泡沫酸酸化工藝及其在中高含水油井中的應(yīng)用

王 翔，陳曉宇，管英柱，王齊祿，孫 超

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泡沫酸酸化工藝及其在中高含水油井中的應(yīng)用

王 翔，陳曉宇，管英柱，王齊祿，孫 超

（長江大學(xué) 石油工程學(xué)院， 湖北 武漢 430000）

該文通過試驗對起泡劑、穩(wěn)泡劑進(jìn)行了篩選，并確定了其使用濃度。通過用并聯(lián)含油和含水單巖芯泡沫分流驅(qū)替實驗，對泡沫液暫堵分流性能開展評價與研究，形成了適合中、高含水油井的泡沫酸酸化工藝。在江蘇CB油田推廣應(yīng)用，增產(chǎn)效果顯著。同時也為類似地區(qū)泡沫液暫堵分流性能評價和應(yīng)用提供借鑒。

泡沫酸；增產(chǎn)措施；酸化工藝；暫堵分流；試驗研究

在油田開發(fā)中，儲層酸化是一項重要的增產(chǎn)解堵措施，已被廣泛使用。隨著油田一直開發(fā)，油田會進(jìn)入到中高含水期，如果油藏是中、低滲透率，那么其酸化解堵和地層改造工作會越來越頻繁。如果使用常規(guī)酸化工藝處理，部分井可能會出現(xiàn)含水恢復(fù)慢、含水率快速升高等情況。將已加入起泡劑和穩(wěn)泡劑的酸液在泡沫發(fā)生器中與氮氣充分混合，形成穩(wěn)定泡沫酸液。這一泡沫酸酸化工藝在注入地層使用后，會跟近井地帶堵塞物和地層巖石礦物發(fā)生化學(xué)溶蝕作用，從而起到改造儲層的效果。泡沫酸酸化工藝跟常規(guī)酸化工藝對比，其具有的液柱壓力小、返排性能佳、粘度大、濾失性小、地層傷害低、酸液的有效作用距離長且現(xiàn)場施工簡便、總成本較低等優(yōu)點表現(xiàn)十分明顯［1-3］。

1 室內(nèi)試驗研究

1.1 起泡劑及穩(wěn)泡劑的篩選

1.1.1 起泡劑的選擇［4］

目前主要泡沫酸的配方通常是由土酸酸液（10%~18%HCl+2%~5%HF）、鐵離子穩(wěn)定劑、粘度穩(wěn)定劑、起泡劑、穩(wěn)泡劑、緩蝕劑和氮氣等組成。因為泡沫酸具有選擇性和返排迅速諸多優(yōu)越性質(zhì)，所以在泡沫酸體系中不需要添加酸前暫堵劑和助排劑等化學(xué)劑。

實驗室采用Warning—blender攪拌法來評估發(fā)泡劑的起泡能力和起泡后泡沫的穩(wěn)定性，進(jìn)而篩選出合適的起泡、穩(wěn)泡劑。使用攪拌法來評價起泡劑的性能在美國工業(yè)界中可以說是一種常見方法，其測試時間短，藥品消耗少，操作簡便，測試結(jié)果重復(fù)性高，可靠程度大［5,6］。

試驗具體操作是將不同起泡劑溶液分別定量得倒入量杯，以8 000 r/min的速度對其攪拌5 min，記錄下攪拌結(jié)束時泡沫的體積，用0（mL）表示，以及泡沫析出一半液體時的時間，用0.5（s）表示，結(jié)果如表1所示。

表1 不同濃度及不同類型的起泡劑起泡能力記錄表

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，SDS起泡能力最佳，HQ-03穩(wěn)泡能力最強(qiáng)，主要是因為HQ-03起泡劑為復(fù)配產(chǎn)品，當(dāng)起泡劑濃度在1%左右時，其半衰期就已經(jīng)開始超過800 s。泡沫主要是在注入階段起作用，且為了方便返排，要求泡沫注入地層以后一定時間后破滅。考慮到在整個注入過程中，地層孔隙中的泡沫是不斷破滅和再生的，相比于半衰期，起泡體積顯得更為重要。表1內(nèi)的4種起泡劑都具有較好的起泡性能。

1.1.2 穩(wěn)泡劑的篩選

試驗中選取羧甲基纖維素CMC、羥乙基纖維素HEC和黃胞膠XC（生物聚合物）這三種穩(wěn)泡劑進(jìn)行實驗，試驗結(jié)果如下表2、表3所示。

表2 各穩(wěn)泡劑在0.5%HQ-03酸液中的穩(wěn)泡性能

表3 各穩(wěn)泡劑在1%SDS酸液中的穩(wěn)泡性能

從表2、表3可以看出，黃胞膠XC和羧甲基纖維素CMC的穩(wěn)泡能力比較好，羥乙基纖維素HEC穩(wěn)泡能力較差，并且三種穩(wěn)泡劑都能滿足施工作業(yè)要求（半衰期30 min）。它們最佳濃度分別是CMC 0.4%，HEC 0.8%，XC 0.3%。因為穩(wěn)泡劑XC的最佳濃度最低，所以現(xiàn)場應(yīng)用中，穩(wěn)泡劑采用0.3%XC。

1.2 泡沫酸流體選擇性滲流實驗

實驗思路：首先對洗油巖芯進(jìn)行抽真空，再飽和水（飽和油），然后用泡沫進(jìn)行驅(qū)替，通過單個巖芯、含油含水并聯(lián)巖芯，測量巖芯入口、出口的壓力差以及出口流量變化等數(shù)據(jù)，最后再用水驅(qū)替泡沫，將試驗結(jié)果進(jìn)行分析和比較。巖芯兩端壓力變化則可反映出泡沫的封堵能力，而流量變化反映出泡沫的分流能力［7-9］。

實驗中所使用的氣源是氮氣，分流試驗中的兩個巖芯水測滲透率分別為2 110 mD、708 mD。起泡劑溶液按每分鐘1.5 mL，氣體按每分鐘3.0 mL的速度注入。具體試驗步驟如下：

（1）按5.0 mL/min的速度，用已過濾好的地層水驅(qū)替巖芯，測量壓力參數(shù)及通過兩個巖芯的分流量。

（2）關(guān)閉油水通道，往中間容器中加入一定壓力的氣體，用泵將發(fā)泡劑和氮氣泵入泡沫發(fā)生器中，以泡沫驅(qū)替巖芯，并記錄下整個驅(qū)替過程中的壓力變化和不同時間泡沫液體組分的分流量。

試驗裝備如下圖［10］。

Fig.1Experimental device for selective flow of foam fluid

實驗結(jié)果表明：隨著泡沫不斷注入，泡沫流體的注入壓力會慢慢變大，注入量變得越來越小，這表明封堵具有疊加性。已知含水巖芯的滲透率大于含油巖芯，一般情況下，泡沫流體遇水穩(wěn)定，但是當(dāng)有油存在時，其穩(wěn)定性會變得很差。試驗中，泡沫注入含油巖芯后穩(wěn)定性變差，沒有明顯的堵塞作用。這說明在注泡沫過程中，含油巖芯中的阻力要小于含水巖芯。而后進(jìn)行水驅(qū)，由于含油巖芯中泡沫穩(wěn)定性差，且對水阻力可以說很小很小，而含水巖芯中的泡沫對后來水驅(qū)有很大的阻力，以至于水很難通過，幾乎沒有出液［11］。此時在含水巖芯中的泡沫狀態(tài)保持穩(wěn)定，這說明泡沫是很好的選擇性調(diào)剖分流劑。

2 泡沫酸暫堵分流酸化現(xiàn)場施工工藝

2.1 泡沫酸化工藝施工程序

在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上并結(jié)合相關(guān)試驗，泡沫酸酸化技術(shù)在江蘇CB油田進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用并取得很好的效果。泵注的幾個階段：

（1）泡沫酸與原油接觸時會影響起泡，在酸化施工前應(yīng)用表面活性劑溶液對井筒及炮眼進(jìn)行循環(huán)洗井。

（2）再根據(jù)暫堵或分流酸化的設(shè)計目的，分別在清水或酸液中加入起泡劑，完成基液的配制。

（3）泵注前置液：根據(jù)油層受污染程度來判斷是否先用不含氮氣的高濃度酸作為前置液，以疏通射孔孔眼和近井滲流通道，為主體酸液的方便注入提供滲流條件。

（4）再泵注泡沫酸，此時根據(jù)油層具體狀況，有兩種注入工藝供選擇：A 分流酸化：泡沫酸作為主體酸壓入地層；B 暫堵酸化：采用段塞式注入，首先注入泡沫段塞，對中、高滲透層進(jìn)行暫堵處理，等井口起壓后再注入主體酸液段塞，對低滲透率層進(jìn)行解堵酸化改造。

（5）酸液頂替階段：酸液擠完后，使用防膨劑的氮氣泡沫液作為頂替液，將井筒內(nèi)的酸液頂入地層，同時可降低井筒內(nèi)的液體密度，以減少返排時的靜液柱壓頭［12,13］。

施工時地面設(shè)備示意圖如圖2所示。

圖1 地面施工流程示意圖

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用及效果評價

先后在陳3平1等8口水平井上應(yīng)用，應(yīng)用成功率為100%，施工井措施有效平均為338.8 d。井酸化前后主要生產(chǎn)參數(shù)對比如下圖3所示［14］。

圖3 陳3-59井酸化前后主要生產(chǎn)參數(shù)對比

該工藝的措施效果主要體現(xiàn)在：

（1）近井地帶的堵塞得到了較好的解除，解堵增產(chǎn)效果顯著CB油田內(nèi)措施井油井平均日產(chǎn)液水平由76 t/d上升至373 t/d，平均日產(chǎn)油水平由32 t/d 上升至111 t/d，累計增油20 929 t。

（2）控水效果明顯

陳3平6等6口中、高含水油井采取措施后，平均含水率由66.6%降至55%。

（3）油井生產(chǎn)時間效率大幅上升

泡沫酸酸化工藝的成功應(yīng)用，大大縮短了殘酸抽吸返排天數(shù)和開抽后的油井全水生產(chǎn)天數(shù)。

2.3 取得的效益

產(chǎn)生總效益=增油效益+節(jié)約作業(yè)費用

2.3.1 增油效益

CB油田自泡沫酸酸化工藝投入現(xiàn)場實施以來，截止2012年12月30日，6口施工井累計增油13 454.3 t按2011年原油平均售價58 500元/t，采油成本15 360元/t。

增油效益=Σ×（-d）=13 454.3 t×（0.585—0.153 6）萬元/t=5 804.18（萬元）

式中：—單井增油量，t；

—原油售價，萬元/ t；

d—采油直接成本，萬元/ t。

2.3.2 節(jié)約作業(yè)費用

按酸化抽吸費用為1.83 萬元/d，單井抽吸時間為4 d計算，本項目實施井節(jié)約作業(yè)費用為109.8 萬元。

2.3.3 提高油井生產(chǎn)時率產(chǎn)生效益

以常規(guī)井殘酸抽吸返排時間4 d計算，采用本工藝后，單井可縮短占井周期4 d，即增產(chǎn)時間延長4 d，該項效益納入增油效益，不用重復(fù)計算。

3 結(jié) 論

（1）通過試驗篩選出了性能較好的起泡劑HQ-3、SDS和穩(wěn)泡劑黃胞膠(XC)，同時對不同濃度的穩(wěn)泡劑在泡沫酸中的性能進(jìn)行了測試，得到其最佳使用濃度。

（2）泡沫流體具有遇水穩(wěn)定、遇油消泡的特點，在酸化過程中利用泡沫液的賈敏作用對水

層進(jìn)行暫堵，使酸液進(jìn)入油層，達(dá)到泡沫分流酸化的目的。同時，泡沫流體中的氣體膨脹能夠為殘酸的返排提供能量，使得殘酸返排更加徹底，并防止形成二次沉淀，對儲層傷害小，特別適合低壓井和低滲地層。

（3）CB油田中等水敏，水驅(qū)過程中地層粘土膠結(jié)物會水化膨脹，顆粒間作用力變小，進(jìn)而地層顆粒發(fā)生脫落阻塞喉道，造成儲層損害。采用泡沫酸化工藝能夠有效地解除因地層微粒運(yùn)移而引起的近井地帶堵塞，同時較好地避免了采用常規(guī)酸化解堵措施可能帶來油井含水上升等問題。

（4）泡沫暫堵分流酸化工藝為中高含水油井增產(chǎn)工藝添加了一個較好的工藝技術(shù)選擇，具有較大的推廣應(yīng)用意義。

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Foamed Acid Acidizing Process and Its Application in Medium-High Water Cut Oil Wells

，，，，

（Petroleum Engineering School of Yangtze University, Hubei Wuhan 430000，China）

In this paper, the foaming agent and foam stabilizer were screened out, and their use concentration was determined. The parallel oil and aqueous foam diversion core displacement experiment was carried out to evaluate the performance of foam temporary plugging and diversion. In the end, the acidification process for medium and high water cut oil wells was formed. Application of the acidification process in CB oil field in Jiangsu has obtained significant effect on increasing production.

foamed acid; stimulation treatment; acid fracturing process; temporary plugging; experimental study

TE 357

A

1671-0460（2016）09-2195-04

2016-03-24

王翔（1991-），男，河南洛陽人，從事采油采氣工藝方面的學(xué)習(xí)。E-mail：794260933@qq.com。