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 蒲萬芬，文彩琳，閆召鵬，陳權(quán)生，張勇，姜峰，杜代軍

（1．西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川成都610500；

2．新疆油田公司實驗檢測研究院，新疆克拉瑪依834000；

3．四川職業(yè)技術(shù)學院，四川遂寧610900）

 摘要：弱堿三元復(fù)合驅(qū)過程中，堿的存在容易對儲層產(chǎn)生損害，通過比較不同堿濃度的單一堿體系和弱堿三元復(fù)合體系與儲層的相互作用，研究了弱堿三元復(fù)合驅(qū)過程中生成的碳酸鹽垢、硅垢和黏土膨脹對儲層的損害。結(jié)果表明，與弱堿三元復(fù)合體系反應(yīng)后的鈣鎂離子濃度和硅離子濃度均低于單一堿體系，碳酸鹽垢和硅垢的形成趨勢弱于單一堿體系，結(jié)垢對儲層的傷害較小。黏土礦物在弱堿三元復(fù)合體系中的視膨脹率稍大于單一堿體系中的黏土礦物的視膨賬率，但由于黏土礦物在巖石成分中所占比例較小，黏土膨脹對儲層的損害也較小。

 關(guān)鍵詞：弱堿三元復(fù)合體系；碳酸鹽垢；硅垢；黏土膨脹；儲層損害

 隨著三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)在各大油田的推廣應(yīng)用，原油采收率被大幅度提高。但在注入過程中，三元復(fù)合體系會與儲層發(fā)生反應(yīng)形成2大類垢：一是堿與地層水中的二價陽離子( Ca2+、Mg2+)反應(yīng)生成碳酸鹽垢；二是堿對巖石黏土的溶蝕作用形成的硅垢。這些垢會降低體系的注入性，堵塞油層孔隙，成為制約三元復(fù)合驅(qū)推廣應(yīng)用的因素。同時，堿會增加巖石表面的負電荷，從而使晶間斥力增大，引起黏土膨脹，降低油層滲透率。通過對比發(fā)現(xiàn)，弱堿三元復(fù)合驅(qū)優(yōu)于強堿三元復(fù)合驅(qū)，特別是其結(jié)垢程度弱于強堿三元復(fù)合驅(qū)，這使得弱堿三元復(fù)合驅(qū)成為了三次采油技術(shù)中更具前景的一項技術(shù)。

 新疆油田七東1區(qū)克下組（簡稱KX組）屬于礫巖儲層，地層溫度為34.3℃，礦化度為10 022 mg/L，地層水鈣鎂離子質(zhì)量濃度高達123 mg/L，對該組油藏實施弱堿三元復(fù)合驅(qū)，Na2C03不僅在地層水中形成碳酸鹽垢，還會溶蝕巖石生成硅垢，降低地層滲透率。因此，有必要研究結(jié)垢對儲層的影響。同時，該組中黏土礦物絕對質(zhì)量分數(shù)平均為3. 71%，黏土礦物以高嶺石為主，伊／蒙混層為次，三元體系會導(dǎo)致黏土膨脹，對儲層造成損害。筆者主要研究了不同堿濃度的單一堿體系和弱堿三元復(fù)合體系對碳酸鹽垢、硅垢和黏土膨脹的影響，并結(jié)合該組儲層特征分析了它們對儲層的損害，篩選合理的堿濃度，進而指導(dǎo)弱堿三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)對該油藏的實際開發(fā)。

1實驗部分

1.1  實驗試劑與儀器

 主要試劑：注入水(二價陽離子質(zhì)量濃度為51 mg/L)、地層水、聚合物（質(zhì)量分數(shù)為0.5%）和表面活性劑（質(zhì)量分數(shù)為2. 5%）均由油田提供；碳酸鈉、EDTA二鈉鎂、氯化銨、EDTA二水合物、乙醇、氨水、鉻黑T、鹽酸、鉬酸銨，成都市科龍化工試劑廠生產(chǎn)；蒸餾水，自制。

 主要儀器：Master sizer 2000激光粒度分析儀；XMT626泥頁巖水化膨脹應(yīng)變測試儀；UV -1800紫外可見分光光度計；Quanta 450環(huán)境掃描電鏡；80_2臺式離心機；B -220恒溫水浴鍋；ESJ120-4A電子天平；PHB一1型便攜式酸度計；堿式滴定管。

1.2實驗方法及步驟

1.2.1  體系的配制

 用注入水配制不同堿濃度的單一堿體系(Na2 C03質(zhì)量分數(shù)：0.6%、0. 7%、0.8%、0.9%、1. 0%)和不同堿濃度的三元復(fù)合體系（Na2C03質(zhì)量分數(shù)：0.6%、0. 8%、1.0%；聚合物質(zhì)量分數(shù)為0.15%；表面活性劑質(zhì)量分數(shù)為0. 3%）。

1.2.2碳酸鹽垢對儲層的損害研究

將體系與地層水按體積比為1：1混合放于34.3℃的恒溫水浴鍋中，混合體系的組成如表1所示。在不同老化時間段內(nèi)，觀察結(jié)垢情況，采用EDTA滴定法測試混合體系中的鈣鎂離子濃度，分析單一堿體系和三元復(fù)合體系結(jié)垢不同的原因。并用激光粒度分析儀對混合體系老化12 h后的結(jié)垢物平均粒徑進行表征，分析不同堿濃度下的結(jié)垢物粒徑與儲層孔吼的匹配性。

1.2.3硅垢對儲層的損害研究

 稱取10 g巖屑，將100 mL體系與巖屑接觸（固液比為1：10），震蕩均勻并置于34.3℃的恒溫水浴鍋中。在不同老化時間段內(nèi)，用離心機將固液分離（轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，時長為10 min），取1 mL分離后的液體，用蒸餾水將其稀釋50倍，用鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH為1~2，取2 mL鉬酸銨作指示劑（質(zhì)量分數(shù)為10%），用紫外可見分光光度計測定液相的硅離子濃度，并用環(huán)境掃描電鏡對老化7d后的巖樣進行微觀結(jié)構(gòu)表征，分析堿對儲層的溶蝕作用。

1.2.4黏土膨脹對儲層的損害研究

配制黏土礦物（高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石成分百分比：60u/0：14.7 %：8%：17.3%），稱量8g黏土放人巖心筒，在5 MPa下壓10 min，將制得的黏土壓塊裝入頁巖膨脹儀(溫度為34.3℃，壓力為16.8 MPa)，浸入50 mL體系溶液，記錄不同時間的膨脹高度，計算視膨脹率B:

式中，ho為黏土塊的初始高度；h。為黏土塊在不同時間的膨脹高度

2結(jié)果與討論

2.1  碳酸鹽垢對儲層的損害研究

2.1.1  體系中鈣鎂離子濃度的變化

單一堿體系和三元體系中鈣鎂離子濃度隨時間的變化情況分別如圖1、圖2所示。從圖1可知，在單一堿體系中，鈣鎂離子濃度在前Sh內(nèi)下降較快，而在Sh左右趨于穩(wěn)定。在同一時刻，隨著堿質(zhì)量分數(shù)的升高，體系中的鈣鎂離子濃度表現(xiàn)出減小的趨勢。由圖2可知，到達24 h時，三元體系的鈣鎂離子濃度高于單一堿體系，說明三元體系生成碳酸鹽垢的程度弱于單一堿體系，對儲層損害較小。這是因為聚合物的增黏作用以及羧酸根離子的絡(luò)合作用，表面活性劑對鈣鎂離子的增溶作用，降低成垢離子相互碰撞的幾率，降低結(jié)垢物的聚集速度，達到抑制結(jié)垢的作用。因此，通過測定單一堿體系和三元復(fù)合體系中鈣鎂離子濃度變化可以發(fā)現(xiàn)，堿質(zhì)量分數(shù)越小，形成的碳酸鹽垢就越少，對儲層的傷害就越小。

2.1.2碳酸鹽垢粒徑測試

用激光粒度分析儀分析結(jié)垢物粒徑可知，結(jié)垢物平均粒徑為4. 122 2~9.989 7ym，如表2所示。據(jù)文獻[16]可知，KX組滲透率為0.024 4×10 q~3 620 x10-pum2，而巖心滲透率與孔隙中值半徑的關(guān)系為：

式中，K為巖心滲透率，mm2；r為孔隙中值半徑，mm。

因此，該組巖心孔隙中值半徑范圍為3. 239 7~11. 093 1ym。由此發(fā)現(xiàn)，在一元體系中，堿質(zhì)量分數(shù)大于0. 7%時，產(chǎn)生的結(jié)垢物會堵塞孔喉，而三元體系的結(jié)垢物粒徑均小于0.2斗m，根據(jù)顆粒的架橋理論，若r粒< l/7r:fL，則結(jié)垢物可以通過孔隙。因此，三元體系的結(jié)垢物粒徑遠遠小于巖心孔隙，僅從粒徑的角度考慮，三元體系的結(jié)垢物對儲層的損害較小。堿質(zhì)量分數(shù)越大，垢粒徑越大，對儲層的傷害越大。與單一堿體系對比發(fā)現(xiàn)，三元體系的粒徑小1個數(shù)量級，結(jié)果與體系老化過程中的鈣鎂離子濃度的變化相對應(yīng)。因此，弱堿三元復(fù)合體系較單一堿體系對儲層的損害小。

2.2硅垢對儲層的損害研究

2.2.1硅離子質(zhì)量濃度的變化

單一堿體系和三元體系溶液中硅離子質(zhì)量濃度變化情況分別如圖3、圖4所示。由圖3可知，在單一堿體系中，硅離子濃度隨時間的延長而增大，溶蝕作用較強。由圖4可知，三元體系作用下的硅離子質(zhì)量濃度在同一堿質(zhì)量分數(shù)、同一時間下降低將近20 mg/L，且在第Sd左右硅離子質(zhì)量濃度不再發(fā)生變化，說明三元體系對巖石的溶蝕程度弱于單一堿體系，硅垢的形成程度弱于單一堿體系。表明表面活性劑和聚合物能夠減緩堿對巖樣的溶蝕作用，因為表面活性劑和聚合物可吸附在巖樣表面，降低堿與巖樣的反應(yīng)速率。同時，兩類體系對巖樣的溶蝕作用呈現(xiàn)出相同的規(guī)律：堿質(zhì)量分數(shù)越大，溶蝕作用越強，這是因為隨堿質(zhì)量分數(shù)的增加，單位體積溶液中Na+越多，易與其單元結(jié)構(gòu)層內(nèi)的硅離子產(chǎn)生離子交換，硅元素更多地被置換出來。因此，堿質(zhì)量分數(shù)越低，形成硅垢的程度就越弱，對儲層的傷害就越小。

2.2.2巖樣微觀結(jié)構(gòu)表征

 從老化7d前后的原始巖樣、巖石與單一堿液反應(yīng)、巖石與弱堿三元復(fù)合體系反應(yīng)后的微觀結(jié)構(gòu)圖可以看出，原始巖樣表面存在大量的書頁狀、蠕蟲狀高嶺石，晶體片狀結(jié)構(gòu)較為完整。與單一堿液反應(yīng)后的巖樣中晶體輪廓模糊，有少量的顆粒物沉積，可能是剝離的巖石顆�；虍a(chǎn)生的碳酸垢，溶蝕痕跡較為明顯。與三元體系反應(yīng)后的巖樣表面的晶體尺寸減幅減小，外觀輪廓比較清晰，這是因為吸附的聚合物、表面活性劑可使巖石的微觀結(jié)構(gòu)變得平整，進一步表明表面活性劑和聚合物能夠減緩堿對巖樣的溶蝕作用。結(jié)合液相中硅離子質(zhì)量濃度變化曲線可知，單一堿液中的硅離子質(zhì)量濃度高于三元體系，巖樣中的硅元素損失量大于三元體系，說明弱堿三元復(fù)合體系對巖石的溶蝕作用弱于單一堿體系，對儲層的損害較小。

2.3黏土膨脹對儲層的損害研究

蒙脫石和伊利石是導(dǎo)致黏土膨脹的因素，其中，蒙脫石是膨脹的主要因素。在單一堿體系和三元復(fù)合體系中，黏土的膨脹行為具有相同變化規(guī)律：隨時間增加，視膨脹率迅速增大，達到一定值后緩慢增加，最后趨于穩(wěn)定，分別如圖5、圖6所示。在同一時間點內(nèi)，堿質(zhì)量分數(shù)增加，視膨脹率逐漸增加，超過一定堿質(zhì)量分數(shù)后，視膨脹率下降。這是由于在較低堿質(zhì)量分數(shù)范圍內(nèi)，堿溶液中含有C02 -、OH -等強作用使蒙脫石表面的負電量增加，顆粒間斥力增強，視膨脹率增大。但當堿質(zhì)量分數(shù)達到一定值后，巖石中被溶蝕的Al3+與黏土表面產(chǎn)生電性中和作用，有效負電量降低，視膨脹率降低。由圖5和圖6可知，堿質(zhì)量分數(shù)均為0. 8%~0.9%時，黏土的視膨脹率達到最大值，其中，單一堿體系和三元體系中黏土的視膨脹率最大值分別為45%、50%，說明三元復(fù)合體系使黏土的膨脹程度稍大于單一堿體系，這是因為聚合物和表面活性劑均可增加黏土的負電荷，增大顆粒間斥力，使黏土膨脹更多。

 該組中黏土礦物質(zhì)量分數(shù)僅為3. 71%，在三元復(fù)合體系的作用下，黏土的膨脹度最大值僅為1. 86%，對儲層傷害不大。堿質(zhì)量分數(shù)越小(低于0.8%)，黏土膨脹導(dǎo)致的儲層損害就越小。

3結(jié)論

 (1)與單一弱堿驅(qū)相比，對KX組油藏實施弱堿三元復(fù)合驅(qū)，復(fù)合體系與儲層反應(yīng)后的鈣鎂離子濃度和硅離子質(zhì)量濃度均低于單一堿體系，形成的碳酸鹽垢粒徑均小于0.2}Lm，且對儲層的溶蝕作用較小，注入弱堿三元復(fù)合體系導(dǎo)致的結(jié)垢對儲層的損害較小。

 (2)弱堿三元復(fù)合體系導(dǎo)致的黏土視膨脹率稍大于單一堿體系，但結(jié)合KX組的黏土質(zhì)量分數(shù)，復(fù)合體系在該組導(dǎo)致的巖石膨脹度值最大僅為1. 86%，對儲層的損害較小。

 (3)堿質(zhì)量分數(shù)是造成儲層損害的主要因素，實際施工中應(yīng)合理優(yōu)化堿質(zhì)量分數(shù)。