油井不動(dòng)管柱酸化技術(shù)工藝應(yīng)用

潘萬(wàn)宏，錢(qián)憶春，陶劍清，潘 義，顧曙兵，王 華

（1.中國(guó)石化江蘇油田礦業(yè)開(kāi)發(fā)總公司，江蘇揚(yáng)州 225009；2.中國(guó)石化江蘇油田分公司試采一廠，江蘇江都 225265）

酸化是一種廣泛使用的解除油井近井地帶地層傷害的增產(chǎn)措施，對(duì)于酸化半徑、酸液用量較小的近井地帶的解堵酸化，常規(guī)酸化工藝流程存在占井周期長(zhǎng)、作業(yè)費(fèi)用高、存在環(huán)境污染等缺點(diǎn)。不動(dòng)管柱酸化工藝是將酸液由油套環(huán)空注入地層，酸化完成后殘酸由抽油泵返排出地面，其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了起下泵掛及酸化管柱的作業(yè)工序，降低了作業(yè)成本；其次是縮短了油井酸化作業(yè)工序的占井周期。

該工藝的技術(shù)關(guān)鍵是解決殘酸對(duì)泵、油管、抽油桿的腐蝕問(wèn)題，為使不動(dòng)管柱酸化工藝滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用要求，本工藝從兩個(gè)方面對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)研究，一是進(jìn)行井筒鍍膜劑的研究，鍍膜劑能在油管表面形成一層金屬鍍層，起到降低殘酸對(duì)管桿、泵的腐蝕作用；二是進(jìn)行了殘酸處理劑的研究，在酸液返排期間，通過(guò)從環(huán)空泵入殘酸處理劑，對(duì)殘酸進(jìn)行中和、絡(luò)合處理，提高殘酸的pH值，改善殘酸的流體性質(zhì)。

1 油井酸化后返排殘酸研究

1.1 殘酸性質(zhì)分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場(chǎng)酸化條件進(jìn)行模擬試驗(yàn)，具體方法如下：取生產(chǎn)區(qū)塊的地層巖心20 g；油井油管管壁及泵筒的腐蝕樣和垢樣的混合物8 g；200 mL現(xiàn)場(chǎng)所配制的酸液，然后放入65℃的恒溫水浴中，依次反應(yīng) 3 h、6 h、9 h、12 h、15 h，將所得殘酸液性質(zhì)進(jìn)行定量分析（見(jiàn)表1）。

表1 室內(nèi)制得殘酸性質(zhì)分析

由表1可知：（1）高殘留濃度、高礦化度、高電導(dǎo)率；（2）酸化15 h后酸化反應(yīng)趨于緩慢，殘留酸的殘留濃度變化不大。

1.2 殘酸腐蝕速率測(cè)試

考慮到返排的殘酸對(duì)油管的腐蝕和集輸管線的腐蝕，采用與油管材質(zhì)和集輸管線材質(zhì)相同的鋼片，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了殘酸的pH值和腐蝕速率指標(biāo)，依據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5405-1996,測(cè)試常壓靜態(tài)腐蝕速率，試驗(yàn)方法：采用四片N80鋼片和四片20號(hào)鋼片，在60℃分別懸掛在八份上述殘酸液中，在不同的反應(yīng)時(shí)間段測(cè)得失重質(zhì)量。

表2 不同時(shí)間段的殘酸pH值與腐蝕速率

由表2可知：掛片的腐蝕速率普遍偏高均大于5.9 g/（m2×h），并隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增高。

1.3 殘酸影響分析

殘酸液對(duì)抽油泵及井下管柱的影響主要表現(xiàn)在以下三方面。

1.3.1 造成抽油泵固定凡爾球、凡爾座、柱塞的腐蝕因殘酸的腐蝕作用，抽油泵零部件會(huì)發(fā)生不同程度的腐蝕問(wèn)題，現(xiàn)用的抽油泵部件的材質(zhì)主要為9Cr18Mo合金鋼，為此測(cè)試了該材料在殘酸中的腐蝕速率，試驗(yàn)方法：采用四片9Cr18Mo鋼片，在60℃分別懸掛在四份上述殘酸液中，在不同的反應(yīng)時(shí)間段測(cè)得失重質(zhì)量。

表3 抽油泵材質(zhì)在殘酸中的腐蝕速率

由表3可知：雖然9Cr18Mo合金鋼片的腐蝕速率比N80鋼片要低，但其較長(zhǎng)時(shí)間在酸液中的腐蝕速率達(dá)到了5.67 g/（m2×h），仍處于較高的水平。

1.3.2 酸液殘?jiān)捌渌肝镉绊?當(dāng)?shù)貙幽芰康?、?fù)壓，酸液返排困難時(shí)。地層殘留酸液與地層基巖發(fā)生反應(yīng)。產(chǎn)生氟化鈣、氟化鋁、硅酸、氫氧化鐵等沉淀物或與原油作用生成瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等，與其他砂、油泥等共同作用，使地層喉道堵塞、泵固定凡爾球、凡爾座座封不嚴(yán)或堵塞抽油泵。無(wú)法正常生產(chǎn)。

1.3.3 酸液對(duì)油管絲扣的腐蝕 酸液對(duì)油管的腐蝕主要集中在兩根油管連接處的絲扣內(nèi)，由于酸液的滲入，對(duì)絲扣內(nèi)的腐蝕造成油管漏，在一些采用酸化管柱下泵生產(chǎn)的油井，曾出現(xiàn)過(guò)開(kāi)抽后不出液，診斷為油管漏，作業(yè)起出油管后發(fā)現(xiàn)油管絲扣處腐蝕造成漏失。

2 防腐鍍膜劑篩選研究

通過(guò)初步的篩選，確定了二種鍍膜劑產(chǎn)品進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)方法為，將N80掛片置于鍍膜劑水溶液中靜置鍍膜4 h后，模擬井筒溫度65℃，放入不同酸液中進(jìn)行腐蝕速率測(cè)試。

2.1 土酸溶液鍍膜效果測(cè)試

清水按如下加量加入鍍膜劑，放入N80掛片于65℃水浴下鍍膜4 h，然后將鍍膜后的掛片置于15%HCl+3%HF的配方土酸溶液中，在65℃水浴下評(píng)價(jià)各時(shí)間段掛片的腐蝕性（見(jiàn)表4）。

2.2 鹽酸溶液的鍍膜效果測(cè)試

在自來(lái)水中按如下加量加入鍍膜劑，放入N80掛片于45℃水浴下鍍膜4 h，然后將鍍膜后的掛片置于15%HCl的配方溶液中，在45℃水浴下評(píng)價(jià)各時(shí)間段掛片的腐蝕性（見(jiàn)表5）。

由表5可知：N80掛片在5%濃度二號(hào)鍍膜劑中鍍膜4 h后，在15%HCl和土酸溶液中均具有較好的抗腐蝕性能，在45℃水浴中靜置4 h和3 h后，其腐蝕速率分別為1.01 g/（m2×h）和0.08 g/（m2×h），達(dá)到了石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

3 殘酸處理劑研究

油井酸化后，pH值1左右的殘酸會(huì)隨返排液進(jìn)入井筒，在舉升過(guò)程中會(huì)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，為了防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，必須使殘酸在返排液時(shí)pH值從1升至5～6左右，抑制返排液的腐蝕性；同時(shí)保持返排液的流體性質(zhì)較好，能安全順暢的排出，不發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

表4 土酸溶液鍍膜劑性能測(cè)試結(jié)果

表5 鹽酸溶液鍍膜劑性能測(cè)試結(jié)果

表6 殘酸處理劑綜合試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)不動(dòng)管柱酸化工藝的兩方面核心要求，以堿性聚合物聚天冬氨酸鹽（PASP）與堿金屬氫氧化物作中和劑，以大分子有機(jī)膦酸鹽多氨基多醚基甲叉膦酸鹽作為絡(luò)合劑，以二氫咪唑作為緩蝕劑，利用復(fù)配增效的原理合成油井不動(dòng)管柱酸化工藝所要求的殘酸處理劑產(chǎn)品小樣。

3.1 室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)

取100 mL不同時(shí)段的殘酸與100 mL殘酸處理劑進(jìn)行室內(nèi)綜合試驗(yàn)（見(jiàn)表6）。

從表6數(shù)據(jù)以及反應(yīng)現(xiàn)象可以看出，該類(lèi)藥劑具備用量小，中和、絡(luò)合性強(qiáng)、緩蝕效果好的特點(diǎn)，并且處理后殘酸返排液的流體性佳的特點(diǎn)，達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)殘酸處理劑的性能要求。

3.2 殘酸處理劑絡(luò)合性能試驗(yàn)

配置模擬現(xiàn)場(chǎng)酸液，配方為：前置液1 000 mL：10%HCl+酸化添加劑，處理液1 000 mL：10%HCl+10%HBF4+酸化添加劑。將前置液和處理液分別分成5份，每份200 mL于10只塑料瓶，在上述酸液中，加入不同比例的絡(luò)合劑，攪拌均勻。

將巖芯和垢樣分別粉碎，稱(chēng)取10份樣品，每份含巖芯40 g，垢樣8 g。將10份巖芯樣品分別溶于200 mL酸液中，恒溫水浴65℃，反應(yīng)3 h，取100 mL殘酸加入中和劑使pH值達(dá)到6左右，觀察溶液狀態(tài)。

從表7結(jié)果可看出：在每200 mL前置液和200 mL處理液中加入40 mL絡(luò)合劑時(shí)，中和后的殘酸溶液透亮，靜置后無(wú)沉淀產(chǎn)生。

表7 殘酸絡(luò)合劑用量確定

3.3 殘酸處理劑中和性能試驗(yàn)

配置模擬現(xiàn)場(chǎng)酸液，配方為：前置液400 mL：10%HCl+酸化添加劑+絡(luò)合劑80 mL，處理液400 mL：10%HCl+10%HBF4+酸化添加劑+絡(luò)合劑80 mL。

將巖芯和垢樣分別粉碎，稱(chēng)取4份樣品，每份含巖芯40 g，垢樣8 g。將前置液和處理液分成4份，置于4只塑料瓶中，將4份巖芯樣品分別溶于200 mL酸液中，恒溫水浴65℃，反應(yīng)3 h后，取得殘酸樣備用。

取10 mL上述殘酸樣，將中和劑添加至殘酸中，實(shí)時(shí)檢測(cè)殘酸樣pH值（見(jiàn)表8）。

由表8可知：模擬現(xiàn)場(chǎng)酸化配方情況下，殘酸綜合中和劑與殘酸的當(dāng)量體積比為1：1時(shí)，可將殘酸pH值提高到6左右。

表8 殘酸中和劑用量確定

表9 措施井增油效果統(tǒng)計(jì)

4 現(xiàn)場(chǎng)工藝應(yīng)用與效果

該工藝分別在江蘇油田的 cn2-18、cn3-60和F86-1A，進(jìn)行了3口井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，施工成功率100%。施工效果明顯，3口井單井平均日增液9.1 m3，單井平均日增油4 t。截至2012年11月30日累計(jì)增油量2 246.6 t（見(jiàn)表9）。

該井生產(chǎn) Ef3的 16、18、20、23 ～26、29 ～30 號(hào)層，從2011年11月開(kāi)始液量油量逐漸下降，日產(chǎn)液量從13.7 m3下降到4.5 m3，日產(chǎn)油量從9.2 t下降到4.5 t，2011年12月15日，井口不出液，功圖顯示嚴(yán)重供液不足。2012年1月1日實(shí)施不動(dòng)管柱酸化工藝，設(shè)計(jì)酸化半徑0.7 m，緩蝕鍍膜液30 m3，前置液5 m3，處理液 5 m3，絡(luò)合劑 2 m3，隔離液 10 m3，殘酸中和劑 13 m3。該井施工前供液不足，不出液，施工后日產(chǎn)液量10.2 t，油量5.8 t，開(kāi)抽正常，至2012年6月30日累計(jì)增油878.9 t。該井生產(chǎn)曲線及井口pH值監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖1、圖2）。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）研制的殘酸處理劑具有保持返排液流體性質(zhì)、提高殘酸體系的pH值及降低殘酸體系的腐蝕速率等特性，為實(shí)現(xiàn)油井不動(dòng)管柱酸化提供來(lái)技術(shù)上的可行性。

（2）通過(guò)對(duì)選井工藝、酸液配方篩選及殘酸防腐蝕性能的評(píng)價(jià)、井口殘酸返排液的pH值指標(biāo)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)等完整配套技術(shù)的研究，形成了不動(dòng)管柱酸化技術(shù)及相關(guān)配套工藝。

（3）根據(jù)不動(dòng)管柱酸化工藝的應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)于地層能量充足，污染半徑較小且井下泵掛工作狀況良好，無(wú)套損問(wèn)題的油井解堵酸化，應(yīng)推廣應(yīng)用該項(xiàng)工藝。

（4）不動(dòng)管柱酸化大大降低了施工成本、縮短施工周期，滿(mǎn)足原油生產(chǎn)任務(wù)和降低生產(chǎn)成本的需要，適應(yīng)日益嚴(yán)格的環(huán)保需求，對(duì)于降低采油廠作業(yè)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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