王 斌，汪 杰，姚二冬，周福建，張 樂(lè)，魏慧蕊，李秀輝

(1新疆油田公司工程技術(shù)研究院 2中國(guó)石油大學(xué)(北京)非常規(guī)天然氣研究院 3中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 4西部鉆探井下作業(yè)公司)

致密砂巖凝析氣藏開(kāi)采過(guò)程中形成較強(qiáng)的“液鎖”效應(yīng)大大降低氣井產(chǎn)量，而“液鎖”效應(yīng)的產(chǎn)生包括地層壓力下降凝析液析出和鉆完井時(shí)外來(lái)流體入侵兩種情況[1-2]。在現(xiàn)場(chǎng)通常采用解除“液鎖”損害和增加地層滲流能力的處理辦法，包括：對(duì)井眼重新完井、注入溶劑、水力壓裂、鉆水平井、水驅(qū)或氮?dú)怛?qū)替液鎖損害帶、氣體回注和近井地帶潤(rùn)濕性改變等。除儲(chǔ)集層潤(rùn)濕性改變外，其他方法解除近井地帶液鎖損害均為暫時(shí)性的，且消耗大量資金成本和設(shè)備[3]。如水力壓裂可有效改善地層滲流能力，但壓裂液返排過(guò)快會(huì)造成凝析液析出，慢速返排會(huì)造成壓裂液滯留，兩者均會(huì)產(chǎn)生液鎖現(xiàn)象，造成地層氣相滲透率下降，影響氣井產(chǎn)量[4]。

將氣藏潤(rùn)濕性改變?yōu)闅庀酀?rùn)濕，提高氣相滲流能力是長(zhǎng)效解除致密砂巖凝析氣藏液鎖問(wèn)題最有效的方法。2000年，Li K, Firoozabadi A等借助油氣藏巖石表面液濕性理論提出了油氣藏巖石表面“氣潤(rùn)濕”的概念，并將凝析氣藏潤(rùn)濕性從強(qiáng)液濕轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)先氣濕使氣井產(chǎn)量大幅度提高[5-6]。其主要作用機(jī)理為通過(guò)氟碳類活性物質(zhì)在巖石表面的吸附作用，使固體表面潤(rùn)濕性發(fā)生改變，達(dá)到疏水疏油的目的[7-10]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不同類型溶劑、反轉(zhuǎn)劑及其宏觀、微觀作用機(jī)理進(jìn)行大量深入的研究，揭示了潤(rùn)濕性改變前后介質(zhì)的潤(rùn)濕角、表面自由能、滲流能力等變化情況[10-15]。致密砂巖開(kāi)采過(guò)程中，通過(guò)水力壓裂形成高導(dǎo)流能力的支撐裂縫是主要的增產(chǎn)措施之一[16]，因此，針對(duì)裂縫-基質(zhì)雙重介質(zhì)的液鎖解除效果評(píng)價(jià)顯得尤其重要。

一、實(shí)驗(yàn)

1. 實(shí)驗(yàn)材料

0.5%wt水溶性氟碳類疏水疏油納米劑CRS-850，2%wt KCl鹽水，不同目數(shù)石英砂，迪北102井巖心，高純氮?dú)獾取?/p>

2. 實(shí)驗(yàn)儀器

巖心夾持器，填砂管，JY-PHb型接觸角測(cè)定儀，ISCO恒速恒壓泵，巖心劈裂設(shè)備,壓差傳感器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，量筒，秒表等。

3. 實(shí)驗(yàn)步驟

3.1 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

使用2%wt KCl鹽水注入未處理的飽和空氣巖心樣品中(用鹽水代替蒸餾水以避免巖心膨脹，破壞巖心內(nèi)部)，完成注入并達(dá)到穩(wěn)態(tài)條件；使用濕潤(rùn)氮?dú)怛?qū)替以置換巖心中的鹽水，然后用純甲醇溶液對(duì)巖心進(jìn)行處理，從巖心中清除剩余的鹽水，同時(shí)測(cè)試巖心端面的“空氣-水相-巖心”潤(rùn)濕角；將巖心放置于70℃烘箱中干燥24 h。為了使巖心飽和化學(xué)劑(氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑)，首先將巖心進(jìn)行抽真空吸收化學(xué)溶液，然后注入5 PV化學(xué)溶液以確保巖心完全被飽和，在70℃中老化2 d；使用濕潤(rùn)氮?dú)怛?qū)出巖心中化學(xué)劑，然后測(cè)試巖心端面的“空氣-水相-巖心”潤(rùn)濕角。巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)如表1所示。

3.2 填砂管實(shí)驗(yàn)

使用2%wt KCl鹽水注入石英砂填砂管模型中，完成注入并達(dá)到穩(wěn)態(tài)條件；使用潤(rùn)濕氮?dú)怛?qū)替以置換填砂管中的鹽水，記錄不同時(shí)間段氣驅(qū)排液量；恒速1 cm3/min的速率向填砂管中注入化學(xué)劑至穩(wěn)態(tài)條件，將填砂管在70℃中老化2 d；為避免填砂管中液體被蒸發(fā)造成誤差，向填砂管中重新注入1～2 PV化學(xué)劑至穩(wěn)態(tài)；濕潤(rùn)氮?dú)怛?qū)替填砂管以置換其中的液相，記錄不同時(shí)間段氣驅(qū)排液量。見(jiàn)表2。

表1 迪北102井實(shí)驗(yàn)用巖心基本參數(shù)表

表2 填砂管基本參數(shù)表

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

1. 優(yōu)先氣濕的實(shí)現(xiàn)

空氣中，巖心經(jīng)過(guò)0.5%wt的氣潤(rùn)濕納米劑CRS-850處理后，采用停滴法測(cè)量其潤(rùn)濕性改變前后巖心表面接觸角。處理前巖心表面“氣-液-固”左接觸角為32.5°，右接觸角為34.1°，表現(xiàn)為強(qiáng)水濕；當(dāng)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的CRS-850溶液處理后巖心“氣-液-固”左接觸角為101.5°，右接觸角為100.9°，巖心潤(rùn)濕性由強(qiáng)水濕轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀酀?rùn)濕。

2. 基質(zhì)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果

基質(zhì)巖心化學(xué)劑處理前后氣測(cè)滲透率見(jiàn)圖1。干燥巖心氣測(cè)滲透率介于0.048～0.63 mD之間，屬于低滲透率砂巖巖心。飽和鹽水后氣測(cè)滲透率平均降低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，這是由于液體進(jìn)入巖心基質(zhì)，由于巖心孔吼表面親水性，液相在孔吼端面吸附滯留，降低氣相滲流的孔吼半徑，對(duì)其形成堵塞，阻礙氣體滲流。同時(shí)，在大孔道，由于賈敏效應(yīng)的存在，氣泡在大孔道形成堵塞，進(jìn)一步阻礙氣體滲流，形成“液鎖”效應(yīng)。巖心經(jīng)過(guò)氣潤(rùn)濕劑CRS-850處理后，氣測(cè)滲透率平均恢復(fù)1～2個(gè)數(shù)量，表明氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑可顯著改善巖心孔吼表面的潤(rùn)濕性，氣相潤(rùn)濕有利于氣驅(qū)過(guò)程中液相流動(dòng)，將液體驅(qū)替出巖心，解除液相滯留降低孔吼半徑和“液鎖”效應(yīng)。

圖1 化學(xué)劑處理前后巖心氣測(cè)滲透率值

飽和鹽水后巖心損害率和化學(xué)劑處理后巖心氣測(cè)滲透率的提高率如圖2所示。飽和鹽水后，巖心氣測(cè)滲透率大大降低，巖心滲透率降低95.68%～99.84%；氣潤(rùn)濕劑處理后，巖心滲透率恢復(fù)效果顯著，在氣驅(qū)鹽水滲透率基礎(chǔ)上提高了501.69%～673.91%，表明氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑有利于致密砂巖儲(chǔ)層解除“液鎖”損害。

圖2 飽和鹽水巖心損害率和氣濕反轉(zhuǎn)劑改善效果圖

3. 填砂管模擬支撐裂縫實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用不同目數(shù)的填砂管模型模擬壓裂后形成的支撐裂縫，并評(píng)價(jià)氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑對(duì)不同滲透率填砂管模型液相損害解除效果。圖3為填砂管模型氣驅(qū)鹽水排水率曲線圖，氣驅(qū)鹽水時(shí)4.68 D、5.39 D、7.34 D、10.01 D滲透率填砂管對(duì)應(yīng)排水率分別為63.88%、59.26%、56.35%、50.51%，隨著干燥填砂管氣驅(qū)滲透率的降低，氣驅(qū)飽和鹽水后填砂管排水率逐漸增大，這主要由于填砂管滲透率越低，其內(nèi)部孔隙越小，氣驅(qū)過(guò)程中指進(jìn)程度越低，氣體在填砂管中可均勻推進(jìn)，氣驅(qū)排水率高。

圖3 填砂管模型氣驅(qū)鹽水排水率曲線圖

圖4為填砂管模型氣驅(qū)CRS-850溶液排水率曲線圖。通過(guò)CRS-850溶液氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑老化處理后的填砂管模型，4.68 D、5.39 D、7.34 D、10.01 D滲透率對(duì)應(yīng)氣驅(qū)排水率分別為78.59%、73.08%、67.45%、59.23%。相比于氣驅(qū)鹽水，CRS-850溶液處理后的模擬支撐裂縫氣驅(qū)排水率分別提高了14.71%、13.82%、11.09%、8.72%。同時(shí)，填砂管模型的滲透率越低，潤(rùn)濕性改變后氣驅(qū)排水率提高幅度越大，效果越顯著。

圖4 氣驅(qū)CRS-850溶液處理后填砂管模型排水率曲線圖

4. 裂縫-基質(zhì)巖心雙重介質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用巴西劈裂法將巖心進(jìn)行劈裂，并采用壓裂用支撐劑充填裂縫，形成裂縫-基質(zhì)巖心雙重介質(zhì)并評(píng)價(jià)氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑對(duì)其液相損害解除效果。裂縫寬度65 μm，基質(zhì)巖心初始滲透率為0.63 mD，干燥裂縫巖心初始?xì)鉁y(cè)滲透率為99.26 mD。裂縫-基質(zhì)巖心飽和鹽水后氣測(cè)滲透率為60.21 mD，下降幅度達(dá)39.34%；采用氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑處理后裂縫-基質(zhì)巖心氣測(cè)滲透率為79.54 mD，恢復(fù)率達(dá)19.47%。氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑對(duì)于壓裂后巖心仍具有較好的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)效果，實(shí)驗(yàn)表明氣測(cè)滲透率增加有利于氣驅(qū)壓裂后形成的裂縫-基質(zhì)巖心雙重介質(zhì)中的液相損害。

三、結(jié)論

(1)氟碳類氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑CRS-850溶液可實(shí)現(xiàn)巖心表面潤(rùn)濕性由強(qiáng)水濕性轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀酀?rùn)濕，處理后巖心端面“氣-液-固”平均潤(rùn)濕角從33.3°增大到101.2°。

(2)氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑顯著提高巖心內(nèi)部液相滲流能力，增加氣驅(qū)滲透率，巖心氣驅(qū)滲透率恢復(fù)效果顯著，在氣驅(qū)鹽水基礎(chǔ)上提高了501.69%～673.91%，表明氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑有利于致密砂巖儲(chǔ)層解除“液鎖”損害。

(3)氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑可進(jìn)一步解除填砂模型模擬壓裂后形成的支撐裂縫液鎖損害，填砂管模型滲透率越低，氣驅(qū)排水率越高，潤(rùn)濕性改變后的氣驅(qū)排水率提高幅度也越大。

(4)氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑可恢復(fù)裂縫-基質(zhì)巖心雙重介質(zhì)的氣測(cè)滲透率達(dá)19.47%，有利于解除壓裂后形成的裂縫及巖心基質(zhì)中液相損害，提高液相返排率潛力。