汪 杰 ，周福建 ，姚二冬 ，張 樂(lè) ，李 源 ，譚艷新

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）非常規(guī)天然氣研究院，北京102249；2.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，北京 102249）

致密砂巖凝析氣藏開采過(guò)程中會(huì)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]。D.Afidick等[3]指出液相占比達(dá)到孔隙體積1.1%時(shí)，凝析氣藏產(chǎn)量將顯著下降[3]。在現(xiàn)場(chǎng)通常采用解除凝析液堵塞傷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)替液鎖傷害帶、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傷害均為暫時(shí)性的，且消耗大量資金成本和設(shè)備[4]。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[5]。因此，通過(guò)改變氣藏潤(rùn)濕性解除液相傷害是本研究的重點(diǎn)。2000年，K.Li等[6-7]首次利用含氟化學(xué)物質(zhì)FC722報(bào)道了儲(chǔ)層巖石潤(rùn)濕性改變?yōu)闅怏w潤(rùn)濕條件。之后，國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試采用不同的化學(xué)劑以改變儲(chǔ)層巖石的氣潤(rùn)濕性。通常情況下，氣潤(rùn)濕劑的基液主要為水或乙醇[8-17]。

塔里木油田迪西區(qū)塊屬于典型的致密砂巖凝析氣藏。地層中流體造成的液相傷害主要以鉆完井、壓裂等過(guò)程中外來(lái)流體入侵、滯留為主。而砂巖儲(chǔ)層表面通常以負(fù)電為主，陰離子型表面活性劑在其表面吸附量較低，作用效果有限。為有效解決致密砂巖凝析氣藏外來(lái)流體入侵傷害，尋找適用于砂巖儲(chǔ)層的氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑，本研究采用不同類型的非離子型表面活性劑、陽(yáng)離子型表面活性劑、氟碳納米液等，評(píng)價(jià)其在致密砂巖儲(chǔ)層的氣潤(rùn)濕性改變能力和注入性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

非離子型表面活性劑AEO-7、6003破，含氟陽(yáng)離子型表面活性劑Fc-138、Fc-134，氟碳納米液CRS-850，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的KCl鹽水，迪北102井巖心，高純氮?dú)獾?。?為迪北102井巖心基本參數(shù)，圖1為巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流程。

表1 迪北102井實(shí)驗(yàn)用巖心基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of cores for experiment in Dibei 102

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與步驟

實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備包括巖心夾持器、JY-PHb型接觸角測(cè)定儀、ISCO恒速恒壓泵、壓差傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、納米粒度儀、量筒、秒表、天平等。實(shí)驗(yàn)主要包括巖片潤(rùn)濕角測(cè)試實(shí)驗(yàn)、巖心自吸實(shí)驗(yàn)和巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前利用索氏提取法對(duì)所有巖片和巖心進(jìn)行洗油和烘干處理。巖片潤(rùn)濕角測(cè)試實(shí)驗(yàn)主要包括：（1）測(cè)試潤(rùn)濕性改變前巖片在空氣中的“氣-液-固”潤(rùn)濕角；（2）將巖片放入配制好的80℃潤(rùn)濕性處理液中老化12 h；（3）取出巖片烘干，重新測(cè)量巖片在空氣中的“氣-液-固”潤(rùn)濕角；（4）對(duì)比巖片處理前后的潤(rùn)濕角，判斷潤(rùn)濕性處理液的改善效果。自吸實(shí)驗(yàn)主要包括：（1）采用吊環(huán)法和稱重法測(cè)量巖心潤(rùn)濕性改變前的自吸液量；（2）將巖心放入處理液中真空飽和24 h，然后取出巖心，采用巖心驅(qū)替裝置將巖心繼續(xù)飽和2～4 PV，然后80℃老化12 h；（3）烘干巖心，然后重新采用吊環(huán)法和稱重法測(cè)量巖心隨時(shí)間變化的自吸量；（4）對(duì)比化學(xué)劑處理前后的巖心自吸液量，判斷潤(rùn)濕性處理液的改善效果。巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)主要包括：（1）使用氮?dú)鉁y(cè)定干燥巖心滲透率；（2）使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的KCl鹽水飽和巖心4～6 PV，然后氣測(cè)飽和鹽水后巖心的滲透率，直到壓力達(dá)到穩(wěn)定為止；（3）使用潤(rùn)濕性處理劑驅(qū)替飽和巖心4～6 PV，然后80℃老化12 h；（4）重新測(cè)量化學(xué)劑處理后巖心的氣測(cè)滲透率；（5）對(duì)比三種情況下巖心的氣測(cè)滲透率值，判斷潤(rùn)濕性處理液對(duì)巖心滲透率恢復(fù)情況及液鎖解除程度。

圖1 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流程Fig.1 Core flooding experiment flow chart

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)先氣濕的實(shí)現(xiàn)

在處理過(guò)的和未處理過(guò)的巖心端面上放置3 μL的微滴后，分析由數(shù)字顯微鏡（Dino Lite）拍攝的液滴圖像來(lái)測(cè)量“氣-液-固”靜態(tài)接觸角。表2是不同化學(xué)劑處理前后，巖心表面“氣-液-固”接觸角測(cè)試結(jié)果。由表2可知，氟碳納米液CRS-850具有較好的氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)效果，巖心表面接觸角從45.6°增加到92.1°，由強(qiáng)水濕轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀酀?rùn)濕；含氟陽(yáng)離子型表面活性劑Fc-134可將巖心表面潤(rùn)濕角從35.0°提高到54.5°，但效果弱于CRS-850。圖2為采用CRS-850氣濕劑處理巖心表面后的接觸角測(cè)試結(jié)果。

2.2 氣濕劑可注入性評(píng)價(jià)

氣濕反轉(zhuǎn)劑在低滲透率砂巖儲(chǔ)層中具有可注入性，并在儲(chǔ)層深部改善巖心潤(rùn)濕性，是評(píng)價(jià)其有效性的重要指標(biāo)之一。

表2 “空氣-水-巖心”靜態(tài)接觸角測(cè)試平均值Table 2 "Air-water-core"static contact angle test

圖2 巖心表面潤(rùn)濕性接觸角Fig.2 Core surface contact angle

圖3 為氣潤(rùn)濕劑CRS-850粒徑測(cè)試。由圖3可知，其主要粒徑分布在85.52 nm左右，遠(yuǎn)小于1 μm巖心孔吼大小。因此，CRS-850溶液在迪北102巖心中具有良好的可注入性。

圖3 氟碳納米液CRS-850粒徑Fig.3 Fluorocarbon nano-liquid CRS-850 particle size test results

2.3 自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)

通過(guò)液相自發(fā)滲吸驅(qū)替飽和空氣的干燥巖心，研究氟碳納米液CRS-850處理后的巖心樣品氣潤(rùn)濕性能。當(dāng)巖心屬于液相潤(rùn)濕時(shí)，毛管力是液相滲吸的動(dòng)力，巖心中自發(fā)滲吸水量隨時(shí)間逐漸增大；當(dāng)巖心屬于氣相潤(rùn)濕時(shí)，毛管力是液相滲吸的阻力，巖心中自發(fā)滲吸水量顯著降低。測(cè)量浸入液體（鹽水）進(jìn)入飽和空氣巖心中的吸液量隨時(shí)間變化關(guān)系，判定巖心潤(rùn)濕性改變情況。圖4為巖心累計(jì)自吸鹽水量和自吸鹽水速率隨時(shí)間變化的關(guān)系。

圖4 累計(jì)自吸鹽水量和自吸鹽水速率隨時(shí)間的變化Fig.4 Cumulative spontaneous imbibition brine and spontaneous imbibition brine rate

由圖4可知，處理前巖心自吸鹽水量0.360 8 g，處理后自吸量下降至0.020 6 g，巖心自吸量下降幅度達(dá)98.85%；最大自吸速率從0.053 g/min下降至0.002 g/min。

2.4 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

圖5為巖心經(jīng)化學(xué)劑處理前后氣測(cè)滲透率。圖6為飽和鹽水后巖心傷害率和化學(xué)劑處理后巖心氣測(cè)滲透率的提高率。

圖5 化學(xué)劑處理前后巖心氣測(cè)滲透率徑Fig.5 Core gas permeability values before and after chemical treatment

圖6 飽和鹽水巖心傷害率和氣濕反轉(zhuǎn)劑改善效果Fig.6 Saturated brine core damage rate and gas-water reversal agent improvement effect

由圖5可知，干燥巖心氣測(cè)滲透率為0.048～0.630 mD，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)量級(jí)，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相傷害。

由圖6可知，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)層解除液相傷害。

3 結(jié) 論

（1）相對(duì)于其他化學(xué)劑，氟碳納米液CRS-850具有較好的氣潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)效果，巖心表面接觸角從45.6°增加到92.1°，由強(qiáng)水濕轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀酀?rùn)濕，含氟陽(yáng)離子型表面活性劑Fc-134可將巖心表面潤(rùn)濕角從 35.0°提高到 54.5°，但效果弱于 CRS-850。

（2）巖心潤(rùn)濕性改變氣相潤(rùn)濕后毛管力是液相滲入的阻力，液相進(jìn)入巖心難度增加。處理前巖心自吸鹽水量0.360 8 g，處理后自吸量下降至0.020 6 g，巖心自吸量下降幅度達(dá)98.85%；最大自吸速率從0.053 g/min下降至0.002 g/min。

（3）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)層解除液相傷害。