1、粘土类堵剂在胜坨油田的应用研究第 16 卷第 3 期2003 年 9 月山东科学SHANDONGSClENCEVo1.16No.3Sept.2003文章编号:10024026(2003)03 002705粘土类堵剂在胜坨油田的应用研究张桂意,柴德民,张小卫.,姚海霞.,辛爱渊,高学生,王桂勋,唐洪涛(1.胜利油田有限公司胜利采油厂,山东东营 257000;2.中国石化胜利油田采油工艺研究院,山东东营 257000)摘要:研究了不同使用形式粘土堵剂的封堵能力(包括粘土分散体系 ,活化体系,和固化体系),得出适用的地层渗透率范围;针对胜坨油田矿场堵水调剖的实际 ,得出不同形式粘土堵剂适用的 PI
2、经验值范围,对今后的注水井调剖选用粘土类堵剂有指导作用 .关键词:粘土堵剂;分散体系;活化体系;固化体系;胜坨油田中图分类号:TE357.46 文献标识码:A胜坨油田是一个被断层复杂化了的背斜构造油藏,成岩作用呈现多样化,是典型的陆源沉积砂岩油田,储层空间分布复杂.油层自上而下分为明化镇组,馆陶组,东营组,沙一段,沙二段,沙三段等六套含油气层系,油藏埋藏深度 9702960m.含油面积 73.7km,地质储量 4592410t.1990 年进入特高含水开发阶段,目前综合含水高达 94.2.随着油田含水的上升,油藏孑 L 隙结构和物性参数都发生较大变化 ,特别是油层渗透率,根据示踪剂检测和取岩心
3、井资料系统分析,较开发初期提高 510 倍,在注水井与油井之间形成特高渗透条带,流动孑 L 隙变大,注入水主要沿大孑 L 道窜流而导致注入水利用率低,波及系数减小.为此,油田采取了各种措施来抑制油藏内的非均质性.最主要的方法是封堵已被水淹的高渗透层,迫使后续注入水进入低渗层.由于粘土具有便宜,易得,耐温,耐盐,耐剪切,化学稳定等性能特点,曾在比较长的时间内成为油田堵水调剖的主力堵剂之一.但矿场应用发现,如果对堵剂与地层渗透率的匹配关系掌握不好,就容易发生堵剂窜流,过早地进入生产井,使封堵失败;或出现污染低渗透层的现象 .针对油田出现的上述问题,通过室内物理模拟试验,得出各种形式粘土堵剂适用的地
4、层渗透率范围,结合矿场生产实际,得出矿场较适用的 PI 经验值范围,对矿场堵水调剖起指导作用 .1 实验部分收稿日期:20030311作者简介:张桂意(1965 一),男,工程师,主要从事堵水调剖和三次采油工作.F 一?28?山东科学1.1 实验材料及设备粘土胶由优质粘土粉,添加剂与清水配制而成,粘度约 20MPa?S;不同目数范围(20120)扔干净砂;高锰酸钾溶液:在清水中添加少量高锰酸钾晶体而成的紫色溶液,用作示踪剂;填砂管:30mm,L350mm 的不锈钢管;微量柱塞泵:0999mL/h 可调; 精密压力表及中间容器等.1.2 实验方法先使用湿式填砂法填制不同渗透率的岩心管,测定岩心孔
5、隙体积,在 999mL/h 的泵排量下用清水准确测定岩心的渗透率 K,在 400mL/h 的排量下转注 4SMD,记录注人压力随注人量(以孔隙体积倍数 PV 表示)的变化,直至注人压力达到 910MPa 或出口端明显见胶后转注清水.2 结果与讨论2.1 粘土堵剂使用形式2.1.1 粘土分散体系(单液法)含蒙脱石的粘土分散在水中具有一定的增粘能力和膨胀性,并可在高渗透层中形成内滤饼,因此可作为单液法调剖剂使用.试验测定了膨润土分散体系的粘度一浓度关系及不同水质中的膨胀性(图 1,2).可以看出,粘土体系的粘度随其浓度的增加而增加,钠土在清水中的膨胀倍数最大.以钠土清水携带液悬浮钙土配成的粘土分散
6、体系,在静止状态下可维持 812h 基本不下沉,可用来封堵高深透层进行调剖.取 20g 钠土和200g 钙土配制成 1000mL 的膨润土分散液,采用人造岩心进行封堵能力模拟试验(见表 1),试验结果表明,具有良好封堵作用.500400旨 300篓 200lOOOO2O浓度%遵邀405060浸泡时间,h图 l 潍坊钠土和潍坊钙土的粘浓曲线图 2 纳土在不同水质中的膨胀曲线表 l 膨润土分散液岩心试验结果2.1.2 粘土活化体系(双液法)膨润土可以通过人工化学改性,提高其膨胀性及分散体系的粘度.改性后,膨润土分散体系的粘度随着稠化剂 NaCO.增加而增粘.改性的实质是膨润土在分散体系中进行第 3
7、 期张桂意等:粘土类堵剂在胜坨油田的应用研究 ?29?离子交换转变为钠土活化体系,提高对水分子的结合能力,使膨润土体积进一步膨胀,同时分散体系变稠.因此,可设计成双液法.第一工作液是地层水配制的 2O40 的钙土悬浮体,第二工作液是地层水配制的 28 的碳酸钠溶液,中间用清水隔离.室内以不同粒径,不同比例石英砂填制 L100mm,j230mm 的岩心模型,先用模拟回注水测封堵前渗透率,将用以上体系封堵后的岩心,在 70“C 的条件下恒温固化 3 天后,再测水相渗透率,堵剂的注入量为 40g,相当于 0.3V.,见表 3.从表 2 可看出,在相同用量表 220%钙土悬浮体(A),4 的碳酸钠(B
8、)及 20%钙土悬浮体下,20 钙土一 4 的碳酸钠的-4%的碳酸钠体系的封堵效果封堵效果明显优于单一的 20钙土和 4 的碳酸钠,即双液法的封堵效果明显优于单液法,双液法中两种工作液的注入顺序对封堵效果无明显影响.2.1.3 粘土固化体系(单液法)该体系将一定浓度(812)粘土分散体系与一定浓度(812)水泥浆液混合,泵人地层内,经水化,凝固硬化后,具有较高的强度,可用于封堵孔隙较大的地层.室内以不同粒径,不同比例石英砂填制 L100mm,j230mm 的岩心模型,先用模拟回注水测封堵前渗透率,将用以上体系封堵后的岩心,置于 7OC 的条件下恒温固化 3 天后,再测水相渗透率及耐冲刷能力,见
9、表 3.表 312 膨润土与 12 水泥的封堵效果由表 3 看出,该体系封堵后的岩心堵塞率在 99 以上.从岩心试验评价及耐冲刷能力数据表明:该堵剂能有效封堵地层大孔道,封堵强度大 ,经 15 倍空隙体积地层水冲刷没有多大变化,堵剂耐冲刷能力强,调剖有效期长.2.2 不同形式粘土堵剂适用的地层根据 Barkman 和 Davidson 对悬浮物在多孔介质中渗流过程的研究结果,当注入速度大于 14.4m/d 时(现场一般大于此速度),若颗粒半径大于孔喉平均半径的 1/3 时,颗粒在多孔介质表面堵塞,形成外滤饼;当颗粒半径大于孔喉平均半径的 1/7,小于孔喉平均半径的 t/3 时,颗粒进入多孔介质
10、,在空隙喉部搭桥形成内滤饼;当颗粒半径小于孔喉平均半径的 1/7 时,颗粒能自由通过多孔介质.根据公式 K 一 r2/8(K 为渗透率 ,为空隙度,r 为孔喉半径)还可估算出不同形式粘土堵剂适用的地层渗透率范围(假设一 30%).粘土分散体系适用于渗透率为510tm 地层,活化体系适用于渗透率为 1015btm 地层,絮凝体系适用于渗透率15m.地层,固化体系用于封堵大孔道或特高渗透层.?3O?山东科学现场可根据注水井测定的 PI 值来判断使用不同形式的粘土堵剂 .PI 为压力指数,是注水井关井后测得的井口压力随时问的变化曲线.为使各注水井 PI 值有可比性,根据胜坨油田注水情况,把注水井平均
11、日注水量就近归整至 50m./d 来修正 PI 值,即PI33.从表 4 可看出,这些井的 PIo值大部分比较小.矿场应用中,注水压力小于 3MPa及 PI332.OMPa 的注水井,其孔道较大或存在特高渗透层,以高强度的固化体系,絮凝体系封堵为主;注水压力为 35MPa 及 2.OMPaPI335.OMPa 的注水井,由于其存在高渗透层,采用絮凝体系封堵为主;注水压力5.OMPa 及 5.OMPaPI338.OMPa 的注水井,有中高渗透层,采用分散体系,活化体系以及絮凝体系进行封堵;PI3310.OMPa 的注水井,先进行酸化,根据酸化后 PIo值的大小来确定采用何种体系进行封堵.表 42
12、001 年胜坨油田已实施粘土堵剂注水井的 P 瑶值2.3 矿场应用2.3.1 膨润土在胜一区沙二 2堵水试验胜一区沙二 2堵水试验区含油面积 22710m,油层深度 19302070m,平均有效厚度 2.9m,平均空气渗透率 8.5#m,采出程度 29.5,综合含水 92.5.注水井 6 口(开井 3 口), 油井 7 口(开 6 口). 在该区 3 口注水井,采用注入水以 2oA 的钠土悬浮1O的钙土配制成的粘土分散体系,进行了 4 次施工,共注入膨润土 87t,均取得成功.调剖后,3 口注水井吸水剖面都有了明显的改善,区块生产指标有了明显的好转.统计有效期内,区块综合含水由 92.5 降至
13、 86.7%,产油量上升,区块日产油量由 25.6t 上升到40t左右,累计增油 5400t.2.3.2 粘土双液法调剖剂在胜三区坨 7 断块的应用胜三区坨 7 断块主力单元小层包括 23 砂层组的 3 个主力小层,即 2,2,2 件.平均有效厚度 10.4m.使用粘土絮凝双液堵剂 13398m.,对该断块胡同地区的 5 口注水井进行了调剖.施工后,断块胡同地区注水压力平均由 9.3MPa 上升到 12.3MPa,平均单井日注水量保持 246m/d 不变,视吸水指数由 26.4m./(MPa.d)下降至 20m./(MPa.d),吸水剖面得到明显改善.对应油井见到明显效果,对比调剖前后,日产液
14、由1128.0m.下降到 1037.6m.,日产油由 57.6t 上升到 69.8t,含水由 94.9 下降至 93.3.4 结论(1)粘土堵剂目前主要有 4 种使用形式,分别为分散体系,活化体系,絮凝体系和固化体系.(2)粘土分散体系适用于渗透率为 5lO#m.地层,活化体系适用于渗透率为 1O第 3 期张桂意等:粘土类堵剂在胜坨油田的应用研究15/2m 地层,絮凝体系适用于渗透率15/2m 地层,固化体系用于封堵大孔道或特高渗透层.(3)在矿场应用中,注水压力小于 3MPa 及 PI2.OMPa 的注水井,其孔道较大或存在特高渗透层,以高强度的固化体系,絮凝体系封堵为主;注水压力为 35M
15、Pa 及2.OMPaPI5.OMPa 的注水井,由于其存在高渗透层,采用絮凝体系封堵为主; 注水压力5.OMPa 及 5.OMPaPI%8.OMPa 的注水井,有中高渗透层,采用分散体系,活化体系以及絮凝体系进行封堵;PI3810.OMPa 的注水井 ,先进行酸化,根据酸化后Pigs8 值的大小来确定采用何种体系进行封堵.致谢:本研究工作在实验设计和论文成文过程中得到了石油大学 (华东)赵福麟教授的帮助和支持,在此表示衰心感谢.参考文献13 牟泊中 .等.蒙脱石粘土/水分散体系中颗粒的性质 D.油田化学.2001:18(1):12.Ez3 赵福麟.采油用剂 I-M3.东营:石油大学出版社.19
16、98.33 赵福麟 .解通成.粘土双液法调剖封堵地层大孔道的研究J.石油.1994.15(1):56654宁廷伟.胜利油田开发和应用的粘土类堵水/调削剂J. 油田化学,1994;11(2):9197.Applicationandstudyofclaymud.pluggingagentsinShengtuoOilfieldZHANGGuiyi,CHAIDemin,ZHANGXiaowei,YAOHaixia,XINAiyuanGAOXuesheng,WANGGuixun,TANGHongtao(1.ShengliPlantofShengliOilfieldCompany,Dongying2570
17、51,China;2.ResearchInstituteofOil2.ProductionTechnology,ShengliOilfieldSinopec,Dongying257000,China)Abstract:Westudiedtheblockageabilityofdifferentkindofmudplaggingagents(includingclaydispersionsystem,activationsystemandsolidifiedsystem)andobtainedthesuitablepermeabilityrangeofformation.AccordingtothelocalconditionsofShengtuoOilfieldformation,weeducedtheproperrangeofPIvaluefordifferentmudpluggingagents.Keywords:claymudpluggingagents;dispersionsystem;activationsystem;solidifiedsystam;Shengtuo0ilfield珥 r 一_r 珏爵一一
