油田注水开发(4)

西安石油大学毕业论文 ②原油中轻质组分和溶解气脱出。

原油中轻质组分越多，蜡的始凝点越低；原油中溶解气量越多，溶解蜡的能力越强。生产过程中，近井地带的流体压力常低于地层平衡压力，这就导致原油中的轻质组分和溶解气挥发，使蜡在原油中的溶解能力减弱，始凝点下降而析出。 ③晶核量的增加。

与其它结晶一样，蜡的析出也必须要有结晶中心一晶核。生产过程中，若油湿微粒量增加或外来固相的侵入，都会增加蜡的结晶中心，为蜡的析出提供条件。

3.1.2.3微粒的产生

储层本身的微粒也叫地层微粒，是指小于37um(能通过400目筛)的矿物颗粒。地层微粒的含量变化幅度很宽，可从百分之几到百分之几十。微粒的产生与岩石的矿物组成及流体的运移速度密切相关。

微粒堵塞具体体现在以下3个方面:

①微粒运移是由化学反应(生物沉降作用)和物理反应(电动反应离子强度的Ｚｅｔａ电位)原因引起的,其中最重要因素是流体流速。

②固相入侵,即在钻井、完井、修井、增产、注水等各生产环节中进入储层的固相颗粒堵塞孔隙喉道。

③粘土膨胀是粘土吸附水而膨胀,尤其是在滤液的含盐度低于地层水的含盐度、粘土中的蒙脱石和混层粘土含量高的情况下,粘土膨胀相当严重。

我国储层岩石大部分属于碎屑岩与碳酸盐岩，而碎屑岩储层中又以砂岩储层较多见。砂岩的物质成分主要有碎屑颗粒和胶结物两部分。碎屑颗粒的主要矿物成分为石英、长石、岩石碎屑，还有少量云母、重矿物等，其含量占整个岩石重量的50%以上，它们是组成岩石的骨架物质，所以又称骨架颗粒。把松散的碎屑物质胶结起来的

化学成因物叫胶结物。胶结物在碎屑岩中的含量小于50％。常见的胶结物质有泥质(主要是粘土)、钙质(方解石)、铁质(赤铁矿和褐铁矿)和硅质(石髓、石英)。其次，还有白云石、菱铁矿、海绿石、鲕绿泥石、黄铁矿、硬石膏、石膏、重晶石、沸石等。此外，在碎屑岩中还常含有一些与碎屑颗粒一起沉积下来的微细粒状物质，称为基质或杂质，如高岭石、水云母。蒙脱石、石英、长石等。在许多情况下，把胶结物与基质分开是困难的，因此，常把它们归在胶结物中。

胶结物在岩石中的分布状况以及碎屑颗粒的接触关系称为胶结类型。胶结物的成分、含量、胶结类型直接影响着储层的储渗特性，因此是研究油气层损害机理时非常关心的问题。碳酸盐岩是由方解石(CaCO3)、白云石[(CaMgC03)。等碳酸盐矿物组成的沉翠岩。方解石含量大于50％的碳酸盐岩称为石灰岩；白云石含量大于50％的碳酸盐 岩称为白云岩。除方解石和白云石外，碳酸盐中还常有文石、菱镁矿、菱蒙矿、等碳酸盐矿石，以及硅酸岩矿物（如粘土、长石等）、氧化硅矿物（如石英、石髓、蛋白石）、氧化铁矿物（如赤铁矿、天青石等）、卤

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西安石油大学毕业论文 化物（如萤石、盐岩等）等非碳酸盐矿物。

以上矿物中，易在流体作用下发生化学及物理变化，引起微粒运移、储层渗透性降低的矿物，称为储层敏感性矿物。敏感性矿物可分为粘土矿物和非粘土矿物。

(1)粘土矿物

粘土矿物是细分散的含水层状构造和层链状构造的硅酸盐矿物

含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。其中，大部分粘土矿物都是层状的路硅酸盐矿物。绝大部分油气储基层中都含有粘土矿物，由于粘土矿物易水膨胀和分散运移，当外来液体的矿化度比地层水低，并且流体的运移速度较快时，它们就可水化膨胀和分散运移堵塞油气层，从而导致油气产量下降。 (2)非粘土矿物产生微粒

粒径小于37um的非粘土矿物微粒，只要是孔隙壁固结不紧，均有可能在高流速流体作用下发生运移。分析表明：非粘土矿物的成分主要有：石英、长石、方解石、白云石、云母、铁方解石、铁白云石及其他一些重矿物和非晶形物质，其中石英微粒含量最多。

表3-1 平欠水量问题分类统计表

平欠原因分类 水质影响 吸水状况差 油藏条件 注采状况差 资料重复性差 其他 合计 13 365 3.5 - 14 457 3.1 - 990 25070 466 7758 -524 -17312 3.0 - 3.1 - 48 13.2 60 13.1 316 1191 -1969 11.4 12.6 52 14.2 63 13.8 294 774 -2166 12.5 13.5 65 17.8 73 16.0 390 1245 -2655 15.3 16.4 75 20.6 101 22.1 616 1938 -4222 24.4 22.4 112 30.7 146 37.9 792 2144 -5776 33.4 32.0 井数 口 比例 % 层数 个 比例 % 配注 m/d 3实注 m3/d 平欠水量m/d 3比例 m/d 3影响 程度

表3-2 平欠水量层系分类统计表

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西安石油大学毕业论文 层系 几处井网 一次调整井 二次加密井 井数 口 36 层数 个 47 砂岩 m 356．6 3有效 m 220．7 3配注 m／d 2330 3实注 m／d 686 3平欠 m／d -1644 3影响程度 ％ 10．4 125 160 1440 721．1 9850 3681 -6169 34．2 202 250 2427 892 12890 3391 -9499 55．4

表3-3 常见粘土矿物存在形式及潜在危害

粘土类型 单体形态 在孔隙中 存在形式 高岭石 蠕虫状书页状 杂乱分布 伊利石 蜂窝状、网状 片状、絮状 绿泥石 片状、丝状 毛发状 蒙脱石 叶片状、叠层状 绒球状、针叶状 分布在粒间 少量在粒表 薄膜衬垫式 分布在粒表 充填于粒间或 分布在粒表 充填于粒间常与 石英、高岭石共生 水化膨胀分散运移大 束缚水饱和度 运移酸敏 水化膨胀分散运移 微粒运移渡塞孔隙 潜在损害

3.2 含聚污水注水井堵塞机理

从堵塞物成分分析、堵塞物成因及堵塞机理、化学解堵技术3个方面综述了近10年来注聚井堵塞及解堵技术的研究与应用情况。现场取样分析结果表明,注聚井堵塞物均是无机物和有机物组成的混合物。堵塞物成因及堵塞机理归纳如下:聚合物吸附滞留;聚合物相对分子质量与储层孔喉尺寸不配伍;地层微粒运移;细菌及其代谢产物;无机物引发的聚合物胶团;聚合物溶液配制及稀释操作不当。

3.2.1化学反应结垢——无机堵

无机堵是指在生产过程中因井筒中或井筒附近温度和压力的降低或者或注入水不配伍而析出的沉淀,堵塞了油管、射孔孔眼或地层,严重影响了油气的流动能力。实际生产中表现为产液量逐渐下降。

现场抽取3口含聚污水井的水样及水井返排物化验分析(表2-4、2-5)，化

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西安石油大学毕业论文 2+2+2-验结果表明：含聚污水中含有大量离子，其中这些离子较多Ca2+、Mg、Fe、SO4,

可能结垢的阳离子有Mg2+、 Ca2+、 Fe2+，阴离子主要有CO32+、OH-、SO2-4、,它们同管柱和地层中的物质发生化学反应生成不配伍的沉淀，导致垢堵。垢堵主要成分是硫化物和碳酸盐类，其反应式如下：

碳酸盐垢： Ca2++ CO32+→CaCO3↓

Mg2++ CO32+→MgCO3↓

氢氧化物垢： Ca2++ OH-→Ca（OH）2↓

Mg2++ OH-→Mg（OH）2↓

硫酸岩垢： Ca2++ SO42+→CaSO4↓

Mg2++ SO42+→MgSO4↓ Fe2++ SO42+→FeSO4↓

回注污水中含有聚合物使驱油机理变得很复杂，注入水进入地层后不可避免地与地层水、原油、岩石矿物发生反应，出现结垢问题。究其原因主要可归纳为以下两种情况：

①化学剂与储层矿物反应后产生离子如：硅离子、钙离子、镁离子等，再与储层流体间发生化学反应，导致不配伍的沉淀产生从而结垢；

②流体采出过程中，随温度和压力的变化，某些物质将会沉淀，从而结垢。

表3-4 含聚污水水样化验分析

分析 项目 聚丙烯酰 胺mg／L 硫酸根 mg／L 铁离子 mg／L 镁离子 mg／L 钙离子 mg／L 钠与钾离子 mg／L 4-3126 10-2326 9-2321 108．0 188．9 278．0 16．70 36．31 22．19 0．43 8．32 1．72 3．77 2．45 1．96 55．27 47．57 35．10 1830．8 1581．2 1913．2 油及有机质 mg／L 1100 1149 959

在现场分别取了普通污水和含聚污水注水井管柱结垢的垢样，进行了对比化验分析。常规注水井垢样呈黑褐色、层状、致密，不容易脱落，结垢时间3.5年。而含聚污水垢样呈红褐色、球状、疏松，容易捻碎，结垢时间1.6年，缩短近一半。

表3-5 含聚污水水样化验分析

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西安石油大学毕业论文 类别 时间 年 水分 ％ 油有机质 聚合物胶％ 团 ％ 硫化铁 ％ 碳酸铁 ％ 钙、铁氧 化物 ％ 酸不溶 物 ％ 普通 3．5 19．6 28．6 0 28．8 8．9 10．7 3．4 含聚 l．6 5．8 27．9 12．4 44．5 2．3 4．7 2．4 消除有机垢堵塞的方法： ①高分子芳烃化合物的溶剂溶解沉淀物; ②分散剂阻止微粒的形成;

③脱蜡剂(表面活性物质)可破坏石蜡沉淀的形成,阻止其重新聚结; ④结晶改良剂(聚合物)能改变石蜡结晶的生长速度,可抑制石蜡沉淀的出现; ⑤化学添加剂和苯类混合物可抑制沥青质沉淀; ⑥也可用热水或热油反洗清蜡。

3.2.2 物理作用形成聚合物胶团——有机堵

有机垢堵具体体现在以下2个方面:

在油管、射孔孔眼或地层中,由于温度或压力的变化,使得重烃馏分不溶于原油并开始结晶而沉淀出的石蜡或沥青质,堵塞了孔隙孔道,大大降低了油水渗透率。

一般地,含蜡量高、原油粘度大、渗透性差、含水低、产液量低、具有出砂史、井底温度、压力变化大的油层易发生油堵。在生产中表现为产液量缓慢或很快降低,关井后或作业后井开不起来。

现场抽取1口含聚污水注入井的水井返排物进行化验组分分析：返排物的主要成分是粘土与杂质、聚丙烯酰胺、硫化物和碳酸盐类（见表3-6）

表3-6 返排物的主要成分

项目 聚丙烯 酰胺 粘土与 杂质 硫化 铁 碳酸 铁 碳酸 镁 碳酸 钙 氧化钠与 油及 氧化钾 有机质 其他 项 含量％ 5 53．17 1．43 2．17 2．16 0．18 6．87 24．61 5．26 胶团结构分析；在水井返排物中分离出聚合物胶团，采用仪器逐层剥离进行结构分析。分析表明：聚丙烯酰胺残骸形成胶团，胶团中间有胶核。胶核成份主要是硫化物、氧化铁、油及有机质等杂质，外层缠绕着聚丙烯酰胺残骸(见3-1图)。

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