zhǎng)度及直徑；將巖芯抽真空，24 h后，飽和鹽水，巖芯用10 000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)鹽水飽和；飽和鹽水后，將巖芯放于裝滿(mǎn)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)鹽水的300 mL中間容器中，在10 MPa下加壓24 h；將巖芯水測(cè)滲透率；根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，注入不同濃度、不同粒徑的懸浮液。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4。從圖3可以看出，滲透率越小的巖芯，注入水顆粒堵塞造成的傷害越大。滲透率隨著注入顆粒的增大急劇下降，而后滲透率平緩降低，說(shuō)明注入顆粒越大，越易形成外部濾餅，滲透率變化緩慢。從圖4可以看出，不同顆粒濃度對(duì)滲透率的損害程度不同，滲透率越低，損害程度越大。

表4 不同粒徑不同濃度實(shí)驗(yàn)巖芯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

圖3 注入水顆粒粒徑與滲透率損失率關(guān)系

圖4 顆粒濃度與滲透率損失率關(guān)系

3 注海水對(duì)儲(chǔ)層滲流能力的研究

海水中微生物的特征與普通油田注入水不同，細(xì)菌含量隨季節(jié)變化而變化。通過(guò)對(duì)比觀察注入水通過(guò)巖芯前后細(xì)菌的數(shù)量及大小，分析細(xì)菌對(duì)儲(chǔ)層的堵塞作用(表5)。

表5表示注入水通過(guò)巖芯前后細(xì)菌形態(tài)的變化，從表中可知流出液體中的細(xì)菌個(gè)數(shù)明顯變少，說(shuō)明細(xì)菌對(duì)儲(chǔ)層有一定的堵塞作用。通過(guò)記錄注入壓力的變化，分析細(xì)菌對(duì)儲(chǔ)層滲流能力的影響(圖5)。

由圖5可知，隨著細(xì)菌數(shù)量的增加，對(duì)儲(chǔ)層的滲流能力影響增大，體現(xiàn)為滲透率保留量減小。細(xì)菌對(duì)巖芯的傷害，對(duì)孔喉的堵塞是造成傷害的主要原因。海水中細(xì)菌含量一般在100個(gè)/mL以下，對(duì)儲(chǔ)層傷害程度小于20%。

表5 注入巖芯前后細(xì)菌形態(tài)變化

圖5 細(xì)菌數(shù)量對(duì)儲(chǔ)層滲透率的影響

表6 海水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

礦化度/(mg/L)pH值溶解氧/(mg/L)細(xì)菌總數(shù)/(CFU/mL)溶解CO2/(mg/L)油類(lèi)41 4007.97.21607.2未檢出

圖6 不同水質(zhì)滲透率變化

表6為海水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，圖6為注入不同水質(zhì)滲透率變化情況。

由圖6可以得出，隨著注入體積倍數(shù)的增加，注海水和注地層水儲(chǔ)層巖芯滲流能力變化規(guī)律一致，前期滲透率降低幅度達(dá)20%，注入體積倍數(shù)4 PV時(shí)，滲透率降低幅度基本穩(wěn)定，注海水相比注地層水滲透率達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，降低幅度更大，表明注海水對(duì)儲(chǔ)層具有傷害作用。

4 結(jié) 論

1) 水驅(qū)后，膠結(jié)黏土礦物含量下降，骨架礦物組分含量上升，表現(xiàn)為黏土下降，石英和鉀長(zhǎng)石上升；顆粒遷移的礦物含量下降，晶格膨脹的礦物含量增加，表現(xiàn)為伊蒙間層上升，伊利石、高嶺石和綠泥石下降。

2) 黏土對(duì)儲(chǔ)層影響主要受水化機(jī)理和微粒運(yùn)移相互作用，兩者作用機(jī)理不同。注入水水質(zhì)配伍時(shí)，微粒運(yùn)移起主要作用，滲透率下降幅度較小；注入水水質(zhì)不配伍時(shí)，蒙脫石發(fā)生膨脹明顯，水化膨脹造成的滲透率下降幅度較大。

3) 同一顆粒粒徑情況下，巖芯滲透率越低，對(duì)產(chǎn)能的傷害越大；同一滲透率情況下，顆粒粒徑越大，對(duì)產(chǎn)能的傷害越大。同一顆粒濃度情況下，巖芯滲透率越低，對(duì)產(chǎn)能的傷害越大；同一滲透率情況下，顆粒濃度越高，對(duì)產(chǎn)能的傷害越大。

4) 海水中細(xì)菌含量一般在100個(gè)/mL以下，對(duì)儲(chǔ)層傷害程度小于20%。注入海水對(duì)滲透率的損害大，對(duì)滲透率的損害在30%以上。