澀北氣田疏松砂巖氣藏儲集層堵塞機理及解堵技術應用

廖麗，歐寶明，陳君，吳程，姜琪，倪勇，趙玉

(中國石油 青海油田分公司a.鉆采工藝研究院；b.生產運行處，甘肅 敦煌 736200)

澀北氣田第四系疏松砂巖氣藏是柴達木盆地天然氣開發的主要氣藏，儲集層膠結強度低，巖性以含泥粉砂巖和泥質粉砂巖為主，整體上具有泥質含量高和壓力敏感性強的特點[1-3]，水體主要以邊水的形式存在，屬于中—強水驅氣藏，現今地層壓力系數為0.72，常見作業井漏失[4-5]。

隨著氣田的深入開發，氣井出水出砂日益嚴重。此外，外來流體侵入導致儲集層氣相相對滲透率降低，堵塞頻發，嚴重影響氣井產能[6-8]。針對儲集層堵塞的30 余口井，采取了增大生產壓差、注氣、注水等解堵措施，解堵有效率僅約為23%，效果不佳。本文針對澀北氣田疏松砂巖氣藏儲集層泥質含量高和出水加劇的特點，以保護儲集層為目標，開展儲集層堵塞和解堵模擬實驗，研制高效低成本的解堵液，為研究區氣藏的有效開發提供服務。

1 儲集層堵塞機理

澀北氣田第四系疏松砂巖氣藏儲集層以泥質粉砂巖、粉砂質泥巖和含粉砂泥巖為主，填隙物主要為伊利石、綠泥石、方解石和白云石，還有少量重晶石及鐵氧化物，其中，伊利石和綠泥石含量高；膠結物以方解石和白云石為主，儲集層水敏性較強。儲集層孔隙度主要為30%～35%，滲透率主要為1.0～10.0 mD，屬于高孔中—低滲儲集層。

隨著開發步入中—后期，水侵加劇，儲集層巖石骨架承受壓力增大，儲集層滲透率下降，地層壓力系數下降，85%的作業井存在不同液量的漏失，造成鉆井液、壓井液、沖砂液、壓裂液等侵入儲集層，使得儲集層滲流通道水鎖[9-14]。氣井壓力下降，出水增多，造成液相流體水鎖、黏土礦物水化膨脹和分散運移，是儲集層物性變差的主要因素。

1.1 儲集層堵塞實驗

結合澀北氣田第四系疏松砂巖氣藏儲集層實際參數，分別制作不同孔隙度、滲透率、含水飽和度和黏土礦物含量的樣品，開展水侵傷害評價實驗，實驗步驟如下：①樣品洗油，烘干；②用天然氣測定有效滲透率；③將孔隙度、滲透率及黏土礦物含量不同的樣品放入盛有地層水的燒杯中，自發滲吸72 h后取出并擦干，將樣品在用地層水浸濕的纖維上滾動，使其除兩端面之外的外表面均勻浸濕，直至樣品吸入水的質量是所要建立含水飽和度需要的水的質量；④開展樣品驅替實驗，測定滲析后的有效滲透率。

計算滲透率傷害率：

式中K1——滲析前樣品有效滲透率，mD；

K2——滲析后樣品有效滲透率，mD；

ηd——滲透率傷害率，%。

1.2 孔隙度對儲集層堵塞傷害的影響

分別制作孔隙度小于10%、10%～20%和大于20%的樣品，開展孔隙度對儲集層堵塞傷害影響的模擬實驗。由實驗結果可以看出，儲集層樣品孔隙度越小，滲透率傷害率越大(圖1)。從毛細管力的Laplace公式可知，地層巖石的孔徑越小，所產生的自吸毛細管力就越大，就會出現越強的自吸效應。在氣藏開發過程中，水相一旦大量侵入產層，毛細管自吸效應會十分顯著，進而產生水鎖，近井地帶水鎖會縮小或封閉氣體流向井筒的通道，造成氣井產能降低[15-19]。

圖1 研究區儲集層樣品滲透率傷害率與孔隙度的關系Fig.1.Relationship between permeability damage rate and porosity of the reservoir samples from the study area

1.3 滲透率對儲集層堵塞傷害的影響

分別制作滲透率小于10 mD、10～100 mD 和100～500 mD 的樣品，開展滲透率對儲集層堵塞傷害影響的模擬實驗。由實驗結果可以看出，樣品滲透率越小，滲透率傷害率越大(圖2)。這是由于通常滲透率較小的樣品孔喉半徑較小，毛細管力較大，自吸效應更顯著。

1.4 含水飽和度對儲集層堵塞傷害的影響

制作6 塊含水飽和度不同的樣品，開展含水飽和度對儲集層堵塞傷害影響的模擬實驗。由實驗結果可以看出，樣品含水飽和度較高時，滲透率傷害率較大(圖3)。這是由于含水飽和度越高，則初始含水飽和度和束縛水飽和度的差值越大，多余的水滯留孔道，使得樣品滲透率降低，水鎖傷害程度提高。

圖3 研究區儲集層樣品滲透率傷害率與含水飽和度的關系Fig.3.Relationship between permeability damage rate and water saturation of the reservoir samples from the study area

1.5 黏土礦物含量對儲集層堵塞傷害的影響

采用鉆井用鈉基膨潤土，分別制作黏土礦物含量為10%、20%、30%和40%的樣品各2 個，開展黏土礦物含量對儲集層堵塞傷害影響的模擬實驗。由實驗結果可以看出，樣品的黏土礦物含量越高，滲透率傷害率越大(表1)。這是由于黏土礦物水化膨脹后，儲集層孔喉縮小，滲透率降低，因此，黏土礦物含量越高，對儲集層的傷害越大。非膨脹性的黏土礦物會分割和充填孔喉，產生大量的微孔隙，并表現出強烈的親水性，增大毛細管力自吸趨勢能和流體束縛能，使得儲集層潛在堵塞效應增強。

表1 研究區儲集層不同黏土礦物含量樣品滲透率變化Table 1.Changes of permeability of the reservoir samples with different clay mineral contents

2 解堵方法

增大生產壓差、注氣、注表面活性劑和注解堵液解堵應用較為普遍，可操作性強[20-27]。針對上述方法開展解堵模擬實驗，增大生產壓差、注氣解堵和注表面活性劑解堵后，測定解堵后樣品有效滲透率，實驗后樣品滲透率提高20.0%～30.0%。此外，設置以下類型的解堵液：解堵液1 為1.0%～3.0%氟硼酸+3.0%緩釋酸；解堵液2 為1.0%～3.0%氫氟酸+8.0%鹽酸；解堵液3 為8.0%～10.0%鹽酸前置酸+1.0%～3.0%氫氟酸+8.0%鹽酸，采用解堵液3進行解堵后，樣品滲透率最大可提高55.3%(表2)。儲集層孔喉堵塞物的有效溶解，降低了近井帶黏土礦物運移對儲集層的傷害，有效提高了儲集層滲流能力。

表2 不同類型解堵液對研究區儲集層的解堵能力Table 2.Performance of different plugging removal fluids in the reservoirs of the study area

結合澀北氣田第四系疏松砂巖氣藏儲集層特征，針對高黏土礦物含量導致微粒運移堵塞儲集層的情況，在不傷害儲集層骨架結構的前提下，通過酸液溶解儲集層淤塞的泥質或其他堵塞物，達到解除儲集層堵塞的目的。在上文所述優選解堵液類型的基礎上，測定不同比例酸液對研究區儲集層的巖屑溶蝕率(表3)，明確了鹽酸使用比例為4.0%～10.0%，氫氟酸使用比例為1.0%～1.5%。若鹽酸比例大于10%，氫氟酸比例大于1.5%時，樣品溶蝕率預計超過45.0%，可能導致儲集層骨架破壞，增大出砂風險。

表3 研究區儲集層樣品注入不同酸液配比解堵液的巖屑溶蝕率Table 3.Cutting dissolution rates of reservoir samples after injecting plugging removal fluids with different proportions of acid

此外，研究區儲集層的堵塞原因多為復合型，因此，應在解堵液中添加解水鎖劑以提高解堵效果，同時也可降低解堵后返排液的表面張力，從而利于液體排出。通過實驗可知，解水鎖劑質量分數為2.1%時，表面張力降至最低為21 mN/m?？紤]成本及氣井水鎖程度，確定研究區解水鎖劑質量分數為1.0%～2.0%。綜上所述，最終優選出前置酸為8.0%～10.0%鹽酸，主體配方為4.0%～10.0%鹽酸+1.0%～1.5%氫氟酸+1.0%～2.0%解水鎖劑的解堵液。

3 實際應用

為增強措施針對性、提高施工效率及降低成本，確定3 個選井原則：①停產前生產平穩，具備復產潛力；②氣舉空循環，未砂埋或少量砂埋；③人工助排無氣水，關井注氣壓力高?，F場采用原井不動管柱進行施工，解堵劑注入儲集層后沿井軸徑向擴散，考慮解堵液在儲集層中多沿溶蝕后的孔隙推進，酸液用量設計中考慮近井地帶儲集層孔隙度，防砂充填部位孔隙度為37.4%，地層孔隙度取堵塞井實際值。

2020 年，優選17 口停產井，開展化學解堵技術先導性試驗，施工成功率為89%，施工復產率為56%，試驗井平均日增產氣量為6.5×104m3，累計增產氣量為1 776.2×104m3。2021 年，不斷優化工藝技術，在井均酸液用量降低14.67%、井均解堵半徑縮小16.36%、儲集層每米解堵液用量下降21.21%的基礎上，儲集層解堵后復產率提升至85%，相比優化前復產率提高了29%(表4)。同時，經解堵類型和施工車組優化，單井施工費用降低67%，現場推廣應用92 井次，天然氣日產量為41.4×104m3，累計增產氣量為5 800.0×104m3，應用效果顯著。

表4 研究區儲集層化學解堵優化參數統計Table 4.Parameters before and after the optimization of chemical plugging removal in the reservoirs of the study area

現場應用表明，該項化學解堵技術能夠有效解決澀北氣田出現的儲集層堵塞問題，為疏松砂巖儲集層堵塞井挖潛提供了有效方法，豐富了采氣工藝技術，對氣田穩產以及提高采收率起到重要作用，取得了較顯著的社會效益和經濟效益，該技術成果具有較好的推廣價值和應用前景。

4 結論

(1)澀北氣田疏松砂巖氣藏在開發過程中，氣井壓力下降、液相流體水鎖及黏土礦物運移是儲集層物性降低的主要因素，其中，黏土礦物含量高是儲集層堵塞的主要因素。

(2)澀北氣田應采用解堵液解除儲集層堵塞，主體配方建議為4.0%～10.0%鹽酸+1.0%～1.5%氫氟酸+1.0%～2.0%解水鎖劑。

(3)形成的化學解堵技術適用于澀北氣田疏松砂巖氣藏，能夠有效解除儲集層堵塞，施工成本低，作業周期短，應用效果顯著。