水敏性稠油井注蒸汽伴注粘土防膨剂的使用方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及石油开采领域，尤其涉及一种水敏性稠油井注蒸汽伴注粘土防膨剂的 使用方法。
【背景技术】：
[0002] 有许多油田属于泥质胶结、疏松砂岩稠油油藏。该类油藏粘土矿物含量高、变化 大，一般在5-40%之间。其粘土矿物主要有高岭石、蒙脱石和伊利石三种，粘土矿物遇水 膨胀，生产过程中易出砂和堵塞。高岭石、伊利石属于非膨胀性矿物，蒙脱石属于膨胀型粘 土矿物。粘土矿物的膨胀性是因为它有大量的可交换的阳离子所产生的，主要是铁或镁取 代铝氧八面体中的铝。如蒙脱石是由两个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成，属2:1 型层型粘土矿物。它的膨胀性，一方面是由于在蒙脱石结构中，晶层的两面全部由氧组成， 晶层间的作用力为分子间力（不存在氢键），联结松散，水可以进入其中，晶格间距增大；另 一方面由于蒙脱石有大量晶格取代，在晶体表面结合了大量可交换阳离子，水进入晶层后， 这些可交换阳离子在水中解离，形成扩散双电层，使晶层表面带负电而互相排斥，导致层间 距是可变的，一般在〇. 96~4. OOnm范围，产生通常看到的粘土膨胀，体积变化很大。伊利 石的基本结构与蒙脱石相似，也属于2:1层型粘土矿物，但由于晶格取代主要发生在硅氧 四面体片中，约有1/6的硅为铝取代，晶格取代后，在晶体表面为平衡电价而结合的可交换 阳离子主要为钾离子。由于钾离子直径（〇.266nm)与硅氧四面体片中的六方网格结构内切 园直径（0.288nm)相近，使它易进入六方网格中而不易释出，所以晶格结合紧密，水不易进 入其中，因此伊利石属非膨胀型粘土矿物。伊利石层间距比较稳定，一般为l.Onm。而高岭 石为1:1型粘土矿物、在高岭石的结构中，晶层的一面全部由氧组成，另一面全部由羟基组 成。晶层之间通过氢键紧密联结，水不易进入其中。由于高岭石很少晶格取代，所以它的晶 体表面就只有很少的可交换阳离子，体积变化很小。
[0003] 油藏储集层类型不同，粘土矿物含量不同，可交换的阳离子量不同。阳离子交换容 量是指Ikg粘土矿物在pH值为7的条件下能被交换下来的阳离子总量（用一价阳离子物 质的量表示）。单位用mmol, kg 1表明，高岭石、蒙脱石和伊利石这三种主要粘土矿物可交 换阳尚子容量范围，见表1。
[0004] 粘土矿物的阳离子交换容量表1
[0006] 从表1中可知，膨胀型粘土矿物---蒙脱石的阳离子交换容量最大，非膨胀型高岭 石和伊利石二种粘土矿物相比小很多。
[0007] 发明人在多个油田采集了 27个砂样样本，在常温下，以煤油（或CCl4)、蒸馏水近 似模似了油层介质条件和注水后期介质条件定义了自由膨胀比，自由膨胀比这一参数反应 了油气储层水淹后的粘土膨胀规律。通过结合全岩芯X衍射样品粘土矿物含量分析，表明 自由膨胀比与蒙脱石含量之间良好的正相关关系，高岭石和伊利石则与之不存在明显的相 关关系，与粘土矿物总量存在弱正相关关系。粘土矿物膨胀性与蒙脱石含量存在的定量正 相关关系可表达为：
[0008] K = 0.0 191 ΧΧ+0. 9732
[0009] 式中K为自由膨胀比，X为蒙脱石占全岩的绝对百分含量。当蒙脱石含量大于5% 时，自由膨胀比在1. 1以上,也就是相对膨胀系数在10%以上。
[0010] 同时，岩石水敏评价试验也表明，在粘土矿物含量达到15%时，岩性评价为强水 敏，渗透率会下降70%以上，因此，高含量粘土矿物油藏开发中的水化伤害需要阻止。
[0011] 注蒸汽热采是稠油油藏最常用的方法，主力层系经过一段时间开采后，非主力的 零星、薄、泥质水敏性强的二、三类稠油区域也会得到动用。这些低品味稠油区域，泥质含量 更高，伊蒙混层多。蒙脱石双层晶格结构在水性环境极易水化膨胀。蒸汽热采注入的"凝 结水"为粘土矿物的膨胀提供了物质条件。同时，大排量、高压力蒸汽注入为已膨胀分散的 细、微颗粒运移又提供了动力，从而导储层孔隙、喉道在蒸汽注入后期和回采时发生堵塞而 渗透性下降。在注汽现场表现为，就是越注压力越高，后一周期比上一周期压力高，严重危 及到注汽安全；不得不通过多井合注、打蒸汽排放、降低蒸汽干度和速度来保障注入安全。 结果是，注入总热焓值降低、热效率降低和油汽比降低，部分井油汽比甚至小于0. 1，经济效 益大打折扣。通过对XX油田转周注汽276 口井的注入压力和油汽比统计，其中注入压力 彡19MPa的井30 口，最高压力为22.3MPa，17 - 19MPa的井31 口，有3 口井因越注压力越高 没完成设计注汽量；其中有汽比< 〇. 1的井16 口，0. 1-0. 2的井26 口，0. 2 - 0. 3的井17 口，合计油汽比低于0.3的井59 口，占总井数的21. 4%。
[0012] 几十年来，国内一些油田这类井主要是通过在注蒸汽前挤入少量的所谓耐高温有 机或无机防膨剂溶液来抑制外来水的水化作用，但这种方法有着无法克服的缺陷，由于剂 量小，作用力弱。挤入的防膨剂会被蒸汽近似"活塞"式驱走，而后续注入的蒸汽水仍会使 储层发生水敏性伤害，注汽压力不断升高，尤其是那些因事故暂停注入的油井，恢复注汽时 压力升高异常明显。而油井回采后，随着蒸汽不断凝结成水和油层温度的降低，储层渗透性 下降更为严重，表现为产能迅速递减。这也是二十世纪八九十年有的油田在新井投产修井 液中添加 KCl作为防膨剂有效期短的原因。由于稠油油藏注蒸汽开采仍是目前最主要的开 发方式，解决蒸汽注入所引起的粘土矿物的水化膨胀造成的油层伤害是十分必要。
【发明内容】
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[0013] 本发明的目的是提供一种水敏性稠油井注蒸汽伴注粘土防膨剂的使用方法，通过 水敏稠油井注蒸汽热采时防膨剂的连续伴注，克服注蒸汽前一次性挤入油层予处防膨剂波 及体积小和有效期短的缺陷，使得储层环境在蒸汽注入和回采时都有相同的抑制粘土矿物 发生阳离子交换的防膨剂阳离子作用浓度，保持储集层的原始渗透性，保证安全注汽、优质 注汽，提高油汽比和采出程度。
[0014] 本发明的目的可通过如下技术措施来实现：
[0015] 本发明的方法使用能稳定蒙脱石粘土矿物膨胀的含Cl离子的钾或钠或氨无机盐 为伴注粘土防膨剂，在注蒸汽的同时连续伴注入该伴注粘土防膨剂溶液；伴注粘土防膨剂 用量（M+ )通过如下方式获取：
[0018] 其中：ntie粘土矿物阳离子交换容量（低值），nt高-粘土矿物阳离子交换容量（高 值），bz_伴注防彭剂分子量，m-蒸汽设计量，Fnia-岩石基质密度，f。-粘土矿物含量，0 -储 集层岩性参数包括孔隙度，0。-流体可流动孔隙度流体可流动孔隙度。
[0019] 本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
[0020] 所述的无机盐是氯化钠、氯化钾或氯化铵；所述的无机盐是氯化钾或氯化铵；所 述的无机盐是氯化钾；所述的粘土矿物蒙脱石。
[0021] 本发明涉及石油开采领域，研究水敏性稠油油井注蒸汽伴注粘土防膨剂的方法和 量的计算问题。解决注蒸汽前一次性挤入预处理高温粘土防膨剂作用范围小和有效期短的 缺陷，通过对主要膨胀性（蒙脱石）粘土矿物对一价阳离子无机防膨型盐的选取及量的计 算方法对比，实现在注蒸汽时连续伴注防膨剂溶液，从而避免蒸汽凝结水在油层波及体积 范围内粘土矿物所发生的阳离子交换所引起的水化膨胀、分散、运移，和对岩石孔隙、喉道 结构的堵塞以及对注入和回采的不利影响。具体而言就是降低高泥质矿物注蒸汽热采井油 层的渗透性伤害，安全注汽、高效优质注汽，从而提高油汽比和采出程度。
[0022] 为水敏性稠油储集层蒸汽热采中抑制粘土矿物膨胀所造成的伤害提供了一种可 行的解决方案，通过提供的防膨剂用量的选取及施工用量的获取方法，可以实现注蒸汽时 在井口连续伴注适量、配伍性好的粘土防膨剂。不同类型稠油油藏所选取的无机盐类型和 设计量可能不同，但以X衍射测定岩石膨胀型粘土矿物种类和选配适宜的粘土防膨剂方法 是一样的。此发明对非常规低渗、高含泥质稠油油藏注蒸汽热采的油层保护也有借鉴意义。
[0023] 经过上述对水敏性稠油油井伴注防膨剂选型和使用用量确定后。具体应用到现场 还要考察伴注温度、速度对蒸汽注入是否造成影响，回采时井下及井口温度是否会有盐敏 发生，还需要通过井下盐析出浓度对所设计的伴注无机盐防膨剂进行合理性考察。
【具体实施方式】：