储层水敏效应影响因素及应对措施

2022-10-18

某油田研究层段储层内含有含量不高的伊蒙混层矿物充填于孔隙内, 当低矿化度的工作液进入储层, 充填于孔隙内的伊蒙混层矿物吸水膨胀, 使孔喉变小变窄, 渗透率降低。另外, 当该井区进行了评价性实验后发现研究层段的地层水矿化度本身偏高, 储层对外来流体矿化度的降低较为敏感, 在一定意义上也加强了水敏程度。

一、水敏效应影响因素

地层温压下油藏所含粘土矿物与外来流体接触时, 若外来流体矿化度较低则易使粘土颗粒发生膨胀运移, 堵塞喉道导致地层渗透率降低。粘土膨胀减少了流体有效流动面积并导致渗透率降低现象为水敏现象。

1. 粘土矿物的种类

一般来说蒙脱石、伊/蒙混层含量越高, 外来液体矿化度越低, 引起储层的水敏性越强;蒙脱石、伊利石类晶层间高价阳离子在被外来液体中低价阳离子部分置换后形成正电荷亏损, 粘土带负电。需由吸附在晶体外边和晶层间的可交换阳离子来中和平衡。当交换阳离子中有半径小的一价阳离子时则晶层间水会继续进入, 继续水化, 晶间距可增大13~20倍。

2. 阳离子特异性效应

先将岩心饱和KCl溶液并进行驱替实验, 发现渗透率轻微降低。当换为含有钠、锂等一价阳离子溶液驱替时, 渗透率较初始渗透率相比下降40%。最后使用钙、镁离子溶液驱替时未发现渗透率损害现象。晶格膨胀依赖于晶层间阳离子水化能, 而对于一价阳离子而言增加水化半径相当于增加水化能, 钠、锂离子每个单元的有效水化能高于钙、镁离子。粘土晶格间膨胀将导致部分微粒运移及孔吼截面积的减小, 储层渗透率随之降低。

3. 注入水的矿化度及矿化度递减速率

从原始地层水矿化度突变为极低矿化度的盐水易导致粘土膨胀、堵塞地层, 但按照一定梯度逐步降低流体矿化度则可在一定程度上降低储层损害。溶液离子浓度过快的降低会促使晶格处硅氧键或氧氢键的偶极对水分子吸引力减弱, 致使吸附在阴离子周围的无机阳离子Ca2+、Mg2+、Na+等水化半径扩大, 导致粘土矿物表面阴离子与无机阳离子作用力减小, 使得晶层膨胀、裂开。

二、水敏损害应对措施

粘土稳定剂能对蒙脱石和伊利石起到很好的稳定作用, 因而成为减弱水敏的首选。由此可见在油藏开采过程中, 水敏性储层伤害必须引起重视, 所以采取相关防缩膨措施是必不可少的。可以通过岩心静态与动态试验来进一步评价粘土稳定剂的防膨性能。

从表1中可以看出1.0%HCS-G溶液混合之后其浊度 (NTU) 最低为0.98, 说明可以与某油田地层水具有良好的配伍性;并且HCS-G防膨剂溶液在浓度为1.0%时其防彭率最高, 所以浓度为1.0%的HCS-G防膨剂溶液的防膨性能较好。对其进一步进行动态流动性实验, 评价在注入过程中防膨效果。

试验方法如下:1选取天然岩心J563-2、65289-3、65174-4共3块, 对1.0%HCS-G防膨剂溶液进行岩心评价试验;2对岩心J563-2、65289-3、65174-4进行气渗透率;3将上述天然岩心装入岩心流动试验装置中, 并设定泵速为1.00ml/min, 然后注入浓度为1.0%的防膨剂HCS-G溶液, 待岩心两端压差稳定之后, 测定流量, 并记录压差, 并计算岩心水相渗透率Kw1;4改注蒸馏水, 测护养24h之后的流量和压差, 并计算岩心水相渗透率Kw2;5计算渗透率恢复值Kw2/Kw1 (%) 。

试验数据如下:

综合试验结果可知:天然岩心在注入蒸馏水, 并且浸泡24h之后, 渗透率恢复值Kw2/Kw1 (%) 能达到较高的值, 说明浓度为1.0%的防膨剂HCS-G的效果较好。粘土矿物层间阳离子与1.0%HCS-G防膨剂溶液中的防膨剂阳离子基团进行离子交换, 使粘土矿物表面很难获得足够高负电势, 抑制颗粒从粘土矿物表面脱落。此外, 阳离子有机聚合物还可以吸附在粘土颗粒表面形成保护膜, 阻止水分子进入晶格内层。因此随着驱替体积的增加, 岩心的渗透率呈现出增加的趋势, 并且当驱替体积增加到一定程度之后, 渗透率趋于稳定。

结论

1. 粘土矿物种类、阳离子特异性及注入水的矿化度递减速率都会对岩石水敏效应产生影响。

2. HCS-G防膨剂溶液在不同浓度下防膨效果对比显示, 在浓度为1%时抑制粘土膨胀效果最好。

摘要：本文针对某油田内测试产量不高的现状, 通过岩石水敏性分析发现影响水敏效应因素主要分为粘土所含矿物的种类、阳离子特异性以及矿化度递减速率。针对上述观点, 对浓度为1.0%的防膨剂HCS-G溶液进行动态和静态的防膨剂性能评价实验, 在实验过程中发现其能有效抑制粘土矿物水化并使得渗透率恢复值保持一个较高值。

关键词：水敏效应,影响因素,防膨剂