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浅析电磁流量计防膨工艺技术在海上油田现场的应用
来源： 发布日期：2019-07-18 16:55:20 作者：
摘要：海上油田在进行电磁流量计降压增注过程中，由于储层自身敏感性的原因，导致在注水过程中，影响解堵措施效果。通过储层岩性成分分析和研究，发现渗透率发生变化的原因是不光外界因素造成的，还存在一些由于储层本身的敏感性矿物成分较高，容易受外来低矿化度的流体的影响，造成敏感性矿物发生膨胀、运移，从而造成储层孔隙吼道的堵塞，导致注水压力升高，而无法实现增产增注目的。目前通过砂岩酸化解堵技术和防膨工艺技术相结合，在低于岩石破裂压力之下将解堵剂和防膨药剂注入地层，从而解除黏土矿物膨胀，微粒运移造成堵塞的问题，从而恢复储层渗透率和解堵有效期，达到降压增注的目的。
1 技术背景：
海上某油田含油构造馆陶组与明化镇组地层为砂泥岩互层，储层岩性以细砂岩、中细砂岩和含砾中粗砂岩为主。储层胶结程度差，填隙物以泥质为主。通过对此油田的岩屑X衍射分析结果表明黏土矿物为高岭石、伊利石、蒙脱石、伊蒙混层和绿泥石。水敏性矿物蒙脱石相对含量高达98%，伊蒙混层相对含量为68%，在遇到低矿化度注入水时极易产生黏土膨胀、分散、运移，使电磁流量计附近渗透率下降。同时伴随着速敏性矿物高岭石相对含量在89%，如果注水强度过大，同时黏土膨胀发生，都会造成地层中微粒脱落、运移，使储层渗透率下降，注水压力升高，影响注水开发效果。
2 分析储层伤害的主要原因
（1）在油藏的开发过程中，由于侵入地层的外来流体的化学成份和矿化度上都与地层水不一致，导致高含泥质含量的储层进一步发生膨胀而造成储层的渗透率下降。
（2）水敏损害程度与岩石中黏土矿物的种类和含量以及岩石的孔隙结构有关。水敏性最强的黏土矿物是蒙脱石，其次是伊/蒙混层；膨胀性黏土含量越高，水敏性损害越强；岩石平均喉道半径越小，喉道迂曲度越大，则岩石的水敏性越强。
（3）海上油田的L120层位岩心进行水敏性实验评价
L120的6-2和6-3岩心水敏实验结果表明，水敏指数分别为 99.43%和99.38%，储层表现为极强水敏，由于实验均在测定完初始渗透率改换为1/2矿化度盐水后，样品的液测渗透率急剧下降，实验无法确定临界矿化度，显然临界矿化度值远远高于14565.8mg/L。因此在注水开发过程中必须考虑到水敏可能造成的储层损害。
3 防膨机理及选择
（1）目前国内外所使用的防膨剂有许多种，其中包括：盐类防膨剂、无机阳离子聚合物防膨剂、有机阳离子聚合物防膨剂，复合型的防膨剂等。储层水敏性强弱取决于黏土矿物的结构；
（2）从结构分析：各种类型的黏土矿物以蒙脱石的水敏性最强，该黏土矿物是由简单的基本构造单元叠加组成的层状结构硅酸盐，2个基本构造单元是硅氧四面体晶片和铝氧八面体晶片，硅氧四面体和铝氧八面体中都存在不同程度的低价阳离子取代高价阳离子，从而使这些晶片带负电荷。为平衡这些负电荷，晶面处硅氧键或氢氧键的偶极吸引水分子，使黏土矿物层间的引力减弱，导致膨胀分散，这是储层产生水敏性的本质原因。根据黏土矿物的水敏机理，如果在注入水中添加一种防膨剂，使其成为带正电离子的溶液，利用正电离子与黏土晶片表面负离子作用，结合成一个稳定的体系，在黏土表面形成一个憎水面，隔离黏土晶面硅氧键或氢氧键的偶极对水分子的吸引，从而起到防止黏土水化膨胀作用；其次利用这种溶液在水化的黏土体系中产生离子间排斥和聚合凝缩作用，使黏土矿物在这种分子间力作用下聚结，起到防止黏土分散运移的作用。
（3）防膨剂的优选的依据：在通过对防膨剂的筛选最终在海上油田选择使用一种复合型的防膨剂，其中包括：聚合物阳离子+无机盐+表面活性剂复合型防膨剂，它的基本机理是一聚合物中含有阳离子和羟基的高分子化合物，以碳一为碳链主链，小枝键含有阳离子和羟基，强烈吸附在黏土颗粒表面，并有较长的分子链，将黏土颗粒粘连，具有防止黏土水化膨胀和黏土桥接作用。
（4）室内评价实验结果：该防膨剂不但可抑制黏土膨胀，而且还抑制黏土颗粒运移，动态驱替岩芯渗透率可恢复10%左右，降低注入压力。防膨剂对钢材腐蚀速率为0.0737mm/a（2%加量），低于规定的注入水腐蚀速率上限（<0.076mm/a），且防膨注入是短期的过程，因此不会对注入管柱和设备造成破坏性腐蚀。
4 防膨工艺施工流程
①关闭注水流程；②连接高压挤注管线；③挤注管线通水试压；④挤注解堵药剂和防膨药剂；⑤关井反应；⑥恢复配注。
5 现场施工应用情况
1）在海上油田进行对过5口井进行防膨措施：
6 结束语
（1）对于砂岩储层，若在钻井、完井过程中受到严重伤害，表现电磁流量计注入压力过高，采用前期酸化解堵处理，后续直接进行增压注水作业时，由于解堵处理后的储层有新黏土矿物重新暴露在外，直接恢复注水后，与注入水重新发生膨胀，并通过高强度注水重新冲刷后，形成新的堵塞，通过后续注入防膨体系后，对新的储层起到一定的保护黏土膨胀、微利运移的措施，对后续注水有效期周期延长。通过后续的防膨作业，对电磁流量计解堵次数上有效的控制，一方面可提高注入量，回复渗透率，其次提高油井采收率。
（2）在对于电磁流量计注水能力低，注入困难的井，优先考虑进行解堵措施，在解堵措施后再进行防膨措施，可先进行由于水质的原因造成的结垢的堵塞时，可先进行解堵措施，再进行防膨，从而提高防膨的效果。
（3）对于速敏性严重的储层，应该考虑合适的注水速度和防膨剂的浓度来抑制黏土发生微粒运移而造成的堵塞等。
（4）措施后闷井反应是对工艺效果有所帮助，当黏土稳定剂接触储层后，通过吸收和置换的方式与黏土结合，因此提供有效的反应时间，来确保防膨效果。
1 技术背景：
海上某油田含油构造馆陶组与明化镇组地层为砂泥岩互层，储层岩性以细砂岩、中细砂岩和含砾中粗砂岩为主。储层胶结程度差，填隙物以泥质为主。通过对此油田的岩屑X衍射分析结果表明黏土矿物为高岭石、伊利石、蒙脱石、伊蒙混层和绿泥石。水敏性矿物蒙脱石相对含量高达98%，伊蒙混层相对含量为68%，在遇到低矿化度注入水时极易产生黏土膨胀、分散、运移，使电磁流量计附近渗透率下降。同时伴随着速敏性矿物高岭石相对含量在89%，如果注水强度过大，同时黏土膨胀发生，都会造成地层中微粒脱落、运移，使储层渗透率下降，注水压力升高，影响注水开发效果。
2 分析储层伤害的主要原因
（1）在油藏的开发过程中，由于侵入地层的外来流体的化学成份和矿化度上都与地层水不一致，导致高含泥质含量的储层进一步发生膨胀而造成储层的渗透率下降。
（2）水敏损害程度与岩石中黏土矿物的种类和含量以及岩石的孔隙结构有关。水敏性最强的黏土矿物是蒙脱石，其次是伊/蒙混层；膨胀性黏土含量越高，水敏性损害越强；岩石平均喉道半径越小，喉道迂曲度越大，则岩石的水敏性越强。
（3）海上油田的L120层位岩心进行水敏性实验评价
L120的6-2和6-3岩心水敏实验结果表明，水敏指数分别为 99.43%和99.38%，储层表现为极强水敏，由于实验均在测定完初始渗透率改换为1/2矿化度盐水后，样品的液测渗透率急剧下降，实验无法确定临界矿化度，显然临界矿化度值远远高于14565.8mg/L。因此在注水开发过程中必须考虑到水敏可能造成的储层损害。
3 防膨机理及选择
（2）从结构分析：各种类型的黏土矿物以蒙脱石的水敏性最强，该黏土矿物是由简单的基本构造单元叠加组成的层状结构硅酸盐，2个基本构造单元是硅氧四面体晶片和铝氧八面体晶片，硅氧四面体和铝氧八面体中都存在不同程度的低价阳离子取代高价阳离子，从而使这些晶片带负电荷。为平衡这些负电荷，晶面处硅氧键或氢氧键的偶极吸引水分子，使黏土矿物层间的引力减弱，导致膨胀分散，这是储层产生水敏性的本质原因。根据黏土矿物的水敏机理，如果在注入水中添加一种防膨剂，使其成为带正电离子的溶液，利用正电离子与黏土晶片表面负离子作用，结合成一个稳定的体系，在黏土表面形成一个憎水面，隔离黏土晶面硅氧键或氢氧键的偶极对水分子的吸引，从而起到防止黏土水化膨胀作用；其次利用这种溶液在水化的黏土体系中产生离子间排斥和聚合凝缩作用，使黏土矿物在这种分子间力作用下聚结，起到防止黏土分散运移的作用。
（3）防膨剂的优选的依据：在通过对防膨剂的筛选最终在海上油田选择使用一种复合型的防膨剂，其中包括：聚合物阳离子+无机盐+表面活性剂复合型防膨剂，它的基本机理是一聚合物中含有阳离子和羟基的高分子化合物，以碳一为碳链主链，小枝键含有阳离子和羟基，强烈吸附在黏土颗粒表面，并有较长的分子链，将黏土颗粒粘连，具有防止黏土水化膨胀和黏土桥接作用。
（4）室内评价实验结果：该防膨剂不但可抑制黏土膨胀，而且还抑制黏土颗粒运移，动态驱替岩芯渗透率可恢复10%左右，降低注入压力。防膨剂对钢材腐蚀速率为0.0737mm/a（2%加量），低于规定的注入水腐蚀速率上限（<0.076mm/a），且防膨注入是短期的过程，因此不会对注入管柱和设备造成破坏性腐蚀。
4 防膨工艺施工流程
①关闭注水流程；②连接高压挤注管线；③挤注管线通水试压；④挤注解堵药剂和防膨药剂；⑤关井反应；⑥恢复配注。
5 现场施工应用情况
1）在海上油田进行对过5口井进行防膨措施：
6 结束语
（1）对于砂岩储层，若在钻井、完井过程中受到严重伤害，表现电磁流量计注入压力过高，采用前期酸化解堵处理，后续直接进行增压注水作业时，由于解堵处理后的储层有新黏土矿物重新暴露在外，直接恢复注水后，与注入水重新发生膨胀，并通过高强度注水重新冲刷后，形成新的堵塞，通过后续注入防膨体系后，对新的储层起到一定的保护黏土膨胀、微利运移的措施，对后续注水有效期周期延长。通过后续的防膨作业，对电磁流量计解堵次数上有效的控制，一方面可提高注入量，回复渗透率，其次提高油井采收率。
（2）在对于电磁流量计注水能力低，注入困难的井，优先考虑进行解堵措施，在解堵措施后再进行防膨措施，可先进行由于水质的原因造成的结垢的堵塞时，可先进行解堵措施，再进行防膨，从而提高防膨的效果。
（3）对于速敏性严重的储层，应该考虑合适的注水速度和防膨剂的浓度来抑制黏土发生微粒运移而造成的堵塞等。
（4）措施后闷井反应是对工艺效果有所帮助，当黏土稳定剂接触储层后，通过吸收和置换的方式与黏土结合，因此提供有效的反应时间，来确保防膨效果。
