張金發(fā)，李 亭，吳警宇，管英柱，徐 摩，但植華，周明秀

(1.長江大學(xué)，湖北 武漢 430100；2.油氣鉆采工程湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430100；3.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000；4.中國石油吐哈油田分公司，新疆 哈密 839000)

0 引 言

近年來，中國已探明石油儲量中，低滲、特低滲油藏儲量所占比例高達(dá)65%以上，其中，特低滲透油藏探明儲量占1/2以上[1]，開采潛力巨大。吐哈盆地鄯善油田三間房組砂巖儲層是典型的特低滲油藏[2]，由于儲層物性差、黏土礦物含量高、非均質(zhì)性嚴(yán)重等特點，在酸化過程中極易導(dǎo)致儲層敏感性損害。通過調(diào)研大量相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，目前的研究大多集中于中、高滲儲層及常規(guī)低滲儲層的增產(chǎn)研究[3-11]，對于特低滲透砂巖油藏的增產(chǎn)方面，多在儲層敏感性損害機(jī)理、儲層保護(hù)措施等方面進(jìn)行了室內(nèi)實驗與評價[12-23]，缺少針對性的增產(chǎn)技術(shù)措施等方面的研究。為此，以吐哈盆地鄯善油田三間房組砂巖儲層為研究對象，結(jié)合儲層特征與儲層敏感性實驗系統(tǒng)分析儲層損害機(jī)理，并進(jìn)行酸液體系的室內(nèi)研發(fā)與現(xiàn)場應(yīng)用，以期為鄯善油田酸化改造提供技術(shù)保障和科學(xué)指導(dǎo)，為同類油田增產(chǎn)改造提供借鑒參考。

1 儲層概況

1.1 儲層地質(zhì)情況

鄯善油田位于吐哈盆地臺北凹陷鄯善弧形構(gòu)造帶西段中部，油藏類型為巖性-構(gòu)造油藏。鄯善油田砂巖儲層為多層間互式展布，中侏羅統(tǒng)地層自下而上發(fā)育3套含油層系，即西山窯組、三間房組、七克臺組。其中，三間房組是該油藏的主力含油層系，也是此次研究的目的層系。三間房組地層厚度為280～300 m，油層平均有效厚度為37 m。

1.2 儲層巖性特征

鄯善油田儲集層巖性以中細(xì)—中粗砂巖為主，顆粒分選為中等—差，磨圓度以次棱角狀為主，其次為次棱角—次圓狀，表明其結(jié)構(gòu)成熟度低。儲層膠結(jié)物含量中等，平均值為15.1%，主要為泥質(zhì)膠結(jié)(13.3%)，其次為碳酸鹽膠結(jié)(1.8%)，碳酸鹽膠結(jié)物分布不均，僅局部見有鈣質(zhì)富集，最高含量達(dá)18.0%。

儲層中敏感性礦物主要為黏土礦物，黏土礦物的類型、含量及產(chǎn)狀決定儲層的敏感性。鄯善油田砂巖儲層XRD衍射結(jié)果表明：石英含量為72.66%，方解石含量為2.48%，鈉長石含量為6.52%，高嶺石含量為15.98%，蒙脫石含量為2.36%。油層中黏土礦物成分以高嶺石和蒙脫石為主，其絕對含量高達(dá)18.34%，屬于高黏土礦物儲層。

1.3 儲層物性特征

目的層4口取心井89塊巖樣氣測孔隙度、滲透率結(jié)果表明：三間房組儲層孔隙度為12.00%～14.00%，平均孔隙度為13.00%；滲透率為5.70～6.20 mD，平均滲透率為5.78 mD，屬于低孔特低滲儲層。

1.4 孔隙結(jié)構(gòu)特征

儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征可從微觀反映孔隙與喉道的幾何形態(tài)、大小、分布和連通情況。鄯善油田砂巖儲層孔隙類型有原生孔隙、次生孔隙和微型縫，以次生孔隙為主，占儲集空間的60.0%～80.0%，處于晚成巖的A亞期。巖樣整體較致密，粒度較細(xì)，長英質(zhì)微粒包裹鈉長石顆粒，發(fā)育少量溶蝕孔隙(圖1)?？紫逗淼李愋鸵孕】缀頌橹?，小于1 μm的孔喉占44.9%～72.4%，平均值為58.2%，而大于3 μm的孔喉只占14.3%。

1.5 儲層流體性質(zhì)

鄯善油田三間房組原油具備“三低二高”特征，即低密度、低黏度、低含硫、高凝固點、高含蠟，屬輕質(zhì)原油。油藏?zé)o氣頂，無純氣層；原油中含有溶解氣，屬于富氣。地層水以邊底水為主，存在2種水型。具體相關(guān)參數(shù)見表1～3。

圖1 鄯善油田三間房組砂巖掃描電鏡Fig.1 The scanning electron microscope of sandstone of Sanjianfang Formation in Shanshan Oilfield

表1 原油(地面)分析數(shù)據(jù)Table 1 The crude oil (surface) analysis data

表2 天然氣分析數(shù)據(jù)Table 2 The natural gas analysis data

表3 地層水分析數(shù)據(jù)Table 3 The formation water analysis data

2 儲層敏感性實驗與機(jī)理分析

儲層敏感性是指儲層與外來流體發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)而改變儲層原有滲透率的現(xiàn)象。實驗樣品取自鄯善油田西二區(qū)L-12井5塊砂巖巖心(采樣深度為2 734～2 739 m，巖樣直徑為2.5 cm、長度為5.0 cm，圓柱狀)，儀器采用多功能巖心驅(qū)替模擬系統(tǒng)，實驗流程參照GB/T 29172—2012《巖心分析方法》和SY/T 5358—2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》，分別從速敏、水敏、鹽敏、酸敏和堿敏方面開展儲層敏感性評價，實驗裝置見圖2(二分之一地層水是指礦化度為地層水礦化度的1/2的鹽水)，損害程度評價指標(biāo)見表4。

2.1 速敏評價

實驗流體采用模擬地層水，將完全飽和的巖心放入夾持器中，緩慢將圍壓調(diào)至2.0 MPa，并在整個實驗過程中保持圍壓始終大于巖心入口壓力1.5～2.0 MPa。調(diào)整流動速度，分別計算不同流速下的滲透率，滲透率比值隨流速變壓曲線見圖3。圖中滲透率比值為實驗測試的滲透率與巖樣初始滲透率的比值。

由圖3可知：隨著驅(qū)替流速的增加，巖樣滲透率逐漸降低，速敏損害率為33.14%，敏感性損害程度為中等偏弱，臨界流速為5.009 m3/d。鄯善油田三間房組屬于低孔特低滲、小孔喉儲層，儲層中膨脹性黏土礦物為蒙脫石，非膨脹性黏土礦物為高嶺石，兩者含量均較低，分別為2.36%和15.98%，從而表現(xiàn)出中等偏弱的速敏現(xiàn)象。對于鄯善油田的后續(xù)開發(fā)，應(yīng)保持適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)壓差，控制注入流體速度不超過臨界流速，以防儲層顆粒運移堵塞孔喉造成速敏傷害。

圖2 儲層敏感性實驗流程示意圖Fig.2 The schematic diagram of reservoir sensitivity experiment flow

表4 敏感性損害程度評價指標(biāo)Table 4 The evaluation index of sensitivity damage degree

圖3 流速敏感性評價結(jié)果Fig.3 The evaluation results of velocity sensitivity

2.2 水敏評價

分別采用模擬地層水、二分之一地層水和蒸餾水驅(qū)替巖心，計算巖樣滲透率(表5)。

表5 水敏性評價結(jié)果Table 5 The evaluation results of water sensitivity

由表5可知：巖樣滲透率隨實驗流體礦化度的降低而下降，水敏損害率為48.49%，敏感性損害程度為中等偏弱。鄯善油田砂巖儲層主要黏土礦物為蒙脫石和高嶺石，蒙脫石遇水膨脹分散運移，占據(jù)部分孔隙空間；高嶺石遇水后部分顆粒脫落，經(jīng)運移堵塞孔喉。在實施酸化改造時，可在酸液體系中加入適量防膨劑以防止黏土礦物膨脹造成水敏現(xiàn)象。

2.3 鹽敏評價

采用不同礦化度的流體驅(qū)替巖心，并計算相應(yīng)的滲透率(圖4)。

圖4 鹽度敏感性評價結(jié)果Fig.4 The evaluation results of salinity sensitivity

由圖4可知：隨實驗流體礦化度的降低，巖樣滲透率逐漸下降，鹽敏損害率為37.30%，臨界礦化度為14 015 mg/L，敏感性損害程度為中等偏弱。為防止儲層受到鹽敏損害，應(yīng)避免使用礦化度低于該儲層臨界礦化度的工作液。

2.4 酸敏評價

先注入與地層水礦化度相同的氯化鉀溶液，測定巖樣酸處理前的滲透率，然后反向注入15%HCl，停止驅(qū)替，待酸巖反應(yīng)1 h后，正向注入與地層水礦化度相同的氯化鉀溶液，測定巖樣酸處理后的滲透率(圖5)。

由圖5可知：巖樣注入酸液后，滲透率在初始滲透率以下波動，且波動幅度較小，巖樣酸敏損害率為14.05%，敏感性損害程度為弱酸敏。酸敏感性損害程度主要受含鐵礦物、碳酸鹽礦物、間接速敏的影響。鹽酸既可與含鐵礦物發(fā)生沉淀反應(yīng)進(jìn)而堵塞孔隙，又可與碳酸鹽類礦物發(fā)生溶蝕反應(yīng)從而改善儲層物性。綜合分析認(rèn)為，采用合適的酸液體系，并結(jié)合酸液排量參數(shù)優(yōu)選等措施，鄯善油田低滲透砂巖儲層可進(jìn)行酸化改造。

圖5 酸敏感性評價結(jié)果Fig.5 The evaluation results of acid sensitivity

2.5 堿敏評價

用pH為7～13的堿性流體驅(qū)替巖心，計算巖樣滲透率(圖6)。

圖6 堿敏感性評價結(jié)果Fig.6 The evaluation results of alkali sensitivity

由圖6可知：隨著注入流體pH值從7提高至13，巖樣滲透率逐漸降低，臨界pH為11，堿敏損害率為33.65%，敏感性損害程度為中等偏弱。鄯善油田砂巖儲層中石英、長石、高嶺石的含量分別為72.66%、6.52%、15.98%，堿液與高嶺石的反應(yīng)活性較高，與細(xì)石英砂和長石的反應(yīng)活性中等，同時，受成巖環(huán)境的影響，使得儲層堿敏整體上呈中等偏弱。對于該儲層的后續(xù)開發(fā)，應(yīng)嚴(yán)格控制工作液的pH值小于11，以防發(fā)生堿敏而降低儲層滲透率。

2.6 儲層敏感性綜合評價

鄯善油田西二區(qū)L-12井5塊砂巖巖心的敏感性綜合評價結(jié)果見表6。由表6可知：該儲層敏感性損害類型以速敏、堿敏、水敏及鹽敏為主，損害程度為中等偏弱，酸敏損害程度最弱。因此，對于該油藏的后續(xù)開發(fā)，應(yīng)結(jié)合各類敏感性損害程度進(jìn)行酸液體系優(yōu)化。

表6 鄯善油田砂巖儲層敏感性評價結(jié)果Table 6 The evaluation results of sandstone reservoir sensitivity in Shanshan Oilfield

3 酸化增產(chǎn)液研制

結(jié)合鄯善油田砂巖儲層敏感性評價結(jié)果，制訂酸化增產(chǎn)液(簡稱增產(chǎn)液，下同)的技術(shù)思路：各種添加劑之間的配伍性好，礦化度高于14 015 mg/L，對黏土膨脹具有較好抑制性，具備緩速、深穿透功能，可解除鉆井、固井等工程引起的地層堵塞，對石英、長石等具有一定溶蝕能力，同時用量適中，以防破壞巖石骨架，并需降低對金屬設(shè)備和油管的腐蝕性。按照以上研究思路，研發(fā)了一種增產(chǎn)液，該增產(chǎn)液由防膨劑、轉(zhuǎn)向劑、表面活性劑(降低酸液體系的表面張力)、巖石孔縫降阻劑等按照一定比例復(fù)配而成。

3.1 防膨劑篩選

三間房組砂巖儲層屬高黏土礦物儲層，為防止黏土礦物的水化膨脹、分散運移，應(yīng)加入適量的防膨劑以提高酸化效果。稱取2.00 g巖心粉末置于NP-Ⅱ型頁巖膨脹測定儀內(nèi)，分別測定巖心粉末在清水、煤油、防膨劑溶液中的膨脹增量，并計算防膨率(表7，表7及后文中各物質(zhì)的用量百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

表7 防膨劑性能評價結(jié)果Table 7 The evaluation results of anti-swelling agent performance

由表7可知：防膨劑BSA-109在用量為1%時，防膨率可達(dá)80.24%，明顯高于另外2種防膨劑；此外，將BSA-109與土酸混合后無沉淀出現(xiàn)，具有良好配伍性。因此，選擇BSA-109作為該儲層酸液體系的防膨劑。

3.2 轉(zhuǎn)向劑篩選

酸液注入地層后，會優(yōu)先進(jìn)入阻力較小、滲透率較大的高滲地層，導(dǎo)致滲透率級差進(jìn)一步加大，酸化增產(chǎn)效果差。為挖潛中、低滲層段的剩余油，應(yīng)加入轉(zhuǎn)向劑以實現(xiàn)均勻進(jìn)酸、均勻解堵的目的。以油溶率及封堵率為性能指標(biāo)評價3種轉(zhuǎn)向劑的效果(表8)。

由表8可知：轉(zhuǎn)向劑-A和轉(zhuǎn)向劑-C的封堵能力相當(dāng)，2種轉(zhuǎn)向劑均可滿足現(xiàn)場施工要求。綜合考慮油溶率及封堵率，推薦使用轉(zhuǎn)向劑-C。

表8 轉(zhuǎn)向劑性能評價結(jié)果Table 8 The evaluation results of diverting agent performance

3.3 表面活性劑篩選

酸化施工后殘酸及時徹底返排對于提高酸化效果至關(guān)重要。通常在酸液體系中添加表面活性劑以降低酸液表面張力，使殘酸易于從儲層返排。在土酸(12.0%HCl+3.0%HF)中分別加入不同類型表面活性劑，利用JZHY-180界面張力儀測定鮮酸及殘酸的表面張力，結(jié)果如表9。

表9 表面活性劑性能評價結(jié)果Table 9 The evaluation results of surfactant performance

由表9可知，與蒸餾水的表面張力(74.69 mN/m)對比，3種添加表面活性劑的鮮酸及殘酸均具有較低的表面張力，其中，0.5%WD-12降低酸液表面張力效果最優(yōu)，殘酸表面張力為25.8 mN/m，可滿足該儲層酸液設(shè)計要求。

3.4 巖石孔縫降阻劑研制

酸液在管線及地層中的沿程摩阻會降低泵效和液體流動效率，影響酸化增產(chǎn)效果。室內(nèi)研制了一種巖石孔縫降阻劑SJZ-2，該降阻劑是由烯烴類季銨鹽與丙烯酰胺合成的高分子共聚物，具備較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，同時具有較高分子質(zhì)量。降阻劑SJZ-2具有較好降阻性能，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的SJZ-2在酸液流動速度為12 m/s時，降阻率可達(dá)51.87%。巖石孔縫降阻劑與酸液配合使用時，可降低注酸過程中管線中的摩阻，流經(jīng)地層時可擴(kuò)大孔隙半徑，溝通孔隙，進(jìn)而降低滲流阻力，提高酸化效果。

按照以上配方混配制備的增產(chǎn)液具有防止黏土礦物膨脹、均勻進(jìn)液、降低酸液體系表面張力、降低滲流阻力的特性。該增產(chǎn)液可單獨使用，達(dá)到增產(chǎn)效果，也可與土酸混配形成組合酸液體系(簡稱組合酸液體系，下同)，協(xié)同提高酸化效果。

4 酸液體系性能評價

4.1 溶蝕實驗

組合酸液體系(1.2%增產(chǎn)液+12.0%HCl+4.0%HF)對各類巖石礦物的溶蝕效果見表10。

由表10可知：組合酸液體系不但對黏土、碳酸鹽類礦物的溶蝕能力非常強(qiáng)，而且對于長石類礦物的溶解效果也較好，此外還可溶蝕少量石英。說明增產(chǎn)液和土酸組合使用可提高酸液的綜合溶解能力，增加特低滲砂巖儲層的滲透率，達(dá)到較好的酸化效果。

表10 組合酸液體系對礦物的溶蝕實驗結(jié)果Table 10 The test results of dissolution of minerals by combined acid fluid system

4.2 驅(qū)替實驗

為評價組合酸液體系的酸化性能，使用不同配比的增產(chǎn)液和土酸組合酸液體系對鄯善油田砂巖巖心進(jìn)行5組驅(qū)替實驗，實驗結(jié)果見表11。同時，為了對比組合酸液體系與常規(guī)土酸的酸化效果，使用不同用量的土酸對巖心也進(jìn)行了5組驅(qū)替實驗，實驗結(jié)果見表12。

由表11可知：在使用組合酸液體系時，巖心滲透率可提高至原始滲透率的1.52～2.68倍，其中，1.5%增產(chǎn)液+10.0%HCl+3.0%HF的組合酸液體系對巖心進(jìn)行驅(qū)替后滲透率提高值最大；此外，滲透率提高值較大時對應(yīng)的巖心初始滲透率普遍較低，說明組合酸液體系對于特低滲透儲層具有更好的適應(yīng)性。對比表11、12可知：相比單獨使用土酸，組合酸液體系可大幅增加地層滲透性，提高酸化效果更加顯著。

表11 組合酸液體系的巖心驅(qū)替結(jié)果Table 11 The core flooding results of combined acid fluid system

表12 土酸的巖心驅(qū)替實驗結(jié)果Table 12 The core flooding experimental results of mud acid

4.3 緩速性能實驗

為評價組合酸液體系的緩速性能，將鄯善油田三間房組砂巖巖樣磨碎成粒徑為100目的粉末，各稱量1.0 g，分別加入組合酸液體系(1.5%增產(chǎn)液+6.0%HCl+1.5%HF)和土酸(6.0%HCl+1.5%HF)中，記錄反應(yīng)時間和巖石顆粒質(zhì)量(圖7，巖石顆粒溶蝕率為反應(yīng)前后巖石顆粒質(zhì)量差與巖石顆粒初始質(zhì)量的比值)。由圖7可知：在反應(yīng)時間為200 min時，土酸的溶解速度不再變化，而組合酸液體系的溶解能力仍不斷增加，說明組合酸液體系具有良好的緩速性能。

圖7 緩速性能評價實驗曲線Fig.7 The experimental curve of retarding performance evaluation

5 現(xiàn)場應(yīng)用

組合酸液體系在鄯善油田西二區(qū)L-12井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗。該井開發(fā)層位為S24-2小層，埋藏深度為2 734～2 739 m，孔隙度為12.80%，滲透率為4.60 mD，原始含油飽和度為49%。該井受到多重污染因素的影響：多次修井作業(yè)，作業(yè)過程中產(chǎn)生的機(jī)雜、作業(yè)液、油污等污染堵塞近井孔喉；長期生產(chǎn)過程中儲層黏土微粒等膨脹脫落，隨流體運移聚集在近井地帶堵塞儲層孔喉；水泥塞作業(yè)過程中水泥漿侵入地層造成污染。因此，決定采用組合酸液體系提高酸化效果。酸液體系配方為1.5%增產(chǎn)液+3.1%HCl+1.2%HF+1.0%緩蝕劑+1.0%鐵離子穩(wěn)定劑。酸化壓力為28～33 MPa，酸化排量為0.5～1.0 m3/min。酸化前，該井產(chǎn)液量基本維持在1.70 m3/d，日產(chǎn)油量為0.83 t/d。2019年11月進(jìn)行酸化增產(chǎn)試驗，初期最高日產(chǎn)油量為3.64 t/d。截至2022年5月，該井已穩(wěn)定生產(chǎn)900余天，平均日產(chǎn)油量為2.12 t/d。與酸化前相比，平均日產(chǎn)油量增加約1.29 t/d，累計增產(chǎn)原油1 074.90 t，增產(chǎn)效果顯著。

6 結(jié) 論

(1) 吐哈盆地鄯善油田三間房組砂巖儲層巖石類型以長石巖屑砂巖為主，黏土礦物以高嶺石和蒙脫石為主；目的層平均孔隙度為13.00%，平均滲透率為5.78 mD，屬于低孔特低滲油藏，儲層層內(nèi)非均質(zhì)程度嚴(yán)重，孔隙喉道以小孔喉為主；原油具有“三低二高”特征，屬于輕質(zhì)原油，地層水存在NaHCO3和CaCl22種水型。

(2) 儲層敏感性實驗表明，三間房組砂巖儲層具有中等偏弱速敏、堿敏、水敏及鹽敏，弱酸敏，臨界流速為5.009 m3/d，臨界pH值為11，臨界礦化度為14 015 mg/L。敏感性機(jī)理分析表明巖樣滲透率損害主要受黏土礦物與孔隙結(jié)構(gòu)的影響。

(3) 針對儲層基本特征與敏感性實驗結(jié)果，研制了一種增產(chǎn)液。與土酸相比，該增產(chǎn)液和土酸組合酸液體系可顯著提高地層滲透率。

(4) 現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，使用組合酸液體系后，其增產(chǎn)效果較為顯著，優(yōu)于常規(guī)酸化，說明該增產(chǎn)體系具有能夠溝通孔隙網(wǎng)絡(luò)，大幅提高儲層滲透率的技術(shù)特點。