伊拉克Mishrif油層水平井酸化工藝研究

邢希金，黃晶，劉書杰，李玉光 （中海油研究總院，北京100027）

伊拉克的Mishrif油層埋深約4200m，溫度120℃；儲層主要為顆?；?guī)r、泥質(zhì)顆粒灰?guī)r、泥晶灰?guī)r；儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，北區(qū)孔隙度約10%、滲透率約1mD，南區(qū)孔隙度約14%、滲透率約5mD；儲集空間主要為溶蝕孔隙型、溶蝕孔洞型，局部發(fā)育微裂縫。

1 水平井酸化作業(yè)難點(diǎn)

由于水平井與直井相比，受到污染傷害更嚴(yán)重且傷害程度不均，水平井酸化時，酸液分布受到影響，水平井酸化處理作業(yè)更為復(fù)雜和困難。Mishrif油層水平井酸化作業(yè)時面臨如下技術(shù)難點(diǎn)：

1）儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，同時由于工作液對水平段不同位置的浸泡時間不同，造成水平段傷害帶呈不均勻分布，酸化水平段時需按不同污染程度布酸，實(shí)施分流布酸措施[1]。

2）水平井與直井相比，酸化施工規(guī)模大，酸液在地層中滯留時間長，殘酸返排困難，易造成二次傷害，需選擇低傷害、易返排的酸液。

3）水平井酸化處理層段較長 （設(shè)計(jì)長度約500～600m），用酸量大、施工時間長，設(shè)備及管柱腐蝕更嚴(yán)重，需使用高性能、長效緩蝕劑。

4）水平井段污染較深，要求酸液有較強(qiáng)的穿透距離和良好的緩速性能。

5）水平井布酸工藝受完井形式的限制，Mishrif油層水平井采用裸眼完井、下入打孔管支撐井壁的完井方式。為了確保均勻解堵，需要采用相應(yīng)的分流酸化技術(shù)。

2 酸液體系及分流劑研究

根據(jù)目標(biāo)儲層特點(diǎn)對酸液體系性能要求，提出適于目標(biāo)儲層的酸型為膠凝酸、自轉(zhuǎn)向酸，分流劑為可解除油溶性化學(xué)微粒的SA－1。

2.1 酸液性能測試

膠凝酸具有較高的黏度，能有效控制濾失，還可抑制對流及氫離子向巖石表面擴(kuò)散的速度，從而實(shí)現(xiàn)延緩酸巖反應(yīng)速度，增加活性酸的穿透距離。自轉(zhuǎn)向酸剛注入進(jìn)地層時，黏度低，酸液優(yōu)先進(jìn)入高滲透層，隨酸液的消耗，pH值升高，同時酸巖反應(yīng)產(chǎn)生游離的金屬陽離子，在pH值和金屬陽離子的共同作用下，轉(zhuǎn)向劑的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，黏度劇增，增加了酸液在高滲透層的滲透阻力，從而使后續(xù)酸液轉(zhuǎn)向其他儲層。酸化后，產(chǎn)出的油氣與桿狀膠束接觸，將其轉(zhuǎn)換成球形膠束，黏度下降，使得殘酸能夠順利返排。酸液配方及其性能測試結(jié)果見表1。評價結(jié)果表明，2種配方酸液腐蝕速率較低，均達(dá)到行業(yè)一級指標(biāo) （120℃下腐蝕速率＜30g/（m2·h）），緩蝕性能優(yōu)良；酸液表面張力均較低，有助于殘酸返排。

表1 酸液腐蝕性、助排性測試

2.2 自轉(zhuǎn)向酸轉(zhuǎn)向性測試

采用巖心流動試驗(yàn)進(jìn)行自轉(zhuǎn)向酸轉(zhuǎn)向性能評價 （圖1），隨著自轉(zhuǎn)向酸的注入，壓力升高，最高達(dá)到9.9MPa，并出現(xiàn)4次明顯的壓力降落，說明自轉(zhuǎn)向酸發(fā)生變黏封堵孔隙后又能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向；而常規(guī)酸在巖心中壓力基本沒有上升。

2.3 分流劑性能測試

可解除油溶性化學(xué)微粒的SA－1分流劑可以實(shí)現(xiàn)一次酸化同時解開各層傷害堵塞的效果，其分流原理為：顆粒在巖石基質(zhì)表面形成一個低滲濾餅或者進(jìn)入巖石內(nèi)部堵塞孔喉、充填裂縫溶洞形成橋塞，增加了流入巖層的滲流阻力。在酸液中加入適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)微粒，由于酸液優(yōu)先進(jìn)入最小阻力的高滲層，隨著注酸過程的進(jìn)行，高滲井段吸酸多，化學(xué)微粒進(jìn)入量也多，對高滲井段的堵塞也大，將酸液轉(zhuǎn)向分流進(jìn)入其他低滲層段，從而逐步改變進(jìn)入井段各部位的酸量分布，最后達(dá)到井段各部位均勻進(jìn)酸的目的。

圖1 巖心注液過程中的壓力響應(yīng)曲線

采用滲透率 （K）分別為264mD及100mD的2塊人造巖心進(jìn)行并聯(lián)巖心流動試驗(yàn)，研究SA－1分流劑在不同基質(zhì)滲透率級差的分流效果。試驗(yàn)時首先注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的NH4Cl基液測定巖心基準(zhǔn)滲透率，再將攜帶油溶性化學(xué)微粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的NH4Cl基液注入巖心，評價其分流效果。分流后通過正向注入柴油及反向注入柴油解除油溶性化學(xué)微粒濾餅，評價其解堵效果 （圖2）。

圖2 SA－1的分流效果試驗(yàn)曲線

試驗(yàn)結(jié)果表明，注入分流液后，巖心滲透率開始下降。對于高滲透率的巖心，由于吸收液體多，注入SA－1后其滲透率急劇降低，當(dāng)其滲透率降到接近或低于低滲透率巖心滲透率時，兩塊巖心滲透率開始達(dá)到平衡，最終兩塊巖心基本趨于同一流量，巖心滲透率趨于一致，為20mD左右，說明注入SA－1后，能起到暫堵分流作用。隨后注入柴油，2塊巖心的滲透率迅速恢復(fù)，表明解堵效果良好。

3 水平井酸化工藝研究

目前水平井基質(zhì)酸化主要的均勻布酸技術(shù)可分為：機(jī)械分流技術(shù)[2]、連續(xù)油管布酸技術(shù)、酸液稠化分流技術(shù)、泡沫分流技術(shù)[3]、化學(xué)微粒分流技術(shù)[4]、纖維暫堵分流[5]等。由于機(jī)械分流技術(shù)施工工藝復(fù)雜、施工周期長、對設(shè)備要求較高，并且分隔水平井的段數(shù)有限，同時對完井條件有極強(qiáng)的針對性，對固井質(zhì)量要求嚴(yán)格；泡沫分流技術(shù)存在泡沫的韌性與持久性不強(qiáng)，地層流體使大多數(shù)泡沫的強(qiáng)度削弱甚至破壞，且該技術(shù)受到溫度的嚴(yán)格限制等問題。中東地區(qū)目前所應(yīng)用的水平井基質(zhì)酸化工藝主要包括連續(xù)油管拖動酸化[6，7]、連續(xù)油管噴射酸化[8]等，并結(jié)合自轉(zhuǎn)向酸[9]、可降解顆粒材料、降解纖維等材料改善布酸效果[10]。

研究主要考慮連續(xù)油管、酸液稠化分流、化學(xué)微粒分流3種均勻布酸技術(shù)，結(jié)合目標(biāo)儲層特點(diǎn)及酸液體系和分流降濾材料研究結(jié)果，提出適宜于Mishrif油層水平井的2套基質(zhì)酸化工藝。

3.1 連續(xù)油管拖動酸化

使用連續(xù)油管對水平井進(jìn)行酸化的主要優(yōu)點(diǎn)是不用起出生產(chǎn)管柱，作業(yè)時間短；作業(yè)過程中不需設(shè)置封隔器及起出管柱。連續(xù)油管注酸處理措施是通過控制連續(xù)油管的上提速度和注入酸液速度來實(shí)現(xiàn)酸液的均勻分布。根據(jù)地層橢圓錐臺體的損害特點(diǎn)，通過不斷降低連續(xù)油管上提速度的布酸方式進(jìn)行布酸。

膠凝酸與自轉(zhuǎn)向酸2種稠化體系利用其高黏性質(zhì)或黏彈性質(zhì)以減緩酸液在酸蝕蚓孔、天然裂縫中的穿透速度，使酸液有機(jī)會進(jìn)入無蚓孔或低滲地層。同時，由于黏度的升高，將增加酸液進(jìn)入地層的阻力，在相同的注入排量下、顯著增加注入壓差，使酸液能夠進(jìn)入更多的低滲層段。采用組合酸液體系可利用不同酸液體系的黏度、反應(yīng)性差異，實(shí)現(xiàn)非均勻刻蝕，最大化發(fā)揮每種酸液體系的優(yōu)勢，最終形成較長、且具有較高導(dǎo)流能力的酸蝕裂縫。組合酸液進(jìn)行交替注入能獲得較高的施工成功率及有效率。

拖動酸化前，先將連續(xù)油管下到水平改造段的底界，開套管或油管從連續(xù)油管內(nèi)替入酸液，將水平改造段底界到油管鞋以下的井筒內(nèi)置換成酸液。再關(guān)油套管，開始從連續(xù)油管高壓注入膠凝酸、自轉(zhuǎn)向酸，并以一定的速度拖動連續(xù)油管，拖動到射孔頂界下附近位置后停止拖動連續(xù)油管，繼續(xù)泵入酸液，泵注酸液結(jié)束后，用活性水頂替，將連續(xù)油管內(nèi)的酸液置換成活性水，然后起出連續(xù)油管。

3.2 化學(xué)微粒分流酸化

根據(jù)化學(xué)微粒分流性能研究成果，水平井酸化時采用組合注入膠凝酸、自轉(zhuǎn)向酸并加入油溶性化學(xué)微粒SA－1。根據(jù)室內(nèi)流動模擬結(jié)果和多個油田的現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，分流劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在3%～6%條件下可實(shí)現(xiàn)有效分流。具體應(yīng)用時應(yīng)重點(diǎn)考慮以下兩點(diǎn)：

1）根據(jù)井段不同位置處滲透率差異和分布調(diào)整濃度。滲透率差異越大，適當(dāng)加大濃度；高滲透儲層段比例大，適當(dāng)加大濃度。

2）根據(jù)井段長度和總液量多少選擇其最終用量?？傄毫吭酱?，其濃度應(yīng)適當(dāng)加大。

分流劑可隨酸液一起混注或分段間隔注入。具體注入速度和時機(jī)沒有一成不變的確定方式，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工壓力和排量的演變實(shí)時調(diào)整。總體原則是在注入壓力較低、排量較大時適當(dāng)加大其注入速度，以憋起壓力，起到分流作用，相反的情況應(yīng)該停止注入或降低其注入速度。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1）Mishrif油層非均質(zhì)性強(qiáng)，水平井傷害比直井更嚴(yán)重、更復(fù)雜，需采取針對性的措施進(jìn)行均勻布酸，并加強(qiáng)緩速、緩蝕措施。

2）對適于目標(biāo)儲層的膠凝酸、自轉(zhuǎn)向酸和可解除油溶性化學(xué)微粒的SA－1分流劑進(jìn)行了性能評價，常規(guī)性能測試表明酸液具有低腐蝕性、易返排性，膠凝酸具有較高黏度，具有降濾、緩速的優(yōu)點(diǎn)，自轉(zhuǎn)向酸能夠?qū)崿F(xiàn)酸液分流轉(zhuǎn)向、返排能力強(qiáng)；SA－1分流劑能實(shí)現(xiàn)有效分流。

3）結(jié)合目標(biāo)儲層特點(diǎn)及酸液體系和分流降濾材料研究結(jié)果，提出適宜于Mishrif油田水平井的2套基質(zhì)酸化工藝：膠凝酸＋自轉(zhuǎn)向酸組合的連續(xù)油管拖動酸化，膠凝酸＋自轉(zhuǎn)向酸組合的化學(xué)微粒分流酸化。

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