提高油井酸處理效果的途徑

胡業(yè)文 馮鼎 馮耀忠 (中國(guó)石化勝利油田分公司純梁采油廠)

提高油井酸處理效果的途徑

胡業(yè)文 馮鼎 馮耀忠 (中國(guó)石化勝利油田分公司純梁采油廠)

油井酸處理是一種主要的油井增產(chǎn)方法。論述了影響油井酸處理效果的因素,酸處理的改進(jìn)措施,以及俄羅斯研制并成功采用的特低滲透層、碎屑巖地層完井、泥侵地層和油水井的鹽酸和聚丙烯酸處理等新工藝。

增產(chǎn)處理 酸處理 新工藝效果 措施

油田開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明,酸處理是油井增產(chǎn)、水井增注和提高采收率的一種重要方法。但是,從對(duì)油井酸處理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)可以看出,其成功率僅為51%～58%,有效期為2.7～4.1個(gè)月。為了提高油井的酸處理效果,必須搞清影響油層酸處理效果的地質(zhì)礦場(chǎng)因素,然后針對(duì)油層的具體情況,采取切實(shí)可行的油井酸處理改進(jìn)措施,并不斷開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用油層酸處理增產(chǎn)新工藝。

1 影響油層酸處理效果的地質(zhì)礦場(chǎng)因素[1]

為了提高油層的酸處理效果,首先必須確定油井的地質(zhì)礦場(chǎng)狀況、近井地帶地層的地質(zhì)和地球物理?xiàng)l件等影響酸處理效果的因素,評(píng)價(jià)這些因素的重要性和確定酸處理成功因素的最佳值和邊界值。通過(guò)對(duì)該問(wèn)題的長(zhǎng)期研究,得出了如下結(jié)論:

◇對(duì)目前產(chǎn)量為其最高產(chǎn)量的1%～60%的具有增產(chǎn)潛力的產(chǎn)量不太高的油井,進(jìn)行酸處理的效果較好。

◇對(duì)含水為0%～15%和70%以上的油井進(jìn)行酸處理效果較好,在酸液中添加非離子和陰離子表面活性劑,可提高含水為30%～60%油井的酸處理效果。

◇在酸組分中添加陽(yáng)離子活性劑憎水劑,包括憎水劑的烴溶液,可大幅度提高含水高于30%油井的酸處理效果。并且,憎水劑對(duì)滲透率大于0.1 μm2的高滲透層的酸處理有良好的效果。

◇多次壓井的油井酸處理效果均有所下降,這時(shí)最有效的方法是采用含憎水劑的土酸,因?yàn)樗蓪⑦M(jìn)入地層近井地帶的壓井液由地層中排出。

◇添加憎水劑的土酸,包括憎水劑的烴溶液,對(duì)有6～8個(gè)小層的多層非均質(zhì)地層的油井進(jìn)行酸處理效果較好。

◇添加非離子和陰離子表面活性劑的土酸對(duì)于低含砂 (15%～26%)、低孔隙度 (14.9%～19.0%)和滲透率0.001～0.02μm2的低滲透地層的油井有效,其原因是其中的非離子和陰離子表面活性劑的綜合作用可酸蝕地層,并可從地層中排出殼狀綠泥石膠結(jié)物;

◇添加憎水劑的土酸,對(duì)于平均含砂為39%～70%、孔隙度為18.6%～22.7%的高滲透層油井比較有效。憎水劑烴溶液對(duì)于高含砂 (70%～93%)和高孔隙度 (20.7%～23.6%)地層的油井有效,因其中的憎水劑可由油井的近井地帶排出束縛水,增大地層的滲濾厚度。

◇在酸液中添加非離子和陰離子表面活性劑,可顯著提高高含油飽和度 (60%～80%)地層油井的酸處理效果。

2 改進(jìn)油井酸處理的措施[2]

為了提高油井的酸處理效果,必須針對(duì)油井的具體情況,采取切實(shí)可行的油井酸處理改進(jìn)措施,使酸液可處理低滲透油飽和小層,降低酸巖反應(yīng)速度,最大限度地穿透地層的近井地帶。此外,還應(yīng)保證酸巖反應(yīng)后不會(huì)產(chǎn)生二次沉淀并且采用價(jià)廉易購(gòu)的原料。

為此,人們進(jìn)行了一系列物理-化學(xué)研究和礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn),提出了以下油井酸處理改進(jìn)措施:

◇對(duì)于低含水油井,采用含表面活性劑或一元醇和多元醇的酸液進(jìn)行酸處理,以提高酸處理效果。

◇為了使中等含水油井酸處理后增產(chǎn)和防止含水上升,可首先對(duì)油井進(jìn)行聚二醇或聚甘油預(yù)處理,然后再進(jìn)行酸處理。它最適合于含水為30%～60%的孔隙型地層油井的酸處理。

◇含水低于30%的低產(chǎn)油井的結(jié)蠟可使油井減產(chǎn)30%～60%,這時(shí)最有效的措施是向地層順序注入烴溶劑、酸化液和烴溶劑。注入的第一批芳香烴可有效地清蠟,提高酸與油飽和井段巖石的反應(yīng)速度,后續(xù)的烴溶劑處理,可提高地層近井地帶的含油飽和度,使油流易于流入井底。

◇對(duì)于灰?guī)r地層的高含水油井,可采用同時(shí)進(jìn)行選擇性堵水和酸處理的方法。這時(shí)可采用將軟泥添加到油中,靠磺酸鹽活性劑、白堊土和氫氧化鈣粉末穩(wěn)定的高黏乳化液作堵水劑。它具有塑性流變性和極高的抗剪切能力,它只沿裂縫和大孔道滲濾,可封堵裂縫和孔隙出水。而且,其烴外相還可與原油互溶,降低原油黏度,使原油無(wú)殘余阻力的滲濾。采用該方法對(duì)油井進(jìn)行先堵水后酸處理的作業(yè),可在封堵水滲濾的大裂縫和大孔道之后,向低滲透油飽和地層擠入酸液和烴溶劑,提高酸處理效果和原油在孔隙介質(zhì)和裂縫網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)性,使油井增產(chǎn)和降低含水。

3 油井酸處理新工藝

為了提高油井的酸處理效果,目前人們已成功開(kāi)發(fā)出特低滲透層、碎屑巖地層完井、泥侵地層和油水井的鹽酸和聚丙烯酸處理等新工藝,并進(jìn)行了應(yīng)用。

3.1 特低滲透層酸處理[3]

特低滲透層儲(chǔ)量的開(kāi)發(fā)和機(jī)理的研究表明,影響特低滲透層有效開(kāi)采的不利因素如下:

◇地層的滲透率特低,使油氣水的滲濾阻力增大,通常發(fā)生在半徑為2 m的近井地帶地層的壓力損失,可達(dá)流體滲濾總壓力損失的50%以上。

◇油井生產(chǎn)時(shí)的地層溫壓狀態(tài)破壞,可使井底壓力降至低于原油飽和壓力,導(dǎo)致油井和地層結(jié)蠟。

因此,要有效開(kāi)采特低滲透層儲(chǔ)量,就必須消除地層的趨膚層和提高近井地帶的滲透率,達(dá)到地層-油井系統(tǒng)的水力學(xué)完善。

從理論上講,提高地層滲透率的最有效化學(xué)劑是土酸,但其酸巖反應(yīng)速度完全取決于相間接觸表面。由于地層的滲透率特低,地層近井地帶又有可能被機(jī)雜和結(jié)蠟堵塞,或被油或水飽和進(jìn)入,發(fā)生黏土膨脹,因此有一部分孔隙是封閉的,土酸根本不能進(jìn)入。

為了提高酸處理效果,俄羅斯研制成功了一種化學(xué)-壓降增產(chǎn)處理新工藝。其實(shí)質(zhì)就是用土酸、不同親油親水平衡值的有機(jī)溶劑、黏土穩(wěn)定劑、緩蝕劑和破乳劑等組成的酸液處理地層,并用較大的壓差從地層中排出反應(yīng)產(chǎn)物。

為了選擇最佳的酸液配方,必須首先對(duì)處理層進(jìn)行研究,確定儲(chǔ)層的礦物成分、黏土類型和含量,地層巖石的滲濾和物理機(jī)械性能等。然后確定采用的酸液組分和由地層中排出反應(yīng)產(chǎn)物的最佳條件。

這時(shí)采用的酸液為:15%～22%的鹽酸、2%～5%的氫氟酸、適量的有機(jī)溶劑、緩蝕劑、破乳劑和憎水劑等。其中的酸液濃度可根據(jù)地層礦物組成以能保證溶蝕和分散地層巖石和表皮中的硅酸鹽、碳酸鹽和黏土礦物來(lái)選擇。這時(shí),可選用烴類作溶劑。根據(jù)地層中占優(yōu)勢(shì)的黏土礦物,選擇黏土穩(wěn)定劑。另外,還須在酸液中添加少量的緩蝕劑、破乳劑和憎水劑以便溶解地層結(jié)蠟和油膜,使酸組分同地層巖石充分反應(yīng)。同時(shí)防止地層黏土膨脹、乳化液堵和水堵等。

該工藝的施工過(guò)程比較簡(jiǎn)單,首先在礦場(chǎng)將計(jì)算量的鹽酸、氫氟酸、有機(jī)溶劑、黏土穩(wěn)定劑、緩蝕劑、破乳劑和憎水劑等與要求數(shù)量的水配制成酸液并注入地層,關(guān)井反應(yīng)確定的時(shí)間。最后向井下注入惰性氣體,并用噴射泵或抽吸等方法,在建立較大壓差的情況下,由地層中強(qiáng)制排出反應(yīng)產(chǎn)物。

到目前為止,俄羅斯已用該工藝處理了80余口油井,處理后油井的平均產(chǎn)油量上升了4.7～13.5倍,平均有效期為204天,每注入4～6 m3酸處理液,可平均累計(jì)增油490 t。

3.2 砂巖地層完井時(shí)的酸處理[4]

在打開(kāi)地質(zhì)物理性能復(fù)雜的地層時(shí),在其近井地帶會(huì)形成難以排除的由地層淤積、黏土膨脹和其他可大幅度降低油井產(chǎn)能因素造成的堵塞。并且這類地層大多是孔隙類地層,具有低滲濾吸收性能、大的巖石滲濾吸收表面、高泥質(zhì)含量,及由泥漿和其他措施液體滲濾形成的地層淤積。此外,也會(huì)因地層親水和水合作用使其滲透率下降。因此這類地層的原油儲(chǔ)量可以認(rèn)為是難采儲(chǔ)量。

為了優(yōu)化這類砂巖地層的酸液配方,用巖心實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),以確定最有效的酸液組成、每米地層的用酸量、巖石的酸溶動(dòng)態(tài)、地層滲透率提高程度以及最佳酸巖反應(yīng)時(shí)間。結(jié)果表明:

◇由4%HF+14%HCl+4%CH3COOH+1% ABS(烷基苯磺酸鈉)組成的酸液,有足夠高的酸巖反應(yīng)速度,其中的醋酸可防止反應(yīng)產(chǎn)物在近井地帶沉淀,ABS可降低地層的親水性和水合作用,使反應(yīng)產(chǎn)物易于從地層排出。其結(jié)果是可使地層的滲透率有較大的恢復(fù)。

◇對(duì)于滲透率為0.01～0.05μm2、孔隙度為9%～13%的滲濾吸收性能較低的砂巖地層,注入的土酸體積可采用0.5～0.6 m3/m。對(duì)于滲透率為0.05～0.1μm2、孔隙度大于13%的較高滲濾吸收性能地層,可將用酸量適當(dāng)提高至0.715～0.75 m3/m。

◇土酸與地層的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)隨注酸壓力的降低而適當(dāng)延長(zhǎng),可由低滲透層的8 h延長(zhǎng)至較高滲透的低泥質(zhì)含量地層的12～14 h,以保證地層黏土的最佳溶解和分散程度,防止反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)地層造成二次堵塞。

◇應(yīng)以 3.5～3.8 L/min的排量將酸液注入地層。

目前,俄羅斯已用該工藝處理了7口油井,處理后所有的井平均產(chǎn)油量增加了1.5倍。其中有的油井處理后增產(chǎn)了3.5～72 t/d。處理的成功率為100%。

3.3 泥侵地層酸處理[5]

油田的實(shí)際生產(chǎn)表明,鉆井時(shí)鉆井液濾液會(huì)進(jìn)入地層的近井地帶;注入水與地層水的礦化度不同,特別是注淡水時(shí)會(huì)使地層黏土膨脹;地層溫度和壓力下降時(shí),會(huì)引起油井和地層結(jié)蠟。所有這些因素均會(huì)使油井的常規(guī)酸處理效果下降。為了提高這類泥侵地層的酸處理效果,必須采用新工藝。

研究結(jié)果表明,用于清除泥餅的化學(xué)劑應(yīng)包括各種無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物,如可沖洗地層黏土的溶劑和表面活性劑。其作用機(jī)理是活性劑可吸附在黏土表面,降低水同黏土陽(yáng)離子接觸的可能性,可有利于分散的黏土由地層中排出,但是其效果也不太理想。其原因是溶解黏土的酸會(huì)快速進(jìn)入高滲透小層的微孔,不能波及低滲透小層。因此,這時(shí)較高效的工藝是應(yīng)對(duì)地層進(jìn)行多級(jí)處理,以清除泥餅、清淤和沖洗出黏土顆粒。

該種新工藝的實(shí)質(zhì)就是順序交替地向地層注入酸和堿組分。其中的酸組分是土酸、溶劑、表面活性劑;堿組分為堿和必要時(shí)添加的表面活性劑。采用該工藝可溶解和分散由鉆井液帶入地層孔隙介質(zhì)的黏土顆粒并使其脫水,部分溶解地層的膠質(zhì)-瀝青質(zhì)-石蠟沉積。最后將分散的黏土顆粒和各種堵塞污染物由地層中排出。

該工藝的實(shí)施可分三個(gè)階段:

◇油井準(zhǔn)備:評(píng)價(jià)油井生產(chǎn)的可能性,檢查井下設(shè)備和井底狀況,必要時(shí)可洗井和沖洗井底。

◇工藝實(shí)施:按照設(shè)計(jì)的注入順序和劑量,注入設(shè)計(jì)濃度和體積的化學(xué)劑。

◇抽吸投產(chǎn):待油井生產(chǎn)正常后再進(jìn)行試井。

目前,俄羅斯已用該工藝處理了7口油井。實(shí)驗(yàn)前油井的產(chǎn)油量在2～2.5 t/d之間,含水為0%～44%,地層壓力為13～15.6 MPa。注入的化學(xué)劑量由地層射孔厚度確定,在12～25 m3之間。處理后油井增產(chǎn)1.3～4.2 t/d,4口井的含水未變, 1口井的含水下降23%,處理的成功率為100%。

3.4 油水井的鹽酸和聚丙烯酸處理[6]

灰?guī)r地層的主要組分是碳酸鹽,它可很好地溶于酸。因此,用于恢復(fù)和提高灰?guī)r地層近井地帶滲透率的主劑是鹽酸,通常采用的鹽酸濃度為8%～15%:其中,用于砂巖和灰?guī)r地層的濃度為8%～10%,用于低壓高滲透灰?guī)r的濃度為10%～12%,用于高壓低滲透灰?guī)r的濃度為12%～15%。不推薦采用更高的鹽酸濃度,因?yàn)閺?qiáng)烈的腐蝕最終會(huì)堵塞地層。

其處理效果由添加的組分確定,鹽酸可溶解和排出灰?guī)r成分。而聚丙烯酸的有機(jī)羧酸水解,可使黏土物質(zhì)失去層間水,發(fā)生結(jié)晶畸變,使含大量的K+、Na+離子的黏土失去膨脹能力。這已被在油水井處理前后對(duì)其高效液態(tài)色譜圖研究和對(duì)地層的灰質(zhì)和泥質(zhì)的折射研究所證實(shí)。

由于在近井地帶,該種化學(xué)劑和鹽酸會(huì)發(fā)生有機(jī)羧酸的脫羧基水解反應(yīng):

這時(shí),地層淤積物就可起到反應(yīng)催化劑的作用。由CO2形成的高壓差,可使地層的堵塞物質(zhì)破壞和沉積破裂,形成易于運(yùn)移的物質(zhì),從而可被注入水?dāng)D入地層,或由近井地帶采出地表。

用該種新工藝處理地層的特點(diǎn)是,首先進(jìn)行分解和排出近井地帶堵塞物的處理,然后再對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化油流或提高吸水能力的處理,還可在最低滲透小層發(fā)生反應(yīng),從而可使整個(gè)地層的吸水能力和產(chǎn)油量增加。

采用該新工藝綜合處理油水井的實(shí)驗(yàn)在俄羅斯的肯基亞克油田進(jìn)行。首先對(duì)注水井3109井進(jìn)行了綜合處理。該井的井深為400 m。井身結(jié)構(gòu):表層套管245 mm×116 m,生產(chǎn)套管168 mm×397.8 m,人工井底387.8 m,射孔段376～371、374～369、361～358、355～351、342～339、321～316.5 m。井下設(shè)備:喇叭口293 m;油管73 mm×293 m(31根)。并在處理前測(cè)試了該井的吸水能力,在4 MPa的壓力下為100 m3/d處理后該井的吸水能力增加到1.5 MPa壓力下的540 m3/d。

后來(lái)又用該新工藝處理了油井8301井。井底深度為4 302 m。井身結(jié)構(gòu):表層套管339.7 mm ×1 225.42 m,技術(shù)套管244.5 mm×3 768.07 m,生產(chǎn)套管168.3 mm×3 200.10 m,139.7 mm ×3 200.11 m。射孔段為4 296～4 392 m。該井下入88.9 mm(0～2 205 m)和73 mm(2 205～4 205 m)油管。處理后該井的產(chǎn)油量由70 t/d上升到120 t/d。

4 結(jié)論與建議

在對(duì)油井進(jìn)行酸處理前,搞清油井酸處理效果的影響因素,針對(duì)油井的具體情況,采取改進(jìn)酸處理的措施和采用特低滲透層、低滲透砂巖地層、砂巖地層完井和泥侵地層的酸處理新工藝,可大幅度提高油井的酸處理效果和原油采收率。

建議國(guó)內(nèi)各油田和科研單位,能借鑒這些油井酸處理新工藝,改進(jìn)和完善國(guó)內(nèi)的油井酸處理工藝,提高油田開(kāi)發(fā)晚期的開(kāi)采效果和最終采收率。

[1]Р а х м а а н г у л о вКХ,ид р.Г е о л о г о-п р о м ы с л о в ы еф а к т о-р ы,о п р е д е л я ю щ и еэ ф ф е к т и в н о с т ик и с л о т н ы хо б р а б о т о к с к в а ж и н В а т ь е г а н с к о г о м е с т о р о ж д е н и я[J].Н е ф т я н о е Х о з я й с т в о,2000(7):44-46.

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