一種適合海上砂巖油田的單段塞活性酸體系

孫林， 楊軍偉， 周偉強(qiáng)， 楊淼（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300457）

孫林等.一種適合海上砂巖油田的單段塞活性酸體系[J].鉆井液與完井液，2016，33（1）：97-101.

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一種適合海上砂巖油田的單段塞活性酸體系

孫林， 楊軍偉， 周偉強(qiáng)， 楊淼
（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300457）

孫林等.一種適合海上砂巖油田的單段塞活性酸體系[J].鉆井液與完井液，2016，33（1）：97-101.

摘要中國(guó)海上油田在高效開發(fā)過程中，疏松砂巖油藏存在微粒運(yùn)移堵塞、泥質(zhì)堵塞以及清污混注帶來的無機(jī)堵塞等傷害，而采用常規(guī)酸化又面臨施工規(guī)模受平臺(tái)空間限制、重復(fù)酸化井多且有效期短等難題，造成酸化作業(yè)效果較差。針對(duì)這些問題，根據(jù)不同藥劑之間的協(xié)同效應(yīng)，通過大量實(shí)驗(yàn)，將鹽酸、3種多步電離酸、緩蝕劑、氟碳表面活性劑、陽(yáng)離子聚合物進(jìn)行有效組合，并采用單一體系注入段塞的設(shè)計(jì)思路，最終開發(fā)出HX-01活性酸體系。為了便于酸液運(yùn)輸和節(jié)省平臺(tái)作業(yè)空間，將該體系做成濃縮液，使用現(xiàn)場(chǎng)注入水和酸液混合注入，施工簡(jiǎn)單。同時(shí)，研發(fā)的體系具有現(xiàn)場(chǎng)垢樣溶蝕能力強(qiáng)、表面張力低、黏土溶蝕能力強(qiáng)、骨架破壞小、深部緩速、腐蝕低、動(dòng)態(tài)驅(qū)替能力強(qiáng)等特點(diǎn)，解決了海上油田酸化系列難題，并改變了現(xiàn)有的常規(guī)酸化施工工藝。

關(guān)鍵詞疏松砂巖；增產(chǎn)措施；活性酸；海上油田；無機(jī)堵塞；微粒運(yùn)移

Acidizing Offshore Sandstone Reservoir with a Single Slug Active Acid System

SUN Lin, YANG Junwei, ZHOU Weiqiang, YANG Miao
(Division of Engineering Technology, CNOOC Energy Technology & Services Limited, Tianjin, 300457, China)

Abstract In offshore oil and gas development in China, particle migration, clay particle blocking and inorganic salt blocking during mixed water injection for sewage cleaning have caused damage to unconsolidated sandstone reservoirs. Conventional acidizing jobs in an effort to stimulating the wells drilled were restricted by those adverse factors such as limited work space on well platform, repeated acidizing jobs and short effective production time of the acidized wells, etc. In a study to solve these problems, the synergy of different additives is exploited. In laboratory experiments, HCl, three polyprotic acids, a corrosion inhibitor, a fluorocarbon surfactantand a cationic polymer are mixed in a certain ratio and order to produce a compound, the HX-01 active acid system, which is further concentrated for the ease of job. HX-01 is injected with water in a single slug into the well, greatly simplify the acidizing job. In field acidizing work, HX-01 shows those advantages such as strong scale dissolution, low surface tension, strong clay dissolution, low damage to formation matrix, reduced advancing speed deep in reservoir formations, low corrosion and high dynamic displacing capacity etc. The use of HX-01 has solved the problems encountered in offshore well acidizing jobs, and changed the operation techniques of the conventional acidizing process presently in use.

Key words Unconsolidated sandstone; Stimulation measure; Active acid; Offshore oilfield; Inorganic salt blocking; Particle migration

酸化是中國(guó)海上油田增產(chǎn)常用的技術(shù)手段，由于海上油田在開發(fā)方式、油藏地質(zhì)等方面與陸地油田迥異，目前已經(jīng)形成了適合海上油田特點(diǎn)的系列酸化技術(shù)，例如施工規(guī)模受平臺(tái)空間限制，形成了在拖輪或酸化壓裂船上進(jìn)行的規(guī)模酸化作業(yè)[1]；酸化返排液無場(chǎng)地處理，形成了泥漿池加堿中和進(jìn)入生產(chǎn)流程等工藝[2]。隨著海上油田進(jìn)一步規(guī)模開發(fā)，一些新問題逐漸顯現(xiàn)，例如平臺(tái)生產(chǎn)任務(wù)繁重，酸化施工可用的空間進(jìn)一步壓縮；重復(fù)酸化井?dāng)?shù)增多，近井地帶可溶蝕物質(zhì)越來越少，需要深部緩速酸體系；清污混注量逐年增加，注入水水質(zhì)長(zhǎng)期不達(dá)標(biāo)，存在碳酸鹽、注入污油等傷害；海上油田80%以上是疏松砂巖油藏，高投入需要高產(chǎn)出，強(qiáng)注強(qiáng)采，極易產(chǎn)生微粒運(yùn)移傷害；儲(chǔ)層泥質(zhì)含量高，容易產(chǎn)生堵塞[3]。目前現(xiàn)有的酸化技術(shù)已不能滿足海上油田生產(chǎn)需要。為解決上述問題，通過系列實(shí)驗(yàn)，開發(fā)出HX-01活性酸體系，并使用單段塞的注入方法，在解決海上酸化難題的同時(shí)，徹底改變了現(xiàn)有的常規(guī)酸化施工工藝。

1　HX-01活性酸研發(fā)思路

HX-01活性酸體系的研發(fā)思路是：①能綜合解決目前海上油田存在的所有問題，例如無機(jī)垢、注入油污、砂巖疏松、微粒運(yùn)移、儲(chǔ)層泥質(zhì)含量高；②減少經(jīng)典砂巖酸化中的“前置液、后置液”段塞，采用單一段塞體系，其具有施工步驟簡(jiǎn)單、易于擺放等優(yōu)點(diǎn)；③采用濃縮液，可以采用平臺(tái)注入污水配制或者與其混注地層，除了便于運(yùn)輸外，還可以減少平臺(tái)空間的占用面積。

為達(dá)到這一目的，首先在體系選擇上，考慮多元化輔劑。針對(duì)無機(jī)垢，可以選擇溶解能力強(qiáng)、價(jià)格低廉的HCl作為輔劑之一；此外針對(duì)注水油污問題，考慮加入氟碳表面活性劑，它能起到良好的洗油、助排效果；針對(duì)疏松砂巖和泥質(zhì)堵塞問題，考慮加入H3Y、H4Y、H6Y這3種多步電離酸產(chǎn)品，其中H3Y產(chǎn)品能和酸形成緩速酸體系，能螯合鈣并抑制二次沉淀，H4Y能保護(hù)骨架，對(duì)疏松砂巖具有良好的黏合作用，H6Y具有多個(gè)氧原子、羥基和磷酸基， 是一種少見的金屬多齒螯合劑，具有防垢和抑制二次沉淀功能；針對(duì)微粒運(yùn)移問題，還考慮加入WS陽(yáng)離子聚合物，能防止黏土膨脹同時(shí)，還具有穩(wěn)砂、固砂功能。

其次，采用單一體系段塞。目前中國(guó)經(jīng)典的砂巖酸化工藝步驟是：按段塞注入前置液、處理液和后置液，前置液、后置液主要由5%～15%鹽酸組成，加入目的是為了清洗鈣質(zhì)、頂替地層水、保持酸度作用，防止產(chǎn)生CaF2、Na2SiF6、K2SiF6等二次沉淀[4]。

而HX-01活性酸設(shè)計(jì)中，具有HCl，可以清洗鈣質(zhì)；H6Y和H3Y這2種多步電離酸可快速螯合Ca2+，其電離強(qiáng)度比弱土酸類體系強(qiáng)，有效防止與地層中碳酸鹽礦物和注入水產(chǎn)生CaF2二次沉淀，H4Y為多級(jí)緩速酸，基本不與骨架反應(yīng)，減少產(chǎn)生Na2SiF6、K2SiF6二次沉淀風(fēng)險(xiǎn)，這就滿足了體系單段塞的研發(fā)思路。此外，在后續(xù)開發(fā)中，用生產(chǎn)污水替代蒸餾水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也保證了濃縮液使用時(shí)的配伍性要求。

2　HX-01活性酸研發(fā)及評(píng)價(jià)

2.1 基準(zhǔn)酸液濃度優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

為優(yōu)選HCl、H3Y、H4Y三種基準(zhǔn)酸液的濃度，采用蓬萊19-3油田的8ST井儲(chǔ)層L10（905～910 m）、L30（1 015～1 020 m）、L50（1 115～1 120 m）、L80（1 245～1 250 m）、L110（1 380～1 385 m）這5個(gè)層位的天然巖屑，在60 ℃下，與基準(zhǔn)酸液靜止反應(yīng)6 h，測(cè)定反應(yīng)前后巖屑質(zhì)量的變化率，通過溶蝕率的大小，來優(yōu)選這3種基準(zhǔn)酸液的濃度。

通過圖1～圖3可知，6%HCl、5%H4Y和5% H3Y與蓬萊19-3油田天然巖屑的溶蝕效果最佳，可將其作為基準(zhǔn)酸液體系（6%HCl+5%H4Y+5% H3Y），再進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖1　蓬萊19-3巖屑溶蝕率隨HCl濃度的變化

圖2　蓬萊19-3巖屑溶蝕率隨H4Y濃度的變化

圖3　蓬萊19-3巖屑溶蝕率隨H3Y濃度的變化

2.2 H6Y酸初選實(shí)驗(yàn)

H6Y具有多個(gè)氧原子、羥基和磷酸基， 是一種少見的金屬多齒螯合劑，目前該類型酸液有3種類型產(chǎn)品：SW酸、WQ酸和ZS酸，將這3種酸液與前面的基準(zhǔn)酸液體系分別進(jìn)行復(fù)配，再在60 ℃下，與蓬萊19-3油田8st井L30（1 015～1 020 m）、L50（1 115～1 120 m）、L80（1 245～1 250 m）的天然巖屑靜止反應(yīng)6 h，測(cè)試溶蝕率。如圖4所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：SW酸和WQ酸與蓬萊19-3油田天然巖屑反應(yīng)后，溶蝕率相對(duì)較高，暫時(shí)將這2種體系作為備選，再進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖4　不同H6Y酸產(chǎn)品與基準(zhǔn)酸液復(fù)配對(duì)蓬萊19-3巖屑溶蝕率的影響

2.3 添加劑優(yōu)選

2.3.1 緩蝕劑性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析

為有效控制酸液對(duì)管柱等鋼材的腐蝕，在活性酸配方研發(fā)過程中，需要通過腐蝕速率測(cè)定[5]，優(yōu)選合適緩蝕劑作為添加劑。實(shí)驗(yàn)條件為60 ℃，4 h，鋼片材質(zhì)為N80。如表1所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：FSH、TC、412A這3種緩蝕劑產(chǎn)品，緩蝕性能優(yōu)良，3者作為備選，再進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

表1　不同緩蝕劑產(chǎn)品腐蝕速率測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.2 氟碳表面活性劑性能對(duì)比分析

為了增強(qiáng)活性酸的洗油和助排能力，特別在體系中考慮加入性能優(yōu)良的氟碳表面活性劑，將該體系與其他表面活性劑進(jìn)行表面張力值對(duì)比測(cè)試。如表2所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：0.1%FC-4430產(chǎn)品表面張力為22.52 mN/m，優(yōu)于在用的其它濃度下的體系產(chǎn)品，將它作為備選，再進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

表2　不同表面活性劑產(chǎn)品表面張力測(cè)定結(jié)果

2.3.3 陽(yáng)離子聚合物性能對(duì)比分析

通過測(cè)定不同溶液的防膨率[6]，優(yōu)選出性能更優(yōu)的陽(yáng)離子聚合物產(chǎn)品。稱取2.5 g鈉蒙脫石（分析純）若干，分別置入50 mL濃度為2%的不同產(chǎn)品中，混合后搖晃均勻，靜置24 h后觀察鈉蒙脫石懸浮高度，如表3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：24 h情況下，僅FP-03和YC黏土穩(wěn)定劑防膨率指標(biāo)合格，2種產(chǎn)品作為備選，再進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

表3　不同陽(yáng)離子聚合物產(chǎn)品的防膨率測(cè)試結(jié)果（24 h）

2.4 整體配伍性實(shí)驗(yàn)

為了考察基準(zhǔn)酸、H6Y酸、添加劑和現(xiàn)場(chǎng)注入水整體配伍性問題，特別將上述優(yōu)選出的產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)配，在60 ℃水浴條件下反應(yīng)24 h，觀察液體是否澄清或混合均勻，有無沉淀、分層或絮狀物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可知，配方中緩蝕劑的選擇對(duì)配伍性影響較大，其他藥劑的選擇在于H6Y酸的WQ和SW、陽(yáng)離子聚合物的FP-03和YC黏土穩(wěn)定劑。酸液配方如下。

1#基準(zhǔn)酸液+3%WQ+0.1%FC4430+2%FSH+ 2%FP-03

2#基準(zhǔn)酸液+3%WQ+0.1%FC4430+2%FSH+ 2%YC黏土穩(wěn)定劑

3#基準(zhǔn)酸液+3%WQ+0.1%FC4430+2%TC+ 2%FP-03

4#基準(zhǔn)酸液+3%WQ+0.1%FC4430+2%TC+ 2%YC黏土穩(wěn)定劑

5#基準(zhǔn)酸液+3%WQ+0.1% FC4430+2%412A+ 2%FP-03

6#基準(zhǔn)酸液+0.1%FC4430+2%412A+2%YC黏土穩(wěn)定劑+3%WQ

7#基準(zhǔn)酸液+3%WQ+0.1%FC4430+2%FSH+ 2%FP-03

8#基準(zhǔn)酸液+3%SW+0.1%FC4430+2%FSH+ 2%YC黏土穩(wěn)定劑

9#基準(zhǔn)酸液+3%SW+0.1%FC4430+2%TC+ 2%FP-03

10#基準(zhǔn)酸液+3%SW+0.1%FC4430+2%TC+ 2%YC黏土穩(wěn)定劑

11#基準(zhǔn)酸液+3%SW+0.1%FC4430+2%412A +2%FP-03

12#基準(zhǔn)酸液+3%SW+0.1%FC4430+2%412A +2%YC黏土穩(wěn)定劑

表4　體系整體配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.5 最終體系配方確定

為了確定最終酸液配方和評(píng)價(jià)酸液整體溶蝕性能，選用PL19-3-8ST井L80層位巖屑，在60 ℃、6 h反應(yīng)條件下， 采用根據(jù)上述整體配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果而制定的配方， 再進(jìn)行一次整體溶蝕實(shí)驗(yàn)， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5　溶蝕實(shí)驗(yàn)最終配方優(yōu)選結(jié)果

由表5可知， 溶蝕率較高的產(chǎn)品即為HX-01活性酸最終配方：基準(zhǔn)酸液（6%HY+5%H4Y+5%H3Y）+3%H6Y（WQ）+ 0.1% FC4430+2%TC+2%WS （FP-03）。

為了便于酸液運(yùn)輸，將該體系做成濃縮液，使用現(xiàn)場(chǎng)注入水和酸液混合注入。而實(shí)驗(yàn)配制酸液均是采用現(xiàn)場(chǎng)注入水，不存在配伍性問題，濃縮酸液和注入水的體積比應(yīng)為1∶2左右。

該體系具有現(xiàn)場(chǎng)垢樣溶蝕能力強(qiáng)、表面張力低、黏土溶蝕能力強(qiáng)、骨架破壞小、深部緩速、腐蝕低、動(dòng)態(tài)驅(qū)替能力強(qiáng)等功能，綜合性能優(yōu)良，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6　HX-01活性酸體系綜合性能評(píng)價(jià)

3　結(jié)論

1.以蓬萊19-3油田8st井L50層巖屑為研究對(duì)象，優(yōu)選出一種溶蝕率較高的活性酸HX-01，其配方為：基準(zhǔn)酸液（6%HY+5%H4Y+5%H3Y）+ 3% H6Y（WQ）+0.1%FC4430+2%TC+2%WS（FP-03）。

2.通過機(jī)理研究和系列體系優(yōu)選實(shí)驗(yàn)證明，HX-01活性酸體系，由多種優(yōu)質(zhì)酸液及添加劑組成，藥劑綜合性能優(yōu)良，同時(shí)使用單段塞的注入方法，施工方便，能夠解決目前海上油田酸化空間小的難題，且綜合性能優(yōu)良，徹底改變了現(xiàn)有的常規(guī)酸化施工工藝。

參 考 文 獻(xiàn)

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[6]SY/T 5971—1994注水用黏土穩(wěn)定劑評(píng)價(jià)[S]. SY/T 5971—1994 Evaluation of Clay Inhibitors for Water Injection [S].

收稿日期（2015-11-13；HGF=1506F1；編輯 付玥穎）

作者簡(jiǎn)介：第一孫林，男，1983年生，工程師，畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)在從事海上油氣田酸化壓裂方面研究工作。電話 13920750575；E-mail：sunlin3@cnooc.com.cn。

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題“海上油田化學(xué)驅(qū)配套技術(shù)”（2011ZX05024-004-09）。

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.01.020

中圖分類號(hào)：TE357.12

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5620（2016）01-0097-05