凝析气藏储层污染及解除方法和现状.doc

凝析气藏储层污染及解除方法现状报告摘要：对低渗低产凝析气井，水锁和反凝析伤害尤为严重。对于致密低渗透凝析气藏，一般需要通过水力压裂措施才能进行有效开发，但是大量室内实验和现场实践表明，在油气藏压裂作业过程中一般都会出现水基流体的滤失，特别在低渗透非均质储层或衰竭式低渗透油气藏中，压降常常与毛管力在数量级上大小相当。此时，气藏产量下降。这是由于液体持续地滞留导致产生水锁伤害及液体没有完全返排。压裂液的滤失造成在沿裂缝区域形成高含水饱和度带，减少了侵入地带的气相相对渗透率，形成压裂过程中的水锁伤害，同时在低渗透凝析气藏进行压裂后，压力急剧下降，在达到露点压力以下时会在裂缝面处出现反凝析液。进而引起裂缝面处的污染，低渗透凝析气藏产能急剧下降。因此解除近井反凝析堵塞和水锁是深层低渗凝析气藏开发必须解决的难题。低渗透凝析气藏的反凝析污染、水锁伤害对气井生产、气藏采收率等产生严重影响。调研了国内外文献，详细阐述了反凝析和水锁效应机理，提出了各种解决此两种伤害的方法，并提出在注气吞吐前先注入一个有限尺寸的甲醇溶液前置段塞来解除反凝析和水锁产生的地层堵塞，以改善注气吞吐，提高凝析气井产能的效果，该方法在现场得到了成功应用。低含凝析油的凝析气藏，高渗储层均可能由于反凝析和水锁的存在而严重影响气井产能；高临界凝析油流动饱和度和高含水饱和度导致反凝析影响严重。解除近井反凝析堵塞和反渗吸水锁的主要机理是延缓反凝析出现和加速反凝析油和地层水的蒸发；凝析气注入可反蒸发凝析油中的重烃；注甲醇可有效解除反凝析油和水锁的双重堵塞。将向近井带注入化学溶剂、注气和加热等方法结合起来。关键词：凝析气井；反凝析堵塞；水锁；一、 近井地带反凝析、反渗吸伤害1.反凝析伤害机理在凝析气井的开发过程中，随着压力的不断下降，当压力下降到低于露点压力时，就会引发反凝析现象，发生反凝析伤害，从而进一步加剧近井地层的堵塞和伤害，导致凝析气井产能的进一步下降。而低渗透凝析气井生产时近井地带的压降大，井底压力和容易低于露点，因此在井筒附近更易产生严重的反凝析伤害，从而导致气体有效渗透率急剧下降，气井产能相应减少。反凝析液堵塞降低气井产能。由于反凝析液的聚集，气产量将大幅下降。随着凝析气藏衰竭式开发地层压力降低到露点压力以下某个压力（最大凝析压力）区间内时，部分凝析油在地层中析出并滞留在储层岩石孔隙微粒表面造成反凝析伤害。从机理方面考虑，解除反凝析污染可归纳为两大类：一类是从凝析油反蒸发角度考虑解除反凝析污染，如注二氧化碳法；另一类是从解除反凝析堵塞角度考虑解除反凝析污染，如水力压裂法。2.水锁伤害机理钻井过程中一打开储层，就有一系列的施工工作液接触储层，若外来的水相流体侵入到水润湿储层空到后，就会在井壁周围孔道中形成水相堵塞，其水-气弯曲界面上存在一个毛细管压力。要想让油气流向井筒，就必须克服这一附加的毛管压力。若储层能量不足以克服这一附加压力，就不能把水的堵塞彻底驱开，最终会影响储层的采收率，把这种伤害称作水锁损害。当地层水或凝析水无法被气流携带出井筒时，将形成井底积液。当关开井的时候，井底积液可能在井筒回压、储层岩石润湿性和微孔隙毛细管压力作用下，向中低渗透储层的微毛细管孔道产生反向渗吸，形成“反渗吸水锁”。水锁的存在进一步堵塞了气体渗流通道，降低气相有效渗透率，加剧近井地层的伤害。这也是许多没有边底水的气藏凝析气藏关井后没有产量或产量难以恢复的主要原因之一。对低渗低产凝析气井，这一现象尤为重要。近井带凝析液堆积和地层水的存在也降低了气相相对渗透率，造成总采收率减低。 凝析气井生产过程中蒸发解除水锁伤害的机理是在凝析气井生产过程中，由于凝析气从地层水中抽提的气态的含水量和气体量随着地层压力的下降而增加，因此在低渗凝析气井生产过程中，含水的岩石孔隙中完全饱和有压缩性流动的气体将引发蒸发现象，通过凝析气体的萃取抽提作用蒸发掉近井地层的水，降低了含水饱和度，恢复了近井地层的气体渗透率，达到了解除水锁伤害的目的，从而可提高了低渗凝析气井的产能。凝析气井在生产过程中水锁伤害解除的机理是一方面是由于产出的凝析气驱替近井地层的水到井筒中，降低了近井地层的含水饱和度，恢复了近井地层的气体渗透率，达到了解除水锁伤害的目的，从而可提高了低渗凝析气井的产能。 二 国内外技术发展现状及发展趋势自20世纪90年代以来，国内外的一些学者对凝析气井的水锁和反凝析污染进行了一定程度的研究。D.B.Bennion等于1994年首次建立了油水两相和气水两相驱替过程中流体在孔隙中的分布模式，通过气水两相驱替模式说明了水锁伤害中的气水分布关系。D.B.Bennion于1994年进一步研究了低渗透储层多孔介质中水锁效应机理及实验室测定水锁效应、伤害程度的方法和解除水锁伤害的一些方法。并于1996年首次提出了测试水锁严重程度的方程。Hodlitch于1994年阐述了致密气井的受伤害地层的毛管力和相对渗透率的影响。并发现当储层发生严重的水锁现象时，受伤害地层的渗透率会减少几个数量级。即使油气井岩石渗透率没有减少，如果压降没有超过地层毛管压力，气体产量也将会严重减少。石油大学的张振华等建立了灰色理论预测水锁伤害的模型，指出水锁伤害影响程度的顺序是：油水界面张力、气层渗透率和原始含水饱和度；储集层中油水界面越高，外来流体侵入储层后的含水饱和度越高，水锁伤害越严重，气层渗透率越大，水锁伤害程度越小。成都理工大学的贺成祖、华明琪根据达西公式及相对渗透率曲线和毛管压力曲线的表达式，提出了一个描述水锁机理及影响因素的简化数学模型；该模型表明，外来水粘度高，侵入深度或储层致密时可出现明显的暂时性水锁；固相堵塞储层孔隙或储层原生饱和度异常低时，可出现永久性水锁。西南石油大学石油工程学院的赵春鹏、李文华等对低渗气井水锁伤害进行了机理分析及提出了各种防治措施。提出了结论：低渗气井毛管半径小，在侵入液性质相同的情况下，毛管压力比中、高渗储层大得多，而气井多属水湿气井，气水润湿性差异很大，使毛管力成为气驱水的阻力，进入储层的水更加不易排出，所以低渗气井的水锁效应更为严重。胜利油田地质科学研究院的孟小海等研究了气层水锁效应和含水饱和度的关系，并进行了实验研究，得出结论：在相同驱替压力梯度时，升高含水饱和度后的气体渗透率下降幅度越大，说明水锁效应越严重。中石化江苏油田地质科学研究院的朱国华、徐建军等对砂岩气井水锁效应进行了实验研究，并指明，驱替气源中水饱和蒸汽压条件及初始气驱压力等对水锁实验结果有影响，并表现形式多样，使通常水锁实验得到的渗透率恢复率具有部分随机性。通过水锁伤害机理分析，借用气相渗透率与含水饱和度关系，提出了判断气井是否会产生水锁损害的指标。自20世纪60年代以来，国内外的一些学者对反凝析污染在实验、机理、模型等理论方面进行了较为详细的研究。3M阿赫梅多夫、TA萨梅多夫等人于19641968年间研究了油气混合物渗流和凝析油的聚集过程。研究中考虑了流体性质和压力的关系，研究了流动状态服从双份流动规律的地层内凝析油的聚集过程，在数学计算的基础上评价了非线性渗流规律对凝析油饱和度分布的影响。ODell和Miu于1967年首次提出了应用稳态流动的方法预测研究凝析气藏的生产动态，研究了凝析气藏在地下的流动特性，根据流动的概念提出了一个简单而迅速的推算凝析气井产能的方法，但此方法只适用于无凝析油污染的情况，因而其具有明显的局限性而不能得到广泛的运用。Fussell于1973年描述了由Roebuck等提出的一维径向模型修正版来研究单井的长期特征，生产区域的凝析油聚集比实验室在定容衰竭过程中测得的凝析油聚集量多得多。Saeidi和Handy于1974年研究了凝析气藏多孔介质中的凝析气（甲烷丙烷）的流动和相态特征，表明间隙水能将原油相对渗透率变化到一个较低饱和度值。Hinchman和Barree于1985年研究了流体特征对预测凝析气井衰竭式开采的影响。并且表明近井筒的反凝析聚集量取决于凝析油的含量，相对渗透率以及流体粘度。在国内很多文献一般是有关低渗透储层的水锁效应的机理和实验的研究报告，对压裂气井的水锁研究很少。而国外针对低渗透压裂气层中水锁这一现象进行了一定的研究，DBBennion在Spe35577中阐述了水力压裂或酸化压裂过程中造成水锁伤害，提出对于致密气层在进行水力压裂或压裂酸化后，在地层裂缝将会产生严重的伤害，造成严重的流体滞留，引起水锁效应。Penny等人在实验室及现场中发现有效地改变润湿性将有助于控制毛管压力和相对渗透率，这样有助于尽快、彻底地解除外来液体引起的水锁伤害，增加裂缝传导率能有效地改善解除气井水锁伤害的效果。同时，他们也阐明增加亲油岩石表面的毛管压力能有效地减轻水锁伤害。而对于低渗透压裂凝析气井的反凝析现象，国内的朱炬辉，赵金洲等进行了压裂凝析气井产能影响因素模拟分析的研究，研究表明压裂凝析气井随着裂缝长度的增加，天然气和凝析液的产量均增加，裂缝越长，增产越明显，凝析气井压裂增产效果不仅取决于压裂裂缝几何尺寸，而且受储层流体组成和压力温度环境的显著影响。并且凝析气井经过压裂后，在近井和裂缝周围可能有大量的凝析液析出并饱和地层而产生堵塞，对储层产生很大的伤害，极大地减小天然气产量。这些凝析液环受储层流体组成、储层的温度压力条件和裂缝后工作制度多种因素控制，严重时可能完全液堵，不能产气而只有少量凝析油。国外的R.R.Ravari，R.A.Wattenbarger，在SPE93248中研究了压裂凝析气井在井口压力低于露点压力下生产时产生的反凝析现象。他们的研究表明压裂液凝析气井中的反凝析现象不是很严重的问题，井口压力越低，产量越高；对于具有无限导流能力的压裂凝析气井，井底流压下降将引起气体产量增加，以及累积产量增加。Romero等发现裂缝面处的表皮效应对凝析气井的无因此产能指数具有较大程度影响，特别是对高渗透凝析气井的影响更大。AlHashim和Hashim表明随着无因此裂缝传导能力的增加，凝析气井的长期特征就会改善，裂缝越长改善效果越好。三 低渗透凝析气藏近井地层反凝析、反渗吸伤害解除方法对比研究控制凝析气井近井地层反凝析液的析出和解除反凝析。反渗吸堵塞是改善凝析气井开采效果的关键。目前采用较多的是循环注气的方法来保持地层压力，但是对于储量较小的凝析气藏，用循环注气的方法不经济。对低渗凝析气藏，即使采用循环注气，采气井近井地层仍会由于渗流阻力所形成的陡峭的压降漏斗而出现反凝析和反渗吸地层堵塞。近年来国外许多油田采用单井注干气吞吐的处理方法，它的作用机理主要靠部分蒸发和把凝析油挤往地层较远处来降低近井地层的反凝析油饱和度。但干气难以有效地将反渗吸水推向地层远处，因此只用于干气处理气井近井地带的效果并不理想。另外，注二氧化碳也可蒸发反凝析油，由于二氧化碳易溶于水，因而注二氧化碳驱替反渗吸水的效果优于干气。国外实验研究还发现，注入丙烷也可以有效降低反凝析液饱和度，但丙烷难以与水互溶，因此对近井地层的水锁难以有效解除。目前，国外很多文献报道了采用甲醇作为注气溶剂来降低反凝析油堵塞，提高气井产能。1.注气单井注气吞吐适用于衰竭式开采中后期、储层连通性差、反凝析严重（1）循环注气通过循环注气的方法来保持地层压力，防止或延缓反凝析的出现。但对于储量较小的凝析气藏，该方法不经济。（2）干气回注法 注干气吞吐可消除凝析气井近井地层反凝析堵塞。它的作用机理主要靠部分蒸发和把凝析油挤往地层较远处来扩大气相渗流通道，降低近井地层的反凝析油饱和度。即注入的干气与地下湿气混合后，使地层中的气体干度增加，从而可通过对凝析油的超临界抽提和多级接触近混相驱替，使部分反凝析油蒸发或通过降低油气界面张力把凝析油推向地层远处，降低近井地层的反凝析油饱和度，使地层中反凝析现象减弱，甚至消失。但干气难以有效地将反渗吸水推向地层远处，因此只用干气处理气井近井地带的效果并不理想。（3）注富气法 这类气体包括脱了凝析油后富含及宽馏分轻烃的混合物，这样可以大大的降低气体-凝析油的界面张力，同时由于溶解了中间烃组分，增加了凝析油的流动性。若注入的干气或富气再加温预热，那么效果会更好。（4）注贫气法贫气一般是选择干甲烷或氮气，利用高压蒸发实现对井筒附近区域的反凝析液的抽提。由于注入气不含重馏组分，因此它具有抽提大量重馏组分的能力。在循环注气的周期操作中通常使用该方法，能有效解除生产井中的反凝析带污染。（5）注二氧化碳法的相对密度为1.977，化学性质很稳定，具有较高的溶解度和流动性。是一种高效的解除凝析油污染的解毒剂。低渗透凝析气藏注入不仅能保持地层压力，阻止反凝析，而且能增加凝析油体积，提高烃类总采收率。采出的凝析油气经地面设备分离后，再回注到储层。气体不放空即可节约凝析气藏开采的气源成本，又可使大气环境得到保护。另外，由于还易溶于水，溶解于水后略呈酸性，由于注入气的酸化作用导致储层渗透性提高，解除地层堵塞。因此注可驱替反渗吸水，而且效果优于干气。但的使用使用受资源的限制，并具有一定的腐蚀性，在无气源的情况下实施受阻。（6）注氮气法经技术调研和论证，注氮气提高采收率方法是较有潜力的提高采收率技术之一。氮气能进入水所不能进入的低渗透层段，可将低渗透带处于束缚状态的原油驱替成为可流动的原油，对原油产生“抽提”或“携带”作用。氮气由于有良好的可压缩性和膨胀性，在能量释放时具有良好的解堵、注排、驱替和气举等作用，它的这种作用有助于克服毛管力的束缚，从而降低水锁效应，采出反渗吸水。（7）注丙烷 它不仅可降低露点，还可再蒸发凝析油，其效果比强。但对近井地层的水锁也难以有效的解除。2.水力压裂法用这种方法可以增加近井地层流动压力，减少压降，明显扩大有效的流入范围，使气井能保持高的井底压力生产很长一段时间，推迟井眼附近凝析液的聚集。但是，水力压裂产生的裂缝容易闭合，而且压裂液也会通过渗析方式沿裂缝两侧的基岩面侵入地层，增加水相饱和度，堵塞基岩面上的孔隙通道，产生反向吸吮的水锁效应，从而降低压裂效果，这一现象对低渗透储层尤为明显。而实力压裂具有另外的一些优点：由于通过增产措施，减少压降，形成的反凝析液也随之减少，与常规凝析气井中的反凝析伤害相比较轻微，更重要的是减轻了非达西效应。此外，在产生反凝析堵塞时产量降低，裂缝附近凝析液的分布减弱或减少水力压裂对凝析气井的影响。裂缝面附近处的流动伤害一般指为压裂面表皮效应。裂缝面处的表皮效应对凝析气井的无因此产量指数具有严重的影响，但凝析气井水力压裂产能预测最为复杂。在生产初期，当近井地带压力下降至露点压力以下时，在井筒和裂缝周围的高凝析油饱和度可使天然气有效渗透率急剧降低，导致产气量下降。3.预热地层法该方法适用于解除水锁损害，是通过一种专有的井底传输油管加热工具注入气体直接加热井底近井地带目标层。该目标层的厚度一般是2m，径向深度为1.52m，加热该目标层，从而使其井筒附近的温度超过。其目的是对反渗吸水进行超临界抽提。这种方法能有效地解除由于钻井及完井液的清水造成的浅层气层中次目标层的水锁伤害。4.脉冲排液为了提高低产凝析气井的生产能力，前苏联发展了一种脉冲排液法，这种方法不需要增加额外的任何井口和井底装置，其作业过程是：关井，使井底压力上升到接近地层压力，然后多次（815次）打开油管阀门放喷，随后使井恢复生产。凝析气井的泡沫排液处理；注表面活性剂水，调节岩石的润湿性，使多孔介质亲水化以采出吸附在岩石表面的凝析油。5.添加表面活性剂表面活性剂的特点是：（1）少量的加入便能大大降低溶液的表面张力或界面张力，改变体系界面状态，使表面呈活化状态，从而产生润湿或反润湿。（2）表面活性剂是一种易挥发的极性物质，可加速侵入液的蒸发，这有利于近井地层滞留液以蒸发方式被驱走，更好的解除水锁。由于表面活性剂具有以上特有的热力学性质，使得气相和液相的界面张力降低，提高了气相相对渗透率，从而使注入过程克服水锁效应所需的启动压力降低。由下式（1-1）和（1-2）： （1-1） （1-2）毛管半径越大，表面张力越小，毛细管阻力越小及排出相同长度液柱所需时间越短。相同孔隙介质中，改善界面张力，可以减缓因外来液返排缓慢造成的水锁效应。6.新进展对低渗透气井采用醇处理可以降低体系表面张力，减少排液时间，降低储集层含水饱和度，减缓水锁效应，提高气体有效渗透率；甲醇、乙醇以及乙二醇均具有减缓渗透气井水锁效应的能力，但就室内实验效果来看，甲醇最好，乙醇次之，乙二醇相对较差。6.1 甲醇解除近井地层反凝析、水锁伤害注甲醇解除凝析气井反凝析污染和水锁堵塞的实验和理论研究是目前凝析气藏开发研究的热点。甲醇是一种易挥发的有毒极性液体。能与水、乙醇、乙醚和大多数其它有机溶剂混溶，在凝析液中也能溶解，因此它可以作为驱替近井眼附近反凝析液的一种双效溶剂，恢复岩心的产气能力。存在反凝析堵塞的低渗透储层经过甲醇处理后，其产气能力都有所提高，气井生产指数也有所提高。如果注入足够的甲醇，就可通过多次混相驱油作用去除水和凝析油。甲醇处理后，高渗与低渗岩心中都出现增强流动期。基于该原理，提出一项新方法：在注气吞吐之前注入一段有限尺寸的甲烷溶液前置段塞来解除反凝析油和反渗吸水锁产生的底层堵塞，以改善注气吞吐，提高凝析气井产能的效果。预先注入的甲烷溶液前置段塞，进入毛细孔隙中能降低界面张力，改变流体相态特征，进而改善气液相的流动特性，可将近井带的凝析液推向地层远处。注入甲醇段塞之后再注入干气，并关井浸泡一段时间，这样干气与地下湿气混合后，使地层中的气体干度增加，使凝析油产生再蒸发而含量下降，使地层中反凝析现象再次减弱，整个躯体过程进一步提高气相渗透率，使气井产能得到改善。6.2注甲醇解除近井地层反凝析、水锁伤害的现场的应用注甲醇应注意的是：一般地层含盐量都较高，加入甲醇后可能引起盐沉淀，给地层带来不可恢复的附加污染和伤害。所以注甲醇之前先要对甲醇和地层水进行相容性配伍实验，以防止盐的析出。6.3注乙醇乙醇也曾作为解除近井反凝析、反渗吸过程的溶剂，并且取得了较好的解除效果。但是在油田应用中，考虑到安全、环境和成本的原因，大量注入甲醇、乙醇的使用非常有限。工业酒厂下脚料含有大量乙醇可考虑用于油田施工。7.其他方法若注干气或富气再与加热预热相结合，那么效果更好，使凝析油的蒸发量增加或粘度下降，可用井口、井底加热器或注入能产生热反应的化学物质，也有用地层气作燃料的井底加热器，微波加热器和电磁加热器。还可利用电磁加热技术提高凝析气井近井带地层温度来降低近井带积液对气井产能的影响。凝析气井还有采用泡沫排液