中渗砂岩储层脉动注水解堵实验研究_刘长龙.pdf

第52 卷第2 期 当 代 化 工 Vol.52，No.2 2023年2月 Contemporary Chemical Industry February，2023 基金项目基金项目：中国海洋石油集团有限公司项目，注水井完井关键工具及配套工艺技术研究（项目编号：CNOOC-KJ 135KJXM NFGJ2019-02）。收稿日期收稿日期：2021-12-17 作者简介作者简介：刘长龙（1981-），高级工程师，硕士毕业于西南石油大学油气田开发工程专业，研究方向：注水、调剖等。E-mail:。通信作者通信作者：黄泽超（1989-），男，工程师，硕士，研究方向：油气田开发与开采。E-mail：。中渗砂岩储层脉动注水解堵实验研究 刘长龙1，邹剑1，兰夕堂1，符扬洋1，王天慧1，黄泽超2（1.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300450；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）摘 要：常规稳定分层注水通过地层原有孔隙、裂缝向地层回注大量的水，一定程度上解决了注水段间的均质差异问题，但容易出现因注入水水质不合格，导致堵塞地层，造成注入压力逐渐升高，为解决此问题，提出了脉动注水解堵增注技术，并开展了脉动解堵实验研究。从水力脉动对无机垢和有机垢的解堵方面开展相关实验研究分析，实验现象表明，水力脉动可产生低频、高幅压力和震动波使地层形成裂缝网和破碎堵塞物，可有效抑制无机垢的沉降，剥离有机垢，解除堵塞，增大渗流通道，减小流动阻力，进而增大渗透率，为油流提供有效通道，提高采收率，最终达到改善水驱开发效果的目的。关 键 词：脉动注水；解堵增注；有机垢；无机垢；提高采收率 中图分类号：TE357 文献标识码：A 文章编号：1671-0460（2023）02-0326-04 Experimental Study on Pulsating Injection Removing Blockage and Increasing Injection LIU Chang-long1,ZOU Jian1,LAN Xi-tang1,FU Yang-yang1,WANG Tian-hui1,HUANG Ze-chao2（1.CNOOC China LimitedTianjin Branch,Tianjin 300450,China;2.CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.,Tianjin 300452,China）Abstract:The conventional stable layered water injection process reinjects a large amount of water into the formation through the original pores and cracks of the formation,which solves the problem of homogeneity difference between the water injection sections to a certain extent,but it is easy to block the formation and cause the injection pressure increase due to the unqualified water quality of the injected water.To solve this problem,the technique of pulsation injection and hydrolysis plugging and increasing injection was proposed,and experimental research on pulsation plugging removal was carried out.Relevant experimental research and analysis on the removal of inorganic and organic scale by hydraulic pulsation were carried out.The experimental phenomenon showed that hydraulic pulsation could generate low-frequency,high-amplitude pressure and shock waves to form fracture networks and break blockages in the formation,which can effectively inhibit inorganic scales sedimentation,strip organic fouling,remove blockage,increase the seepage channel,reduce the flow resistance,and then increase the permeability,provide an effective channel for oil flow,increase the recovery rate,ultimately achieving the goal of improving the water-flooding development effect.Key words:Pulsating water injection;Removing blockage and increasing injection;Organic scale;Inorganic scale;Enhanced oil recovery 据统计，渤海油田目前注水井总数约 1 000 口，分注井约 990 口，主要采用常规稳压分层注水，一定程度解决了注水层段均质性差异问题，但容易出现因注入水水质不合格，导致堵塞地层，造成注入压力逐渐升高的问题1-2。针对此问题，通常采取化学法复合酸化技术，但措施成本较高，有效作用范围较小，且对人员及环境存在安全隐患3-5。脉动注水解堵增注技术则具有高效低成本、对环境及储层无污染、储层适应性强等特点6-10。近些年，随着脉动技术的长足发展，脉动技术逐步在石油行业领域中推广，但对于脉动注水解堵增注的研究鲜有报道11-17。本文利用填砂管模型和人造岩心装置自制模拟了地层无机和有机堵塞，通过对比模拟常压驱替和脉动驱替，进一步考察脉动注水对储层的解堵效果，研究分析脉动注水对储层渗透率的改善效果。1 实验材料与方法 1.1 水力脉动对无机垢的解堵规律研究 1.1.1 实验材料 填砂管模型人造岩心、室内脉动水驱专用设备、常规驱替设备、搅拌器、烧杯、量筒等；Na2CO3、CaCl2、去离子水等。1.1.2 实验方法 1）利用填砂管模型和人造岩心制作装置制作人造岩心。2）将 Na2CO3和 CaCl2分别溶于去离子水中，搅DOI:10.13840/21-1457/tq.2023.02.014 第 52 卷第 2 期 刘长龙，等：中渗砂岩储层脉动注水解堵实验研究 327 拌均匀后各自配制成 1 000 mL 溶液。3）向人造岩心内饱和 CaCl2溶液模拟地层水，测其孔隙度和渗透率等物性参数。4）选择孔渗相似的两块岩心，向其中一块岩心中稳定注入 Na2CO3溶液，每注入 10 PV 测其渗透率，累计注入 80 PV。5）向另一块岩心以脉动频率为 1 Hz、脉动幅值为 1 MPa 的参数脉动注入 Na2CO3溶液，每注入10 PV 测其渗透率，累计注入 80 PV。6）将注入水方式不同的两支人造岩心静置 48 h后再对其以同样的脉动参数脉动注入 50 PV 的去离子水后，结束实验，考查二者渗透率的变化情况。7）整理、分析实验数据。1.2 水力脉动对有机垢的解堵规律研究 1.2.1 实验材料 填砂管模型人造岩心、室内脉动水驱专用设备、常规驱替设备、搅拌器、烧杯、量筒等；Na2CO3、CaCl2、去离子水等。1.2.2 实验方法 1）利用填砂管模型和人造岩心制作装置制作人造岩心。2）将部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）与去离子水配成浓度为 1 000 mgL-1的聚合物溶液。将 CaCl2溶于去离子水中，搅拌均匀后配制成 1 000 mL 溶液。3）向人造岩心内饱和 CaCl2溶液模拟地层水，测其孔隙度和渗透率等物性参数。4）选择孔渗相似的两块岩心，向其中一块岩心中稳定注入聚合物溶液，每注入 5 PV 测其渗透率，累计注入 30 PV。5）向另一块岩心以脉动频率为 1 Hz、脉动幅值为 1 MPa 的参数脉动注入聚合物溶液，每注入 5 PV 测其渗透率，累计注入 30 PV。6）将注入水方式不同的两支人造岩心静置 48 h后再对其以同样的脉动参数脉动注入 50 PV 的去离子水后，结束实验，考查二者渗透率的变化情况。7）整理、分析实验数据。2 结果与讨论 2.1 水力脉动对无机垢的解堵规律研究 2.1.1 Na2CO3溶液注入方式对岩心渗透率的影响 岩心渗透率与对应注入体积的关系如图 1 所示，岩心渗透率降低率与注入体积的关系如图 2 所示。由图 1 和图 2 可以看出，在地层水中存在 Ca2+的条件下，注入碳酸钠溶液的方式不同，注入同一 PV 数后所得的渗透率不同。整体来看，脉动注入碳酸钠溶液后的岩心渗透率大于稳定注入碳酸钠溶液后的岩心渗透率。两种注入方式下随着注入 PV 数的增加，渗透率逐渐降低，当注入 PV 数大于 60 后，渗透率下降趋势缓慢。渗透率的降低幅度稳定注入高于脉动注入。图 1 岩心渗透率与对应注入体积的关系 Fig.1 Relationship between core permeability and corresponding injection volume 图 2 岩心渗透率降低率与注入体积的关系 Fig.2 Relationship between core permeability reduction rate and injection volume 由此可见稳定注入比脉动注入碳酸钠溶液对地层造成的伤害要严重。现象原因分析如下：1）地层水中存在 Ca2+，当注入 Na2CO3溶液后，CO32-与 Ca2+结合生成了 CaCO3沉淀，随着 Na2CO3溶液注入量的增加，所生成的 CaCO3沉淀逐渐增加，出现了结垢现象，从而导致岩心渗透率减小。2）稳定注入条件下，无机垢容易沉积，且可动部分随着注入水运移到半径小于无机垢颗粒半径的喉道处，造成了堵塞。3）当在脉动条件下注入时，虽然压力波动无法阻止沉淀物的生成，但可以对其进行物理破坏。在压力波动下产生的沉淀物不易沉降堆积，增大了孔道内有效过流面积，当沉淀颗粒运移到喉道处出现堵塞时，压力波的反复作用下，对沉淀颗粒造成疲劳破坏，使其顺利通过喉道，造成了渗透率高于稳定注入的现象。328 当 代 化 工 2023 年 2 月 4）当注入体积大于 60 PV 后，岩心内已经形成了相对稳定的窜流通道，注入方式对岩心渗透率的影响相对较小。2.1.2 水力脉动对已存在无机垢岩心渗透率的影响 图 3 由两组物性相近的人造岩心的基础渗透率（原始渗透率）、注入 Na2CO3溶液后岩心渗透率和脉动注入去离子水后岩心的渗透率绘制而成。从图3 中可以看出，两组岩心基础渗透率相近；注入Na2CO3溶液后岩心 5-2 的渗透率高于岩心 5-1 的渗透率；脉动注入去离子水后，岩心 5-1 的渗透率大于岩心 5-2 的渗透率。同一块岩心，注入 Na2CO3溶液后渗透率减小了，对其脉动注入去离子水后，渗透率增大了。整体来看，向岩心中注入 Na2CO3溶液和后续脉动注入去离子水后，发现二者的渗透率均小于岩心的基础渗透率。由此可见，向含有 Ca2+的地层水中注入 Na2CO3溶液，减小了岩心渗透率，后续向其中