缩膨降压增注技术在敏感性油藏的应用

摘要：在油气田开发过程中，部分敏感性油藏储层含粘土矿物（蒙脱石、伊利石），这些成分遇水发生膨胀、运移，使地层渗透率下降，严重影响油气开发效果。文章对缩膨降压增注技术在敏感性油藏的应用进行了探讨。

关键词：缩膨降压；增注技术；渗透率；采收率

中图分类号：P619 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）01-0123-02

在油气田开发过程中，部分敏感性油藏储层含粘土矿物（蒙脱石、伊利石），这些成分遇水发生膨胀、运移，使地层渗透率下降，严重影响油气开发效果[1]。且该类油水井随着注水的不断进行，底水的锥进及酸化、压裂、修井作业用水的进入，含粘土成分地层的渗透率逐渐下降，直接影响油水井的正常生产。在注水开发的区块，这类井的矛盾更加突出。含粘土的油层直接注不进水，而不含粘土的地层呈强吸水趋势，指进现象严重，注水波及系数变小，使采收率下降。

一、缩膨降压增注技术

（一）技术背景

纯梁采油厂纯化、正理庄油田的一些区块、储层粘土矿物含量高达30%以上。在开发过程中，由于注入水的矿化度远小于地层水的矿化度，造成粘土矿物的膨胀、破碎、微粒运移，以及注水水质影响而产生油层伤害，表现为注水压力上升，注水量减少。这类水井常规酸化后，虽然能够解除近井地带的污染，但由于没有消除因粘土膨胀、运移造成油层伤害的根本因素，初期效果较好，但注水压力上升快，有效期短。

（二）技术原理

地层吸水膨胀、失水收缩的原因，多数认为主要是粘土颗粒与水作用后，由于双电层的形成，使扩散层或弱结合水厚度变化所引起的；或者是由于某些亲水性较强的粘土矿物（如蒙脱石）层间结合水的吸水或析出所致。如蒙脱石、伊利石等矿物的晶胞之间，可以吸附大量水分子。由于进入硅氧四面体和铝氧八面体的“层间结合水”的增加，使结晶格架膨胀，引起土体积膨胀。

针对注水使粘土发生膨胀、运移的情况，缩膨剂的使用越来越受到重视。缩膨剂是一种化学合成的高分子阳离子化合物，它通过与粘土矿物发生物理化学反应，使粘土晶格改性，使其遇水后不膨胀；已膨胀的粘土晶格，通过化学反应改性后释放出水分子，晶格缩小。并通过多点吸附作用使这些改性的粘土物质与原地层矿物牢固结合，从而避免了粘土矿物遇水膨胀、运移给地层造成的伤害，提高了油气开发效果，并节省大量的地层改造费用。

缩膨剂离子基团具有氧化性，能破坏粘土的晶格，使吸水后的粘土释放出所吸附的水分，收缩膨胀体积，恢复地层被堵毛细孔。

缩膨剂离子的水化能为386千焦/摩尔，低于Li+、Na+、Mg2+、Ca2+等。由于粘土对阳离子的吸附具有选择性，它往往优先吸附水化能较低的阳离子，因而缩膨剂的离子比Li+、Na+、Mg2+、Ca2+优先被粘土所吸附。此外，当其被粘土吸附后，由于水化能力低，回促使晶层受到压缩，从而形成紧密的构造，并有效抑制粘土水化。

缩膨剂分子具有与水分子发生作用的极性官能团，当其加至水中后，其水化基团即与水分子相结合。当粘土颗粒与其水溶液接触时，依靠氢键或静电吸力吸附相近的粘土颗粒，由于缩膨剂具有足够高分子量，并具有较大的线型展开能力和合适的分子结构，它不仅能吸附在一个钠土颗粒上而且能进一步连接到相邻的粘土颗粒上，把多个粘土颗粒连接或桥接在一起，从而阻止粘土分散，保持粘土的稳定性[2]。

（三）选井原则

1．区块黏土含量较高，呈水敏、速敏特性的高压注水井；

2．油水井连通状况好，注采反应明显；

3．初期注水状况较好，存在二次污染的水井；

4．进行酸化后初期效果较好，但压力上升快，有效期短的水井；

5．井况好，无套变、套漏。

（四）缩膨剂室内试验

1．缩膨性能评价试验。通过离心试验将缩膨剂的缩膨性能与普通防膨剂进行了对比，结果如表1：

由表1中可以看出缩膨剂对粘土具有较强的缩膨性能，缩膨率达到45%以上，而防膨剂对粘土的缩膨性能较弱，只有18%左右。

2．防膨性能评价试验。用粘土稳定剂性能评价方法对缩膨剂和普通防膨剂进行了防膨率测定，结果如表2：

数据表明缩膨剂比常规防膨剂的防膨率略好。

3．岩心颗粒静态浸泡试验。进行了缩膨剂与普通防膨剂的岩心颗粒静态浸泡试验，测定了其静态稳定粘土能力。

试验表明缩膨剂浸泡的岩心颗粒失重率小于8.3%，而常规防膨剂浸泡的岩心颗粒失重率大于60%，表明缩膨剂对岩心颗粒具有良好的静态稳定性能。

4．缩膨剂腐蚀性能试验。按照SY5425-91的静态挂片法，采用N80钢片在90℃下与20%的缩膨剂溶液反应4h，测定钢片的腐蚀速率。经检测其腐蚀速率小于2.3g/m2.h，小于部标6g/m2.h，说明缩膨剂腐蚀性能可满足现场要求。

二、现场应用

2007年5月以来分别选取纯32-16、樊41-4井进行了缩膨降压增注试验。

以纯32-16井为例，该井是纯化油田注清水井，以往酸化增注措施有效期仅为320天，2007年3月后注不进，地层压降曲线显示近井地带有污染，分析认为该井欠注原因有两方面：一是注清水使得粘土膨胀运移造成的伤害；二是注清水引起地层近井地带结垢伤害。为此选择在该井实施除垢与缩膨降压增注相复合的增注技术，以提高增注效果。该井于5月6日顺利实施，现场施工压力由30MPa降低至24MPa，挤注缩膨剂45m3，开注后油压一直稳定在22Mpa，有效期较以往已延长150天。

三、结论

通过缩膨剂与常规防膨剂在室内静态模拟试验及矿场应用，可以得出以下结论：

1．缩膨剂对粘土具有较强的缩膨性能，可以达到普通防膨剂能力的两倍；

2．缩膨剂对岩心颗粒具有良好的静态稳定性能，失重率小于7%；

3．缩膨剂腐蚀速率小，腐蚀性能可满足现场要求；

4．缩膨剂与酸化措施相结合，可稳定注水压力，延长酸化有效期[3]。

参考文献

[1]崔新栋．缩膨技术在现河采油厂的应用[J]．海洋石油，2007，27(3)．

[2]张学锋．缩膨剂HDS-01及其缩膨降压增注技术[J]．油田化学，2004，21(2)．

[3]孙江成．缩膨降压增注技术试验研究与应用[J]．江汉石油学院学报，2004，26(z3)．

作者简介：孙治国（1978- ），男，胜利油田纯梁采油厂工艺所工程师，研究方向：油田化学、油田注水。