粘土控制技術

粘土膨脹、分散、運移等都將引起吸水能力大幅度下降。防止注水過程中的粘土膨脹也是一種有效的增注措施。常用的方法有:周期性防膨劑段塞注入或周期性粘土收縮劑段塞注入,礦化度梯度注水、強磁增注或稱磁化抑膨技術。

概述,常用方法,

概述

粘土膨脹、分散、運移等都將引起吸水能力大幅度下降。防止注水過程中的粘土膨脹也是一種有效的增注措施。常用的方法有:周期性防膨劑段塞注入或周期性粘土收縮劑段塞注入,礦化度梯度注水、強磁增注或稱磁化抑膨技術。

常用方法

粘土防膨劑段塞注入
粘土防膨劑選擇和注入方式是其技術的核心要點。由於粘土礦物成份和油層岩石的差異,沒有一種固定的現成防膨劑通用於各油層,篩選防膨劑是最重要的技術工作。在注水過程中進行防膨處理,其注入方式有段塞注入和連續注入,周期性注入加防膨劑的注水段塞可降低成本。在停止加防膨劑注水後,其注水量降低到一定值時,或經酸化等作業的新鮮岩面,需再注入段塞,然後再注水。
粘土防膨劑可分為無機鹽類、無機物表面活性劑,離子型表面活性劑(有機物離子表面活性劑)以及無機物離子型表面活性劑復配物。且這順序也是粘土防膨劑發展的大致歷程。無機鹽類KCl、NH4Cl有效期短,無機物表面活性劑,如鐵鹽類,施工條件嚴,成本高。離子型有機物類粘土處理劑是目前常用的防膨劑,如聚季胺這種處理劑,有效期長,成本較低,施工容易。無機鹽和有機物混合的處理劑也已開始套用。綜合二者的性能,降低了成本,提高了有效期。
防膨劑的篩選必須經過初選和滲流防膨效果評價。初選是將油層的岩屑粉碎過篩後,稱量,等量分析加入到有防膨劑的水(或注入用水)中,浸泡一定的時間,對比其前後的重量變化,其變化最小的防膨及配方為最佳者。滲流防膨效果評價,是將初選的防膨劑加入到注入水中,經岩心模擬注入試驗,測定其滲透率的變化值,如果變化小即初選正確,可用於現場;否則,重新初選,再經流動試驗評價。
有兩類常用防膨劑用於注水。ZYC系列和PTA。ZYC系列中各產品用途有差異。ZYC-04主要用於注水和壓裂液的防膨劑,有效期長。(ZYC-01,鑽井用絮凝劑;ZYC-02壓井液添加劑;ZYC-03壓裂液、壓井液添加劑)。PTA粘土穩定劑是聚季銨有機陽離子聚合物處理劑。主要用於抑制油層中粘土礦物水化膨脹和分散運移。
礦化度梯度注水
注入水與油層水礦化度相差太大是引起嚴重的粘土膨脹、分散、運移的外因,注入水(特別是淡水)礦化度較低,注入油層後,打破了粘土礦物與油層水的相對平衡,粘土礦物受到注入水礦化度的突變衝擊導致粘土水化膨脹。國內外大量研究表明:如果將礦化度突變衝擊程度減弱,可減緩岩石滲透率的傷害。由於各級礦化度間距不大,受到的環境衝擊很小,即使有少量的粘土礦物水化膨脹、分散、運移,也被該級礦化度的注入水推至遠離井壁的地方,並逐漸向前推移。由於分散微粒相對量小,對遠離井壁區滲透率影響不大。將這種注入水礦化度從油層水礦化度逐漸降至水源水礦化度的注水方法稱為礦化度梯度注水,簡稱梯度注水。
梯度注水設計主要是礦化度梯度等級和各級注入體積。一般地礦化度梯度越小,油層傷害減小。套用注入層岩芯做礦化度梯度(用NaCl調整注入水礦化度)流動實驗,繪製礦化度梯度與滲透率下降的關係曲線。以等傷害率為級差設計礦化度梯度級差,且為了注水操作,級差數設6~8級為宜。各級注入體積應保證3倍注水井油層徑向流最小半徑的體積量。經射孔井有限元的數值模擬研究,大約60倍井筒半徑(射孔孔眼端點)距離內,服從三維滲流規律,壓力損失大,在此範圍以外,基本服從平面徑向流、壓力損失較小,再往更遠處,壓力損失小或滲流阻力小,油層滲流速度小,服從線性滲流規律。一般地,取裸眼井筒半徑0.1m,射孔彈地下穿深0.25m,注水井油層徑向流最小半徑20m左右。第一倍孔隙體積水量,處理三維滲流空間。第二倍孔隙體積水量驅除三維滲流空間內已形成的水化膨脹、分散、運移的粘土微粒,第三倍孔隙體積水量,是適應性注入且具有第二倍水量的作用。注入速度和注入壓力按正常注水操作。
在實際套用時,可將礦化度梯度注水與粘土防膨段塞注入交替進行或聯合進行。此外,可利用螯合多價金屬絡合物防止粘土水化膨脹或使水化後的粘土凝聚。
磁化抑膨技術
經磁化處理後,水系統物理化學性質將發生許多變化:(1)表面張力,潤濕性(水)下降10%~15%;(2)水的凝聚性和油層吸附力增加;(3)滲透速度增加一個數量級,岩芯滲透率增加4%~20%;(4)pH值增加0.1~0.5;(5)水的電離度、介電常數增大、溶液電動勢下降;(6)當磁場強度30.4´10A/m時,鋼的腐蝕速度減少30%;(7)在離子交換方面,向著朝向陽離子吸附方向移動;(8)粘土膨脹率下降47%(H=0.9´10A/m)。正是由於水磁化後,改善了注入水性質。
利用強磁處理注入水抑制粘土膨脹,可使注水井吸水量增加30%左右或井口壓力下降幅度20%~30%。一般在注水流程的井口或井下安裝一個磁化器,井口進水管線上安裝外磁式磁化器,井下安裝內磁式磁化器,並要求高磁場強度,水流經磁場的速度≤2.0m/s。
利用磁化水抑制粘土膨脹前,仍要求用粘土防膨劑段塞注入預處理注入層。若將上述三種粘土防膨技術綜合套用將大幅度提高防膨效果。
注水井的工藝措施,是注水工藝充滿活力的研究領域。工藝措施的發明、開發、推廣不斷革新注水技術,不斷提高了注水開發油田的效果。

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