南堡35-2油田多元热流体吞吐高温防膨剂的筛选研究
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摘 要：针对南堡35-2油田的地质条件,在多元热流体吞吐试验前,开展了防膨剂的筛选与评价研究。通过天然岩心全岩心分析发现南堡油田粘土矿物含量达8.2%，其中以伊蒙混层为主，易发生膨胀；通过防膨率、与地层水的配伍性、耐水洗性能、渗透率保留率等实验，筛选评价出高温防膨剂A；在现场4口井的应用结果表明，该防膨剂具有较好的防膨能力，能够满足南堡35-2油田现阶段热采作业的需要。
关键词：高温防膨剂 多元热流体吞吐 南堡35-2油田
南堡35-2油田南区原油在50℃脱气后粘度介于1654~3893mPa.s，目前采出程度仅为1.6%，采油速度为0.4 %，但综合含水已达60.7%，原油地下粘度高、流动性差、油水流度比大等因素限制了油田有效、高效开发。世界稠油开发表明热采可实现原油加热降粘,改善油水流度比，达到提高稠油采收率、降低含水的目的，是稠油油藏开发的有效方法。2008年开始渤海油田在南堡35-2油田南区进行多元热流体热采试验。
多元热流体主要成分是氮气、水蒸汽、二氧化碳及根据技术需要添加的化学剂，其中注入水的矿化度非常低，水中可交换阳离子少，因此多元热流体在高粘土地层中易导致粘土颗粒水化程度高，膨胀的程度严重。为避免在注多元热流体过程中发生粘土膨胀，导致以后注不进去、吞不出来等问题的发生，往往需要使用防膨剂对地层进行预处理。
一、防膨机理
一般情况下，粘土矿物遇水后，在水中易解离、扩散成可交换的阳离子，形成扩散双电层，使表面带负电，而晶层之间互相排斥，产生粘土膨胀、分散运移，使地层的渗透率减小，堵塞地层。防膨剂的作用原理是在水中溶解、解离，产生聚阳离子，这些聚阳离子既可通过吸附，中和粘土表面的负电性，又可在粘土晶层间吸附，将粘土微粒桥连起来，抑制粘土膨胀，减少粘土的分散运移，从而达到保护地层孔隙不受伤害的目的。
二、南堡35-2油田天然岩心矿物分析
选取南堡油田天然岩心研碎、进行全岩定量分析。地层岩心矿物以石英为主，长石次之，粘土矿物总量为8.2%，较高；粘土矿物中以伊蒙混层为主，易发生膨胀。
三、防膨剂筛选及评价
1.防膨率测定
由于引起粘土水化膨胀的矿物主要是蒙脱石，因此选取蒙脱土为模型来考察防膨剂的防膨效果。用蒸馏水将高温防膨剂配制4%的溶液，将其放在高压容器中，加入3.0g钠土，使防膨剂溶液与钠土充分混合，放置高温烘箱中300℃静置24h后，冷却到室温将其倒入量筒中，静置24h后，观察粘土膨胀情况。用蒸馏水做空白实验，测定钠土在蒸馏水中的膨胀能力。在4%浓度下，防膨剂的防膨性能最优。
防膨剂的防膨率按下式计算： (1)
式中：
-防膨剂的静态防膨率，%；
V-钠土在防膨剂溶液中的体积，ml；
V油-钠土在煤油中的体积，ml；
V水-钠土在蒸馏水中的体积，ml；
2.与地层水配伍性评价
将6种防膨剂以1:1的比例与地层水互溶，看其是否浑浊或产生絮状沉淀。静止24小时后，没有出现任何絮状沉淀，结果表明6种防膨剂与地层水均有良好的配伍性。
3.耐水洗性能评价
将用4%浓度的高温防膨剂水溶液所在的量筒中的上层清液吸出，加蒸馏水至50mL刻度线，摇匀，静置24h，记录量筒中钠土的最终体积，计算防膨剂防膨率。高温下6种防膨剂的耐水洗性均良好，水洗3次后防膨率与水洗前相比变化较小。其中，A防膨效果好，3次水洗的防膨率均大于80%，作用时间长，防膨效果持久。
4.渗透率保留率评价
为评价防膨剂在实际油藏条件下的防膨性能，进行了岩心伤害模拟实验。取天然岩心（Ф25×100mm）洗油、烘干,气测岩心渗透率后,对岩心进行抽空、饱和模拟地层水,测其岩心孔隙体积后备用。注10~15PV标准盐水待压力稳定后测渗透率Ke值,再注入4PV 5%的A防膨剂溶液,流量控制在小于临界流量值。在280℃条件下静置42h后再注入40P V300℃热水，冷却至室温用模拟地层水测其液相渗透率，计算渗透率。由实验结果可知，用前置方式注入5%含量的防膨剂A，岩心渗透率都比初始渗透率高，岩心不但没有膨胀而且具有缩膨的功能，说明高温防膨剂A在高温条件下具有良好的防膨效果，优选出A作为防膨工艺用的高温防膨剂。
渗透率保留率按下式计算： (2)
式中：
K-渗透率保留率，%；
KD-初始液相渗透率，μm2；
KZ-防膨剂处理后的液相渗透率，μm2。
四、防膨剂现场应用效果
2010-2011年高温防膨剂A在南堡35-2油田a、b、c、d四口井进行现场应用。应用结果表明，采用防膨预处理后，注热较为顺利，基本没有发生因粘土水化膨胀、颗粒运移导致的地层吸气能力下降的情况，应用效果较好，满足南堡油田现阶段热采防膨作业的需求。
五、结论
1.南堡油田地层粘土矿物含量较高，在多元热流体吞吐时，易发生粘度膨胀、运移，导致地层吸气能力下降，因此，在注热前进行地层防膨预处理是十分必要的。
2.经过室内筛选及性能评价，高温防膨剂A具有与南堡油田地层流体配伍性良好，在高温条件下具有较好的防膨率、配伍性、耐水洗性、较高渗透率。
3.现场4口井应用结果表明，高温防膨剂A具有较好防膨效果，可以满足南堡油田现阶段热采的需要。作者简介：余焱冰（1976-），男，1998年毕业于石油大学（北京）石油工程专业。现任中海石油（中国）有限公司开发生产部采油工艺技术高级主管，主要从事油田开发、采油工艺研究和技术管理工作。