腰世哲熊萬里雷俊杰

（1.中國石化天然氣榆濟(jì)管道分公司，河南 濮陽 457001；2.中國石化中原油田分公司天然氣產(chǎn)銷廠，河南 濮陽 457001）

0 引言

渤海灣盆地東濮凹陷文留油田文96地下儲氣庫由文96枯竭氣藏改建而成，屬于弱邊水、低含凝析油的凝析氣藏［1］?？値烊轂?.88×108m3、邊水儲量為508×104m3，工作壓力介于13～27 MPa、地層水礦化度高達(dá)28×104mg／L。建庫前邊部水體已沿物性優(yōu)勢通道發(fā)生明顯侵入［2］57，新鉆注采井測井解釋顯示邊水推進(jìn)130～500 m，核算水侵量為110×104m3。文96儲氣庫自進(jìn)入第四注采周期，在注采井流靜壓測試、重點(diǎn)監(jiān)測及地面設(shè)備維護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)井筒、工藝管道存在不同程度的結(jié)鹽現(xiàn)象。隨著運(yùn)行周期延長，情況進(jìn)一步惡化，部分注采井因油管鹽堵注氣困難，其中注采井有重度結(jié)鹽井5口、輕度結(jié)鹽井3口。針對以上生產(chǎn)現(xiàn)狀，開展砂巖氣藏儲氣庫結(jié)鹽機(jī)理研究，以期探索結(jié)鹽防治措施。

1 儲氣庫地層結(jié)鹽機(jī)理

開展室內(nèi)干氣驅(qū)替飽和巖心試驗(yàn)?zāi)M地層結(jié)鹽狀況，選擇文96儲層天然巖心模擬地層條件下的鹽垢形成過程，通過巖心滲透率的變化反映結(jié)鹽對地層產(chǎn)生的傷害［3-5］。選擇不同物性的巖心，通過模擬不同壓力以及注采壓差條件下文96儲氣庫地層結(jié)鹽現(xiàn)象，研究注采壓力、生產(chǎn)壓差、滲透率及天然氣飽和水蒸汽含量等因素對地層結(jié)鹽的影響［6-7］。

1.1 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

1）實(shí)驗(yàn)儀器。巖心抽真空飽和裝置一套、氣相滲透率測定儀、巖心驅(qū)替裝置一套、氣體加壓泵及加熱套等。

2）實(shí)驗(yàn)藥品。文96氣藏天然巖心若干、模擬地層水、KCl。

3）實(shí)驗(yàn)步驟。①根據(jù)巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)選擇低滲透率巖心（K小于1 mD）、中滲透率巖心（K大于1 mD且小于10 mD）以及高滲透率巖心（K大于10 mD），驅(qū)替壓力介于1～25 MPa，壓差選擇0.2 MPa／m、0.4 MPa／m、0.6 MPa／m。將天然巖心清洗、烘干、稱量干重，用干氮?dú)怛?qū)替測量干氮?dú)鈿庀酀B透率。②常溫條件下，將天然巖心飽和模擬地層水，并測量氣相滲透率。③在儲層溫度90℃下注入干氮?dú)猓⑷雺毫? MPa、巖心兩端壓差為0.2 MPa／m，模擬注氣過程。④當(dāng)巖心無水分排出時，重新注入模擬地層水后重復(fù)步驟③。⑤重復(fù)步驟③與④五次，測定巖心滲透率，作為注入壓力為1 MPa、巖心兩端壓差為0.2 MPa／m時巖心結(jié)鹽后的氣相滲透率。⑥采用1%的KCl鹽水清洗巖心，消除這階段巖心結(jié)鹽的影響。⑦改變注入壓力以及巖心兩端的壓差，注入壓力介于1～25 MPa，巖心兩端壓差分別取0.2 MPa／m、0.4 MPa／m、0.6 MPa／m，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟③～⑥。

1.2 注氣結(jié)鹽模擬

注氣過程巖心結(jié)鹽表現(xiàn)為初始階段、平衡階段及緩和階段3部分，如圖1所示。從圖1可見，地層壓力低于6 MPa，地層加速結(jié)鹽，隨著注入壓差增加，巖心結(jié)鹽越嚴(yán)重，對巖心滲透率傷害越大。文96儲氣庫地層壓力介于13～27 MPa，注氣過程屬于結(jié)鹽平衡及緩和階段。運(yùn)行過程中應(yīng)控制生產(chǎn)制度，避免放大生產(chǎn)壓差造成儲層滲透率下降。

圖1 注氣過程巖心結(jié)鹽實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

1.3 采氣結(jié)鹽模擬

利用低滲透率、高滲透率兩種巖心考察結(jié)鹽對采氣的影響。采氣過程巖心結(jié)鹽實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，由圖2可見，低滲透率巖心在采氣階段，當(dāng)?shù)貙訅毫?5 MPa降到19 MPa時，滲透率隨著地層壓力降低略有下降，但幅度較??；當(dāng)?shù)貙訅毫?9 MPa降到13 MPa時，滲透率下降趨勢明顯，且對巖心滲透率傷害相對較大；當(dāng)?shù)貙訅毫?3 MPa降到3 MPa時，結(jié)鹽趨勢處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，滲透率穩(wěn)定在0.1 mD；當(dāng)?shù)貙訅毫π∮? MPa時，巖心繼續(xù)結(jié)鹽，滲透率急劇下降，結(jié)鹽對巖心傷害的程度急劇增加。地層壓力從25 MPa降到19 MPa時，高滲透率巖心滲透率隨著地層壓力降低呈現(xiàn)小幅度下降；當(dāng)?shù)貙訅毫?9 MPa降到15 MPa時，滲透率出現(xiàn)第一次較大幅度的下降；隨著地層壓力下降，從15 MPa降到5 MPa時滲透率保持相對平穩(wěn)；當(dāng)?shù)貙訅毫? MPa以下時，滲透率出現(xiàn)第二次大幅度下降，且下降趨勢相對較大，對巖心傷害程度相對也較大；隨著巖心滲透率降低，結(jié)鹽壓力逐步降低，結(jié)鹽對巖心傷害的程度加劇。

圖2 采氣過程巖心結(jié)鹽實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

1.4 水蒸汽含量對結(jié)鹽的影響

以儲層巖心作為研究對象，選擇水蒸汽含量分別為2 g／m3、4 g／m3、8 g／m3以及40 g／m3，考察水蒸汽含量對巖心結(jié)鹽的影響。模擬結(jié)果如圖3所示，從圖3可知，通過增加氣相飽和水蒸汽含量可以有效抑制巖心內(nèi)鹽垢的形成，對緩解巖心結(jié)鹽具有一定的作用，但飽和水蒸汽含量過高將導(dǎo)致巖心內(nèi)在高壓條件下出現(xiàn)氣液兩相流［6］80-81，進(jìn)而影響天然氣注氣效率。在現(xiàn)場作業(yè)過程中，可以根據(jù)注入時儲層壓力確定適量的飽和水蒸汽含量，通過滴注補(bǔ)水增加天然氣濕度，進(jìn)而抑制地層結(jié)鹽。

圖3 水蒸汽含量對巖心結(jié)鹽影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

2 注采井井筒結(jié)鹽機(jī)理

在儲氣庫運(yùn)行過程中，由于井筒以及炮眼附近溫度和壓力變化最為劇烈［8］，因此，在此部位更易結(jié)鹽。通過現(xiàn)場實(shí)測資料分析確定了生產(chǎn)井產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量，并模擬井筒中溫度以及壓力的分布，采用模擬原始產(chǎn)出水作為實(shí)驗(yàn)水樣，應(yīng)用自制高溫高壓井筒模擬裝置（圖4）模擬不同時期、不同井段在生產(chǎn)過程中鹽濃度的變化規(guī)律，并通過可視化井筒模型觀察井筒中地層水的揮發(fā)情況以及晶體析出情況。在上述研究的基礎(chǔ)上通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論計算分析影響井筒結(jié)鹽的主要因素，預(yù)測結(jié)鹽終止點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。從表1可知，壓力是影響井筒結(jié)鹽的主要因素，當(dāng)壓力降至17 MPa以下時，將引起井筒結(jié)鹽；產(chǎn)水量也是井筒結(jié)鹽的主要影響因素；流體流速影響井筒內(nèi)的結(jié)鹽量以及結(jié)鹽分布；注采時間越長結(jié)鹽越嚴(yán)重；結(jié)鹽的主要成分為NaCl，同時含有部分CaCO3、CaSO4鹽垢；產(chǎn)層附近為井筒內(nèi)結(jié)鹽起始點(diǎn)，結(jié)鹽終止點(diǎn)位于2 400 m。

圖4 高溫高壓可視化井筒模型裝置圖

表1 溫度、壓力對井筒結(jié)鹽的影響表

結(jié)合文96地下儲氣庫注采運(yùn)行實(shí)踐分析，多周期注氣可不斷降低地層天然氣的相對濕度［2］58。氣庫各注采井均是多層合注合采，各層水淹程度不同，在采氣時各層見水時間不一，后期形成干氣與地層水同產(chǎn)，干氣在井內(nèi)與水混和并吸水，鹽水過飽和后析出晶體NaCl。注氣期注入干氣提濃井底積液達(dá)到過飽和狀態(tài)時造成井底結(jié)鹽。

3 復(fù)合抑鹽劑研制及性能評價

基于地層及井筒結(jié)鹽機(jī)理研制一種適合于文96地下儲氣庫注采周期運(yùn)行工況的抑鹽劑?？紤]一種復(fù)合抑鹽劑擠入地層進(jìn)行反應(yīng)來提高鹽的溶解度［9-11］，降低鹽的析出程度，并利用其特殊的結(jié)構(gòu)功能使結(jié)鹽對地層和井筒注采運(yùn)行影響最小。

3.1 鈉鹽抑鹽劑

3.3.1 單一鈉鹽抑鹽劑評價

抑鹽劑A、B、C與地層水配伍良好，選用這3種抑鹽劑進(jìn)行評價和復(fù)配實(shí)驗(yàn)。觀察單一抑鹽劑實(shí)驗(yàn)過程中的現(xiàn)象和抑鹽劑特性，確定實(shí)驗(yàn)使用的抑鹽劑合理范圍，為復(fù)配實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，抑鹽劑A的功能特殊，不僅能讓析出的NaCl晶體呈樹枝狀松軟分布，還能使上部結(jié)晶隨氣聚集于井口便于清除?？疾觳煌瑴囟?、不同濃度的抑鹽劑A對鹽增溶量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2，從表2可知，復(fù)配抑鹽劑時首先選用0.8%抑鹽劑A實(shí)驗(yàn)效果最好，應(yīng)選用0.8%的抑鹽劑A與其他抑鹽劑進(jìn)行復(fù)配。

3.3.2 鈉鹽抑鹽劑復(fù)配

室內(nèi)開展抑鹽劑復(fù)配實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)抑鹽劑A與抑鹽劑B復(fù)配后形成的鹽垢結(jié)晶呈片狀。這兩種抑鹽劑復(fù)配后不僅不能有效提高抑鹽效果，反而導(dǎo)致抑鹽效果降低，存在抑制現(xiàn)象，不宜進(jìn)行復(fù)配。而抑鹽劑A與抑鹽劑C復(fù)配具有一定的協(xié)同效應(yīng)［12-13］，可以進(jìn)一步提高NaCl溶解度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。同時，結(jié)合實(shí)驗(yàn)中NaCl的結(jié)晶狀態(tài)為蓬松粉末狀，與抑鹽劑A相似。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)確定了鈉鹽抑鹽劑的兩個配方：①0.8%抑鹽劑A+0.7%抑鹽劑C；②0.8%抑鹽劑A+0.8%抑鹽劑C。

表2 不同溫度、濃度下抑鹽劑A對鹽增溶量效果表

表3 抑鹽劑A、抑鹽劑B復(fù)配實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表4 抑鹽劑A、抑鹽劑C復(fù)配實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

3.2 鈣鹽抑鹽劑

文96儲氣庫井筒及地層存在CaCO3以及CaSO4等難溶性鹽垢結(jié)晶沉積現(xiàn)象，因此在抑制鈉鹽的同時還需要具有抑制鈣鹽的效果。首先通過CaCO3、CaSO4的溶解量對鈣鹽抑鹽劑進(jìn)行篩選，經(jīng)與抑鹽劑復(fù)配，確認(rèn)鈣鹽抑鹽劑的使用濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，0.5%酸酐型阻垢劑、0.5%鈉鹽阻垢劑和0.5%聚合物阻垢劑都可以溶解不溶性鈣鹽，聚合物類鈣鹽抑鹽劑可溶鈣鹽達(dá)0.5 g，效果較好。

3.3 鈉鹽抑鹽劑與鈣鹽抑鹽劑復(fù)配

在鈉鹽抑鹽劑中分別加入酸酐類劑、鈉鹽類和聚合物類鈣鹽抑鹽劑開展復(fù)配實(shí)驗(yàn)，在相同條件下，鈉鹽抑鹽劑和聚合物類鈣鹽抑鹽劑復(fù)配效果更好，進(jìn)一步開展該復(fù)配組合系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，得出最優(yōu)配方為0.8%抑鹽劑A+0.8%抑鹽劑C和0.28%聚合物類阻垢劑，可達(dá)到14%的抑鈉鹽效果。阻垢效果實(shí)驗(yàn)表明，該配方鈣鹽抑制效果可以達(dá)到0.5%，且效果較為穩(wěn)定。

3.4 防水鎖劑篩選

防水鎖劑可以降低注入壓力，防止生產(chǎn)過程中的水鎖現(xiàn)象。地層壓力大，為了防水鎖，選取了表面活性劑降低表面張力［14-15］。儲氣庫中為了防止表面活性劑產(chǎn)生泡沫對注氣造成影響，從而需要加入消泡劑。復(fù)配表面活性劑防水鎖劑加消泡劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測定表面張力。通過篩選和復(fù)配，最終的表面活性劑配方可將表面張力降低到15.95 mN／m。

3.5 抑鹽劑體系巖心清防鹽評價

加入抑鹽劑后，巖心滲透率下降幅度明顯減緩，巖心結(jié)鹽趨勢明顯降低，如圖5所示。對比未加入抑鹽劑的驅(qū)替數(shù)據(jù)，抑鹽劑的加入降低了結(jié)鹽對巖心滲透率的損害程度。

圖5 抑鹽劑驅(qū)替實(shí)驗(yàn)對比曲線圖

4 清防鹽綜合措施

文96儲氣庫注入天然氣為不飽和干氣，且井筒存在高礦化度積液，是導(dǎo)致注氣期結(jié)鹽的根本原因，結(jié)鹽主要在井底。采氣過程因氣水同產(chǎn)、干氣提濃高礦化度地層水導(dǎo)致井筒結(jié)鹽。結(jié)合文96儲氣庫注采運(yùn)行的特點(diǎn)，綜合形成一套適合于文96儲氣庫的清防鹽技術(shù)措施，通過注氣初期向儲層中擠注抑鹽劑防鹽、采氣過程擇機(jī)對井筒進(jìn)行打水洗鹽、注采轉(zhuǎn)換期井底補(bǔ)水治鹽，保障了氣庫正常注采。

4.1 抑鹽劑儲層防鹽

利用水泥車將所研制的復(fù)合抑鹽劑在注氣初期通過采氣樹側(cè)翼經(jīng)油管泵入井筒，清除井筒內(nèi)及炮眼附近的鹽垢。后續(xù)氣流將藥劑擠入地層，清除近井地帶鹽垢沉積，在進(jìn)井地帶儲層內(nèi)吸附駐留，采氣期間緩慢釋放，逐步起到防鹽作用。施工完成后保證在井底有一定的抑鹽劑余量，可以進(jìn)一步防止采氣過程產(chǎn)出水在井筒內(nèi)結(jié)鹽。2019-2020年優(yōu)選注采井現(xiàn)場施工9口井、13井次，注采井注采指數(shù)明顯提升，通井遇阻位置得到有效控制，清防鹽效果明顯。

4.2 采氣過程打水洗鹽

采氣期間繼續(xù)跟蹤產(chǎn)出水及水樣地面分離器氯離子的變化，建立單井氯離子變化曲線。采氣初期產(chǎn)水主要為凝析水，氯離子值偏低，到中后期高礦化度地層水產(chǎn)出后氯離子持續(xù)升高，若后期出現(xiàn)氯離子明顯降低則預(yù)示可能出現(xiàn)井筒結(jié)鹽?，F(xiàn)場安排注采井通井、取樣，如發(fā)現(xiàn)井底氯離子濃度過高、取到鹽樣，則安排水泥車打入1.5 m3軟化水解除井筒鹽堵、恢復(fù)氣井產(chǎn)量。

4.3 注采轉(zhuǎn)換期井底補(bǔ)水治鹽

由于多層合注合采，各層間存在物性、水淹程度的差異，造成停氣期各層壓力不平衡，各井在井筒內(nèi)發(fā)生層間氣竄。物性好、部分注采井距氣水界面較近、水淹程度較深，在竄流過程中部分水隨天然氣流入井內(nèi)，在井內(nèi)發(fā)生蒸發(fā)失水，導(dǎo)致結(jié)鹽。停產(chǎn)后向井內(nèi)打入1.0 m3軟化水，稀釋鹽水、溶解固體鹽晶體，增加出水層回壓，防止地層水進(jìn)入井筒。

采氣轉(zhuǎn)注氣期間，由于采氣后期氣井產(chǎn)水增多，停采后可能在井底形成積液，再注氣時相對濕度很低的干氣與積液混和，吸水后造成結(jié)鹽堵塞生產(chǎn)井段和油管。注氣轉(zhuǎn)采氣期間，由于層間竄流在停氣期部分井井內(nèi)出現(xiàn)液面，采氣初期采氣以干氣為主，容易在井內(nèi)與水混和析出鹽。因此在注采交替期應(yīng)先向井內(nèi)注氣1～2 m3軟化水，以保證井內(nèi)積液與干氣混和后鹽不析出。

4.4 典型注采井實(shí)施效果

文96儲氣庫儲12井在2017年4月27日與2017年6月6日通井發(fā)現(xiàn)油管鹽堵現(xiàn)象，且遇阻位置上升約1 000 m。2018年1月30日流壓測試取出鹽樣。2019年注氣初期泵入復(fù)合抑鹽劑，并在采氣期、注采轉(zhuǎn)換期擇機(jī)打入軟化水。實(shí)施所研究的清防鹽綜合措施后，該井在第六、七周期測試未直接取出過鹽樣。通井遇阻位置穩(wěn)定在產(chǎn)層底界及以下，氣井注采氣量始終保持較高狀態(tài)。

5 結(jié)論

1）模擬實(shí)驗(yàn)顯示注采過程巖心結(jié)鹽表現(xiàn)為初始階段、平衡階段以及緩和階段3部分；巖心滲透率降低，結(jié)鹽壓力越低，結(jié)鹽對巖心傷害的程度也越大；注入壓差越大，結(jié)鹽程度越大，結(jié)鹽對巖心傷害的程度也越大。

2）研制出相應(yīng)的抑鹽劑配方，巖心防治效果評價性能良好；優(yōu)選注采井現(xiàn)場施工9口井、13井次，注采井注采指數(shù)明顯提升，通井遇阻位置得到有效控制，清防鹽效果明顯。

3）結(jié)合文96儲氣庫注采運(yùn)行特點(diǎn)，綜合形成一套適合于文96儲氣庫的清防鹽技術(shù)，形成預(yù)防結(jié)鹽從注氣開始、采氣期防水控鹽的理念，提出注氣期間采用滴注補(bǔ)水解決結(jié)鹽問題的技術(shù)措施。