聚異丙烯膦酸在長慶油田解堵過程中的研究與應用

鄭力軍 張 濤 黎曉茸 楊立華

(中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院)

長期以來,長慶油田受其主力油層三疊系長6油藏“三低”物性的限制,在開發(fā)過程中,主要采用了油井高強度壓裂、穩(wěn)產(chǎn)以精細注水為基礎的技術對策。隨著油田開發(fā)力度的加大,水驅能量的增加,以及壓裂過程、水驅過程外來流體對儲層可能會產(chǎn)生一些傷害,在油井的長期開采過程中帶來一些新的問題,如在水驅過程中,往往造成地層中細小砂體的運移堵塞出油孔道,以及地層結垢污染出油孔道現(xiàn)象,造成出油孔道的堵塞污染[1,2]。為此,有必要對含油儲層(砂巖油藏)進行酸化處理,以恢復或改善地層的滲透性能,降低出油阻力,從而達到增產(chǎn)、增注的效果,以提高原油采收率。

在常規(guī)酸化施工過程中,由于酸巖反應速度快、穿透距離短,只能消除近井地帶的傷害,對地層深部很難起作用,并且其增產(chǎn)有效期短,對于重復酸化的井,土酸處理的效果更差。為此在已有酸化技術的基礎上,研制出針對長慶油田特點的,能提高酸液的緩速及抑制二次沉淀功能的酸液體系,以便增大酸液有效處理半徑,解除地層深部傷害,延長措施有效期。這不僅能給長慶油田帶來巨大的經(jīng)濟效益,同時對國內外低滲透低壓油田的開發(fā)具有重大的指導意義。

針對上述問題,為了達到深部緩速酸化,以三氯化磷、丙酮、冰醋酸等為原料合成了一種新型有機酸——聚異丙烯膦酸(IPPA)。

1 聚異丙烯膦酸酸化機理

聚異丙烯膦酸含有多個 H+,在不同的p H值環(huán)境下可以逐步電離出 H+。聚異丙烯膦酸在地層高溫條件下,可以逐漸電離出 H+,以提供充足的H+與地層堵塞物反應,達到酸化地層的目的[3]。聚異丙烯膦酸的電離反應式如下:

聚異丙烯膦酸具有陰離子表面活性劑的性能,在任何電性的巖石上均能吸附,粘土比表面積高且常含有鈣、鐵、鋁等元素,膦酸分子很容易優(yōu)先吸附在粘土表面形成厚度約為1μm的覆蓋膜,限制氫氟酸與粘土的反應。因此,聚異丙烯膦酸在地層中的總溶蝕速率得以降低,在向地層深部推進的同時,有效的酸巖反應能夠在酸處理范圍內均勻分布,而不集中發(fā)生在井壁附近。

2 聚異丙烯膦酸的性能評價

2.1 溶蝕率實驗

將聚異丙烯膦酸配成質量濃度為5%、10%、15%和20%的酸液,分別對SiO2巖粉進行溶蝕率實驗,酸化反應體系溫度65℃,反應時間4 h。其實驗結果見表1。由表1可知,用聚異丙烯膦酸配成的酸液具有一定的緩速性能,但與土酸溶液相比,其對巖粉的溶蝕率要低很多,因此考慮在聚異丙烯膦酸酸液中加入一定濃度的鹽酸和氫氟酸,來增加酸液體系的溶蝕能力。

表1 不同濃度聚異丙烯膦酸酸液對SiO2巖粉的溶蝕率

2.2 IPPA酸液/鹽酸/氫氟酸混合體系的溶蝕性能

分別配制酸液體系 IPPA-1、IPPA-2和土酸,其中IPPA-1由3%HF和5%聚異丙烯膦酸組成;IPPA-2由3%HF、5%鹽酸和5%聚異丙烯膦酸組成;土酸由12%鹽酸和3%HF組成。測定它們在65℃下反應4 h后,對長慶油田巖粉及粘土(膨潤土)的溶蝕率,實驗結果見圖1。

由圖1可知,反應初期,IPPA酸液對巖樣的溶蝕率遠遠低于土酸的溶蝕率,隨著反應時間的增加, IPPA酸液體系的溶蝕率逐漸增長加速,這組實驗數(shù)據(jù)體現(xiàn)了IPPA酸液體系的緩速性能,其結果是IPPA酸液體系不會像土酸一樣將酸液大量消耗在井筒附近,它能進入地層深部與巖石反應,有效提高低滲透儲層的基質滲透率。

3 IPPA酸化液的酸化實驗

IPPA酸液體系以鹽酸、聚異丙烯膦酸、氫氟化銨、甲酸為主酸,添加緩蝕劑和防膨劑等酸液添加劑組成,對其綜合性能進行了測試。為驗證酸液配方對長慶油田地層的適應性,進行了物理模擬實驗,通過巖心流動實驗,測定該酸液對巖心基質滲透率提高的幅度以及對堵塞解除的程度。

3.1 IPPA酸液綜合性能

進行了IPPA酸液二次沉淀測定、界面張力測定、破乳率測定和腐蝕速率測定等實驗,并與鹽酸和常規(guī)土酸進行了對比,實驗結果見表2。

表2 IPPA酸液綜合性能數(shù)據(jù)

由表2可見,IPPA酸液對泥漿具有很強的溶蝕能力,具有界面張力低、無二次沉淀、對施工管道腐蝕速率低等特點。

3.2 提高基質滲透率模擬實驗

采用長慶靖安油田天然巖心,按標準處理后,擠入8 PV的IPPA酸液,反應10 h,測定反應前后巖心滲透率變化。實驗數(shù)據(jù)見3。

表3 巖心模擬實驗數(shù)據(jù)

由表3可見,采用IPPA酸液處理后,巖心的滲透率提高率平均達98.12%,說明該解堵劑能有效提高長慶油田地層的滲透率,可滿足長慶油田酸化解堵的需要。

3.3 解堵模擬實驗

采用長慶靖安油田天然巖心,正擠泥漿至壓力升高2 MPa以上,然后注入5 PV的酸液,65℃下反應10 h后,測定反應后巖心滲透率,計算滲透率恢復率及提高率。實驗數(shù)據(jù)見表4。

表4 泥漿解堵實驗數(shù)據(jù)

從表4可見,巖心堵塞后,采用IPPA酸液處理后巖心滲透率恢復率平均達128.94%,表明該解堵劑對泥漿具有較強的解除作用,同時還可以提高基質的滲透率。

物理模擬實驗表明,IPPA酸化解堵劑對長慶油田天然巖心酸化和解堵效果較好,適合于該油田地層的酸化解堵。

4 現(xiàn)場應用

自2008年10月以來,在靖安油田現(xiàn)場試驗8口井,成功率90%,酸化后產(chǎn)液量由施工前的平均2.99 m3/d,上升到施工后的9.04 m3/d,產(chǎn)油量由施工前的平均0.88 m3/d,上升到施工后3.41 m3/ d,平均單井日增油2.53 m3。具體應用效果如表5所示。

表5 緩速酸化技術在靖安油田現(xiàn)場試驗效果

5 認 識

(1)利用緩速酸液實現(xiàn)深部處理。低滲透油層要達到經(jīng)濟開采,不但要解除堵塞,同時要對低滲透儲層進行基質改造,大幅度提高滲透率,否則產(chǎn)能很難提高。這就要求酸液在性能上要有很大程度的提高,能夠滿足低滲儲層的基質改造需要。所以配方上就要求采用緩速酸,施工規(guī)模上要求大型化,緩速酸化技術比較適合長慶油田的低滲透地層條件。

(2)緩速酸酸化技術和暫堵技術的結合。長慶油田三疊系長6油藏除了具有低滲特性外,同時又具有非均質性極強特點,同一井位不同層位以及同一井位同一層位中,巖石滲透率值級差較大,進行常規(guī)酸化施工,往往會造成酸化過程中酸液的“指進”現(xiàn)象,而使酸液不能按設計方案進入低滲透層位或污染層位[4]。因此,酸化作業(yè)中酸液的合理分流和驅替將是酸化成功的關鍵環(huán)節(jié)之一,暫堵酸化技術可以提高低滲透油層的動用程度、達到深部酸化的目的,在緩速酸液中加入暫堵劑將能更好地提高長慶油田酸化效果[5,6]。

1 李靜群,王俊旭,李武平,等.砂巖地層酸化可能對地層造成的傷害及預防處理[J].油氣井測試,2003 ,12 (4 ):17 -21

2 耿周梅,吳錦平.探井增產(chǎn)酸化工藝及效果分析.天然氣工業(yè), 2008 ,28 (5 ):83 -85

3 李 立.大港油田成功應用多氫酸分流深部酸化技術[J].石油鉆采工藝,2008 ,30 (1 ):70

4 梁全清,葛抗戰(zhàn),呂長容,等.高效返排緩速酸的深部酸化技術在濮城油田的應用研究.石油與天然氣化工,2008 ,37 (4 ):343 -346

5 羅 躍,張 煜,楊祖國,等.長慶低滲油藏暫堵酸化技術研究[J].鉆井液與完井液,2008 ,25 (2 ):48 -50

6 劉淑萍,高瑞民,劉亞勇,等.文留油田低滲透砂巖儲層重復酸化用酸液及其應用[J].油田化學,2004 ,21 (2 ):106 -10 9