注水井降压增注技术的发展与应用

  一、低渗透油田降压增注技术发展现状

 

  低渗透油藏储层物性较差，主要是低孔低渗细喉型的储层结构，另外胶结物含量较高，其储层物性导致其注水井注水压力高、难注。主要原因为：一是低孔、低渗的特性使注入水在低速渗流条件下存在明显的启动压力梯度；二是水锁和贾敏效应对储层的伤害；三是储层的敏感性也是导致注水井高压的一个因素。

 

  目前，我国已探明低渗透油田地质储量100多亿吨，其中大多数油田渗透率低((0.3-25)×lO-3um2)、孔隙度小(5-20%)、注入水质差、矿化度高(1000-250000mg/L)、钙镁离子总量达250-2000mg/L。这类油藏投入开发后，注水压力高，水质二次污染使油层进一步遭到伤害，注水压力随时间增加而递增，导致注水效率快速降低，不能正常配注，甚至使得油田采油速度降低。而且对于低渗透油藏，随着注水开发时间的延续油田主体区块大部分已经进入中高含水期，注水压力高、完不成配注的井逐年增多。如何解决低渗透油田降压增注的技术问题，提高低渗透油藏采收率已成为当前亟待研究的重要课题。

 

  通过调研发现目前降压增注工艺技术主要有六种：缩膨降压增注技术，纳米降压增注技术，层内生气 (层内自生弱酸) 降压增注技术，生物酶降压增注技术，酸化降压增注技术和表面活性剂降压增注技术。在低渗透油藏中主要是酸化降压增注技术和表面活性剂降压增注技术应用广泛，且效果较好。

 

  二、降压增注工艺技术调研

 

  1缩膨降压增注技术作用机理

 

  (1) 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，使粘土品格改性，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，品格缩小。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。

 

  (2) 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。

 

  (3) 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。

 

  工艺适用性

 

  (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。

 

  2 纳米降压增注技术作用机理

 

  ZHJ-03型纳米增注剂是一种以SiO2为主要成分、具有极强憎水亲油能力的颗粒状白色粉末物质，它的离散颗粒尺寸为10-500nm。其生产工艺是利用伽马射线放射性激活的添加剂来进行化学改性，形成尺寸在纳米级的聚硅材料。经疏水改性后，由于接枝了部分的-CH3，聚硅材料表面具有极强的憎水亲油性能。同时，由于在其疏水性表面含有可与硅羟基结合的有机官能团，该纳米微粒可在砂岩的岩隙表面吸附形成稳定的疏水表面膜，从而起到驱除水膜扩展流道孔喉、降低水流阻力及一定的黏土防膨作用。 3层内生气降压增注技术向地层内注入缓速酸及层内生气剂，利用缓速酸实现地层深部酸化解堵的同时，药剂体系反应后可产生大量的高温高压C02气体和热量，通过酸化、热解堵和C02驱等多种作用解除各种油层污染堵塞，具有较好的穿透作用，降低由于原油物性差和有机杂质堵塞造成的注水压力高问题。

 

  作用机理

 

  (1) 降粘作用

 

  注入液在地层反应时，放出的热量使地层温度升高，降低原油粘度，可有效解除地层中因胶质、沥青质、蜡等有机物造成的污染堵塞；瞬间升高的压力，使生成的CO2在低渗透油层更具有穿透性，可以到达注入水等其它驱替液无法到达的孔隙：在此温压条件下，CO2呈单相、混相、或者泡沫状态，同时因CO2在原油重烃组分中溶解度很高，使原油粘度下降，增加其流动性，解除油藏深部污染。

 

  (2) 酸化解堵作用  注入剂中的酸液主要由盐酸、低碳有机酸、磷酸、一元酸、多元酸与添加剂组成的砂岩缓速酸体系．可以延缓与地层无机颗粒、铁垢和钙垢的反应速度，增大处理半径，另外处理剂在地层中反应生成的弱酸，可使体系较长时间保持低PH值．有效预防Fe3+、Fe2+的氢氧化物沉淀，同时也可进一步解除地层深部的无机堵塞。

 

  (3)表面活剂作用  毛细管阻力大造成的启动压力高是低渗油田注水压力高的另一个原因，注入剂中含有的大量表面活性剂可使岩石表面化学性质发生改变，降低油水界面张力，降低原油的粘附功，减小毛细管阻力，水相相对渗透率上升，注入压力下降，同时表面活性剂还能够减缓酸岩反应速度，有效增加处理半径。

 

  技术实施要点

 

  施工前认真分析油藏地质资料、测井资料、区块开发现状、堵塞机理、油水井工作状况等，对施工参数进行设计，确定各种处理剂用量。所选井要求注水井设各状况良好，油水井对应关系明确，原油中胶质、沥青质含量相对较低，地层发育状况较好，平均注水压力不易过高。

 

  工艺适用性

 

  层内生成二氧化碳增注技术对选井有其适应性，对于由于储层自身条件差，初期注水压力就高的水井，措施效果不明显或无效；而对于初期注水压力低，由于长期注水过程中造成地层污染而注水不满足的水井有良好的效果。

 

  该技术的试用及效果分析主要在大庆等油藏物性较好地区，对于低渗透油藏的应用效果有待于进一步研究。

 

  4. 生物酶降压增注技术

 

  1 生物酶主要成分

 

  生物酶是采用基因工程、细胞工程等现代技术提取的一种以蛋白质为基质的生物催化剂。用于石油开采的生物酶是由多种酶筛选组成的复合酶体系．其组成主要为复合生物酶、生物活性物、生物提取物、水性分散剂、稳定剂等。

 

  2 作用机理

 

  生物酶洗油过程是一个可循环的生物反应过程，它起到催化剂的作用，具体过程分3个阶段：

 

  (1) 生物酶与原油和固体颗粒的结合体吸附在一起形成酶-油-固体颗粒复合体；

 

  (2) 酶油复合体分解为酶-油中间体和固体颗粒；

 

  (3) 酶油中间体分解．形成独立的原油与酶，恢复生物酶原状。  生物酶在低渗透、特低渗透油田具有的降压增油机理是消除了原油边界层的影响。

 

  3 技术适用性

 

  生物酶能将岩石表面的润湿性转变为亲水性，使原油从岩石颗粒表面脱落，降低残余油饱和度，可有效改善低渗透油田注水压力高、油井受效差的问题，提高驱油效率。

 

  总结发现该技术成本高，有效期短，施工时间较长，这些因素可能会成为制约该技术的适用性。

 

  5 酸化降压增注技术

 

  1．作用机理  主体酸液：主要用于溶垢和地层处理，针对垢类组成，采取不同的室内试验摸索有效的溶垢方法。通过试验得出最优的酸液配方，对于不同油田和不同地区酸液配方不同。

 

  在酸化同时还需要添加一些辅助添加剂，添加剂的功能及作用如下：

 

  (1) 助排剂  处理液配比中加入1.O%的助排剂，该助排剂以含氟表面活性剂和互溶剂为

 

  主，可使反应后的残液易于返排，并可以使岩石保持水润湿，接触角下降，从而大大降低了岩石与原油的界面张力，提高油相渗透率。

 

  (2) 防膨缩膨剂  对于膨胀完全的粘土矿物，单纯的防膨剂已不起作用，因此使用防膨缩膨剂，不仅可以将已膨胀完全的粘土缩膨，同时稳定剂在颗粒表面吸附，使其颗粒不易集结成大颗粒堵塞孔道。

 

  (3) 铁离子稳定剂  酸处理地层，当残酸PH值达到2.2时，开始形成凝胶状Fe(OH)3沉淀，当PH为3.2时沉淀完全，为防止二次沉淀产生，在处理液中加入铁离子稳定剂，稳定剂与主体酸液配伍好，在酸性介质中和中性介质中，与铁络合均有较高的稳定性，温度大于90℃时仍有较好的稳定效果。

 

  (4) 缓蚀剂  为保证注水管柱在施工过程中不受腐蚀，对酸化缓蚀剂进行优选，通过缓蚀率实验和配伍性实验，选出以有机胺类为主的缓蚀剂，在盐酸浓度12%，地层温度在90℃时，缓蚀率达98%以上。

 

  (5) 杀菌剂  由于注入水中细菌超标，细菌自身及代谢产物易堵塞地层。为此，选择具有杀菌力极强的助剂来解决这一问题。

 

  6 表面活性剂降压增注技术超低界面张力；润湿角变小；乳化剥落原油；扩大波及体积。

 

  当向油藏中注入表面活性剂之后，由于表面活性剂的两亲(亲水-亲油)作用，可以使油水的界面张力降低，超低界面张力减小了油滴通过狭窄孔颈时的形变功，减少毛细管阻力，使孔隙介质中的油滴从岩石表面拉开的形变功大大减小，增加了它在地层孔隙中的移动速度。表面活性剂注人油层后，在降低油水界面张力的同时，它还可以乳化剥落原油形成小液滴被驱替液驱替出来，随注入液流向生产井，从而提高了原油的采收率。活性水的微粒可以暂时堵塞一些小的孔道，扩大了波及体积。