解除重晶石深度污染技術(shù)

劉豇瑜　袁學(xué)芳　馮覺勇　黃龍藏　張　鍵　徐海霞

（中國石油塔里木油田公司）

解除重晶石深度污染技術(shù)

劉豇瑜袁學(xué)芳馮覺勇黃龍藏張鍵徐海霞

（中國石油塔里木油田公司）

塔里木盆地庫車山前克深氣田地層壓力系數(shù)高，鉆揭目的層時(shí)鉆井液采用了大量的重晶石加重，因儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，重晶石固相侵入裂縫系統(tǒng)，堵塞滲流通道，結(jié)果導(dǎo)致氣井產(chǎn)量偏低或沒有產(chǎn)出。針對重晶石堵塞，運(yùn)用螯合理論，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場返排液離子分析表明，重晶石解堵劑能夠溶解裂縫內(nèi)的重晶石固相。該技術(shù)首次在X井試驗(yàn)，作業(yè)后氣井日產(chǎn)氣量由0.9×104m3增加到5.2×104m3，增產(chǎn)5.7倍，恢復(fù)了深度傷害氣井的產(chǎn)能。該技術(shù)已推廣應(yīng)用在Y氣田，增產(chǎn)效果顯著，日產(chǎn)氣量由26.2×104m3提高到75.2×104m3，增產(chǎn)近3倍。圖4表4參6

塔里木盆地克深氣田儲(chǔ)層傷害重晶石解堵高溫高壓氣井產(chǎn)能

0　引言

塔里木盆地庫車山前克深氣田儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，地層壓力超過110 MPa，地層溫度大于150℃，平均孔隙度4.7%，平均滲透率0.055 mD，屬于典型的高溫高壓裂縫性致密砂巖儲(chǔ)層［1-2］。由于地層壓力系數(shù)高，鉆井過程中采用大量重晶石加重，因儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，目的層鉆完井液漏失嚴(yán)重，鉆完井液侵入天然裂縫，液相部分滲入地層孔隙基質(zhì)中，固相部分（重晶石等加重材料）殘留在裂縫中，經(jīng)過長時(shí)間老化，造成重晶石等固相堵塞，結(jié)果導(dǎo)致氣井產(chǎn)量偏低或沒有產(chǎn)出。重晶石（BaSO4）是一種化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的礦物質(zhì)，極難溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，酸化（壓）作業(yè)難以有效清除重晶石固相堵塞［3-4］。針對重晶石堵塞，運(yùn)用螯合理論，結(jié)合儲(chǔ)層特征，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和返排液研究表明重晶石解堵劑溶解力強(qiáng)、易返排。首先在X井開展先導(dǎo)性試驗(yàn)，結(jié)果表明，該解堵劑能夠溶解天然裂縫內(nèi)的重晶石固相堵塞，解除儲(chǔ)層傷害，恢復(fù)了氣井產(chǎn)能，為高溫高壓裂縫型低滲氣藏的增產(chǎn)提供了新思路。

1　裂縫型低滲氣藏傷害機(jī)理

由于儲(chǔ)層裂縫的寬度往往大于鉆、完井液和修井液中的固相顆粒尺寸，作業(yè)過程中，工作液的固相顆粒就會(huì)在正壓差作用下進(jìn)入裂縫，在縫內(nèi)形成堆積，堵塞滲流通道從而降低裂縫導(dǎo)流能力（圖1）［5］。

圖1　固相侵入裂縫傷害機(jī)理示意圖

庫車山前克深氣田地層壓力系數(shù)高，目的層鉆進(jìn)時(shí)以水基鉆進(jìn)液體系為主，但無論是水基還是油基鉆井液體系均采用了大量的重晶石加重，重晶石用量671～2 534 t，平均用量1 345.6 t，且目的層漏失嚴(yán)重，漏失最高達(dá)1 361.1 m3，平均漏失量904.9 m3（表1）。儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，平均裂縫密度0.4條/m，裂縫寬度在220～290 μm之間，平均為260 μm，而重晶石的直徑為10～75 μm。因此，鉆完井過程中，就會(huì)有大量的重晶石固相顆粒侵入天然裂縫系統(tǒng)。

表1　克深氣田部分井鉆井液重晶石用量和目的層漏失情況統(tǒng)計(jì)表

2　重晶石解堵劑室內(nèi)評(píng)價(jià)

2.1解堵機(jī)理

重晶石解堵劑是一種無色-淡黃色液體，密度為1.03 g/cm3，pH值介于12～14。其主要成分為螯合劑，能夠與多價(jià)金屬離子發(fā)生螯合，溶解堵塞固相，尤其能夠螯合Ba2+，與重晶石形成真溶液。其解堵作用過程是先將裂縫中的固相軟化、溶解，然后通過螯合將重晶石顆粒分散、懸浮，最后隨返排液排出井筒（圖2）［6］。其反應(yīng)方程式為：

BaSO4+2YNa=｛Y-Ba2+Y-｝+SO42-+2Na+

式中：

YNa—螯合劑的鈉鹽。

2.2溶解力評(píng)價(jià)

將濾紙?jiān)?10℃下烘30 min（恒重）稱量，稱取5 g重晶石粉加入到50 mL重晶石解堵劑中，在170℃烘箱中密閉反應(yīng)3 h，然后在常溫下反應(yīng)1 h，過濾，烘至恒重，稱量；同時(shí)用自來水和15%的鹽酸做實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行對比。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果見表2。

圖2　重晶石解堵劑解堵作用過程示意圖

表2　重晶石解堵劑溶解力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

重晶石解堵劑的溶蝕量為12.5～12.8 g/L，自來水和鹽酸的溶蝕量分別為0.94 g/L，和2.42 g/L，，說明重晶石解堵劑對重晶石粉較15%的鹽酸的溶解力強(qiáng)。

2.3界面張力評(píng)價(jià)

用旋滴界面張力儀測定水、20%解堵劑、20%解堵劑+1%助排劑與原油的界面張力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3，結(jié)果表明解堵劑與油的界面張力低，易于返排。

表3　水、20%解堵劑、（20%解堵劑+1%助排劑）與原油的界面張力測試結(jié)果

3　現(xiàn)場試驗(yàn)

2013年，重晶石解堵工藝技術(shù)首次在X井試驗(yàn)。X井位于庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶克深區(qū)帶克深2號(hào)構(gòu)造高點(diǎn)上，目的層為白堊系巴什基奇克組6 573.00～6 631.00 m。鉆井過程中目的層漏失密度2.15 g/cm3的鉆井液641 m3，采用671 t重晶石加重劑。本井自2008年完鉆后，先后經(jīng)歷三次修井作業(yè)，修井液密度1.98 g/cm3。鉆、修井液均用重晶石加重、密度高，導(dǎo)致鉆、修井液侵入天然裂縫，造成重晶石等固相堵塞傷害。為解除鉆、修井過程中的重晶石堵塞，首次進(jìn)行了解除重晶石堵塞技術(shù)嘗試。

3.1解堵劑用量設(shè)計(jì)

采用容積法計(jì)算解堵劑的用量，用量由基質(zhì)和裂縫兩部分組成

儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙解堵劑用量計(jì)算公式：

裂縫解堵劑用量計(jì)算公式：

式中：

V1—基質(zhì)孔隙解堵劑用量，m3

V2—裂縫解堵劑用量，m3；

R—儲(chǔ)層基質(zhì)污染半徑，m；

h—射孔段長，m；

φ—目的層平均孔隙度，%；

N—改造段天然裂縫條數(shù)，條；

L—天然裂縫平均長度，m；

H—天然裂縫高度，m；

r—天然裂縫寬度，m；

α—重晶石堵塞體積修正系數(shù)，取0.4；

ρ—重晶石密度，g/cm3；

β—安全系數(shù)，取1.6；

83—單位重量重晶石消耗解堵劑量，m3/t。

通過計(jì)算確定解堵劑用量為180 m3。

3.2施工參數(shù)及效果

2013年10月進(jìn)行解堵施工，擠入地層總液量262.9 m3，其中隔離液80 m3，重晶石解堵劑185 m3。泵壓3.6～112 MPa，排量0.6～3.65 m3/min，停泵壓降79.9下降到76.2 MPa。解堵前油壓4.87 MPa，折日產(chǎn)氣0.9×104m3，解堵后油壓18 MPa，日產(chǎn)氣5.2×104m3。通過以上分析認(rèn)為，解堵劑對井周重晶石堵塞有一定的溶解能力。

3.3返排液離子分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證重晶石解堵劑的作用效果，對返排液進(jìn)行了取樣分析，取得返排液樣46個(gè)。進(jìn)行返排液密度和pH值測定，返排液密度由開始返排的1.00上升至1.09，說明解堵液溶解了裂縫內(nèi)的重晶石堵塞而使返排液密度增加，返排到15 h返排液密度最高，隨后密度逐漸降低，說明隨著反應(yīng)的進(jìn)行，裂縫內(nèi)可供溶解的重晶石固相越來越少，到返排結(jié)束時(shí)，返排液密度與解堵劑的密度是（1.03 g/cm3）一致。此外，返排液的pH值由13下降到7（圖3），說明返排開始時(shí)返排液的pH值與解堵劑的pH值一致，隨著重晶石固相的溶解，使返排液的pH值逐漸降低。通過返排液密度和pH值的變化說明儲(chǔ)層裂縫中的重晶石堵塞物被溶解而隨返排液帶出。

此外，據(jù)返排液的鈣、鎂、鋇、鐵離子濃度分析，返排液所攜帶的陽離子濃度在返排3 h時(shí)達(dá)到最高，此后逐漸降低（圖4），說明鈣、鎂、鋇、鐵陽離子隨返排液帶出井筒，這也表明裂縫內(nèi)的固相堵塞物得到溶解。

圖3　返排液pH值及密度變化圖

圖4　返排率陽離子濃度變化圖

綜合現(xiàn)場施工效果和返排液密度、pH值和離子濃度分析均表明，重晶石解堵劑對天然裂縫內(nèi)的重晶石固相的溶解具有積極的作用。

3.4推廣應(yīng)用

克深X井成功實(shí)施解堵后，該技術(shù)推廣應(yīng)用到庫車山前Y區(qū)塊。解堵劑用量最高440m3，平均373.75m3，排量4.9 m3/min，施工泵壓最高108.7 MPa，措施后最高產(chǎn)氣96×104m3，平均日產(chǎn)氣由26.25×104m3提高到75.2×104m3，增產(chǎn)效果顯著（表4）。

表4　克深8氣田應(yīng)用效果

目前，施工的4口井均正常生產(chǎn)，其中A井和B井已生產(chǎn)500余天，累產(chǎn)氣3.7×108m3。重晶石解堵工藝技術(shù)對解除高溫高壓致密砂巖氣藏的重晶石堵塞效果顯著，有效性持續(xù)時(shí)間較長。

4　結(jié)論與建議

（1）塔里木盆地庫車山前克深氣田儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育，目的層漏失嚴(yán)重，固相侵入是儲(chǔ)層傷害的主要因素。

（2）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和返排液離子研究表明重晶石解堵劑能夠溶解裂縫中的重晶石固相，且易返排。

（3）重晶石污染技術(shù)首次在X井試驗(yàn)，產(chǎn)量由0.9×104m3增加到5.2×104m3，恢復(fù)了該井產(chǎn)能。在Y氣田推廣應(yīng)用效果顯著，產(chǎn)量由26.2×104m3提高到75.2×104m3，增產(chǎn)近3倍，部分井已累產(chǎn)500余天。因此，建議對于此類儲(chǔ)層污染，可先采取該工藝實(shí)施解堵，疏通天然氣滲流通道，恢復(fù)氣井產(chǎn)能。

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（修改回稿日期2016-07-24編輯景岷雪）

劉豇瑜，女，1985年出生，碩士，現(xiàn)從事油氣田儲(chǔ)層改造研究。地址：（841000）新疆庫爾勒市塔里木油田油氣工程研究院酸化壓裂研究室。電話：（0996）2173394。E-mail：ljyu-tlm@petrochina.com.cn