海上油田油井酸化處理工藝優(yōu)化研究及應(yīng)用

黃榮貴，黃曉東

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽300452）

油氣工程

海上油田油井酸化處理工藝優(yōu)化研究及應(yīng)用

黃榮貴，黃曉東

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽300452）

酸化是渤海油田重要的增產(chǎn)措施之一，為渤海油田產(chǎn)量的完成作出了重要貢獻(xiàn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益明顯，今后仍將主導(dǎo)采油工藝技術(shù)。盡管酸化應(yīng)用已相對成熟，但油井酸化后殘酸的處理問題一直未得到徹底解決。與陸上油田相比，海上油田由于其施工作業(yè)的特殊性，主要采用不動管柱酸化工藝。盡管采用該項技術(shù)后可簡化施工工藝、降低作業(yè)費用、縮短施工周期等，但是酸化施工后，返排酸液直接進(jìn)入生產(chǎn)流程，產(chǎn)出液破乳、脫水難度較大，會對流程產(chǎn)生一定程度的影響，甚至?xí)?dǎo)致生產(chǎn)流程無法正常工作。對酸化返排液進(jìn)行有效的處理，對于保證油田正常生產(chǎn)，提高外輸油品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。本文旨在研究通過酸化工藝流程的改善有效解決了海上酸化作業(yè)對船舶資源的占用、提高了工作效率、保證了返排的及時性進(jìn)而保證了酸化的增產(chǎn)效果。該技術(shù)成果對生產(chǎn)節(jié)支和提高生產(chǎn)時效具有重要的現(xiàn)實意義，對于油田非正常產(chǎn)液處理也具有很好的借鑒意義和參考價值。

酸化；返排液；原油破乳；原油乳化；中和過濾；注水井

渤海海上Q油田自2001年投產(chǎn)至2010年底共計實施酸化作業(yè)56井次。一直按照海上常規(guī)作業(yè)流程進(jìn)行：酸化前準(zhǔn)備工作、酸化液擠注、拆除酸化管線、油井復(fù)產(chǎn)、殘酸返排。酸化后的返排液直接進(jìn)入流程，同時在生產(chǎn)管匯中注入中和液。在2005年前一直使用這種模式，2006年酸化返排液中和進(jìn)流程后出現(xiàn)電脫水器跳電的情況，同時出現(xiàn)成品油嚴(yán)重乳化的現(xiàn)象。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，電脫發(fā)生斷電情況時，入口來液中通常存在大量乳化液，一般在5%左右，有時則高達(dá)10%，因此，電脫斷電應(yīng)該跟入口來液含水及乳化液有關(guān)。同時，隨著油田進(jìn)入開發(fā)后期，油田總的產(chǎn)液量不斷上升，產(chǎn)液綜合含水也逐漸升高。到2016年，油田綜合含水已經(jīng)達(dá)到87%。為了提高海上油田酸化作業(yè)效果，作業(yè)公司先后對酸化液體系、破乳劑體系進(jìn)行了優(yōu)化研究，推出了有針對性的高效酸化添加劑和高效破乳劑，另外還有針對性的對處理流程一級分離器、二級分離器和電脫水器等關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)定參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，但總的來說收效甚微，酸化返出液進(jìn)入處理流程后電脫水器掉電現(xiàn)象和電脫水器油相出口由于乳化的原因，導(dǎo)致處理后原油含水超標(biāo)的問題一直未能很好解決[1-6]。

為避免酸化返排液對流程的影響，作業(yè)公司曾經(jīng)采用污油罐單獨收集返排液再送到FPSO處理的方式。這種方法有效解決了返排液對生產(chǎn)流程的影響，但從作業(yè)平臺到FPSO往返運送污油罐也使油礦有限的船舶資源被大量占用，單井作業(yè)費用昂貴（包括船舶運輸、殘酸罐租賃、處理費用等），返排過程受到船舶資源、天氣因素的雙重影響。安排酸化作業(yè)需要綜合考慮天氣因素、有無外輸作業(yè)、有無倒班、有無其占用船舶資源的作業(yè)等種種限制因素。因此，不僅費時費錢，而且嚴(yán)重制約酸化技術(shù)在海上油田的推廣應(yīng)用；殘酸的影響還使得脫水原油指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，影響其銷售價格。

如何減少返排過程對船舶的依賴性，2009-2010年作業(yè)公司的作業(yè)、油藏、生產(chǎn)等專業(yè)技術(shù)人員和服務(wù)商技術(shù)人員進(jìn)行了充分的研究和探討。結(jié)合酸化配伍性研究和現(xiàn)場試驗對酸化后返排流程做了優(yōu)化，確定了返排液中和過濾后注入注水井的返排方式，從而減少了船舶、天氣因素對作業(yè)的影響。經(jīng)過三年多的應(yīng)用，充分說明新的酸化作業(yè)返出液處理工藝大大提高酸化作業(yè)的效率、避免了殘酸返排不及時產(chǎn)生的次生污染，108船次外輸作業(yè)沒有發(fā)生因為原油處理含水超標(biāo)的問題。同時，新的酸化作業(yè)返出液處理工藝在渤海其他油田也得到了較好的推廣應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 酸化返出液處理技術(shù)優(yōu)化

2009年是天津分公司實現(xiàn)3 000×104m3的關(guān)鍵年，Q油田在完成當(dāng)年產(chǎn)量目標(biāo)的同時也要為2010年3 000×104m3目標(biāo)沖刺奠定堅實的產(chǎn)量基礎(chǔ)。如何在資源有限的情況下完成油藏的措施工作量，尤其是大型作業(yè)多的情況下合理使用船舶資源成為一個課題。

酸化作業(yè)是一項常規(guī)增產(chǎn)措施，但返排液的處理一直是困擾作業(yè)人員的難題。每次安排作業(yè)都必須充分考慮船舶資源、天氣因素。如果返排液能夠在各井口平臺就地處理、不到FPSO轉(zhuǎn)運處理是否可行？注水井，為什么不考慮注到注水井中去？如果返排液中和后濾去潛在的固相雜質(zhì)注到注水井中不失為一種好辦法。中和后的返排液對注水井造成井下污染，在油藏技術(shù)人員和西南石油大學(xué)研究人員對地層性質(zhì)和酸液配伍性進(jìn)行分析后得出了可行的答案。

1.1 酸化返排液基本物性分析

渤海油田實施酸化措施所用酸液體系（見表1）。酸化施工過程中，各種助劑的用量及順序基本如下：（1）一般清洗液用量（柴油+清洗劑）10 m3～20 m3；（2）酸液用量：60 m3～120 m3酸液/井；（3）施工過程：油層清洗液酸液注入地層與地層巖石礦物反應(yīng)，并與地層原油和水混合，約1 h后開始返排；（4）殘酸返排初期含水率為100%，一般返排2 d～4 d返排完畢，返出液（殘酸及原油混合物）為注入液總量的2～3倍后pH值接近6～7，殘酸返排完畢；（5）單井返排速度為5 m3/h～10 m3/h；（6）地層溫度約65℃，返出液到井口溫度為20℃～30℃。

表1 渤海油田所用酸液體系Tab.1 Acid system used in bohai oilfield

從表1可知，所用酸液主要是HCl和HBF4。除上面所列舉的組分外返排液中還含有注入酸液時向其中加入的黏土穩(wěn)定劑、助排劑等添加劑。

為了進(jìn)一步確定酸化返排液的組分，取J油田酸化返排液進(jìn)行實驗分析測定。

1.1.1 調(diào)pH值前返排液外觀照片取J油田酸化返排液原液外觀照片（見圖1），按返排時間從左至右編號為1～8。酸化返排原液自然沉降6 h后外觀照片（見圖2）。酸化返排原液在經(jīng)過30 μm～50 μm中速過濾紙過濾后的外觀照片（見圖3）。

圖1 J油田酸化返排液原液Fig.1 J oilfield acidizing fluid flowback concentrate

對比圖1與圖2可知，返排初期，返排液乳化嚴(yán)重，自然沉降下來的固體微粒少；返排后期，返排液屬于特高濁度液體，其中含有大量的固體微粒，靜置一段時間后，這些固體微粒會自然沉降下來。從圖3可以看出，30 μm～50 μm中速過濾紙幾乎可以過濾掉返排液中的固體懸浮物，過濾后水質(zhì)清晰透亮。

1.1.2 調(diào)pH值前返排液基本物性分析分別測定了酸化返排原液的pH、含油量、固含量以及鐵含量，結(jié)果（見表2）。

表2 J酸化返排原液的基本物性Tab.2 J acidification flowback concentrate the basic physical properties

由表2中數(shù)據(jù)可以看出，返排初期，返排液的pH很低，最低達(dá)到0.38，考慮到返排液的腐蝕性，通常加堿調(diào)節(jié)酸堿性，所以此后的返排液pH在4～6。1號和返排后期樣含油量相對較高，其余樣含油量均很低，在100 mg/L以內(nèi)。初期返排液的固含量均較低，但隨著返排時間的延長，固含量逐漸增加。但返排液在經(jīng)過自然沉降一段時間和用30 μm～50 μm中速過濾紙過濾后，基本能除去大部分固含物。值得注意的是，返排原液的鐵含量特別高，3號樣達(dá)到23 800 mg/L，屬于特高鐵含量返排液，因此，返排液的除鐵處理有一定難度。

從圖4的照片可以看出，錦州9-3油田調(diào)pH值后返排液出現(xiàn)大量絮體，需進(jìn)行絮凝實驗。

1.1.3 調(diào)pH值后返排液基本物性分析分別測定了J油田調(diào)pH值后酸化返排液的pH值、含油量、濁度以及鐵含量，結(jié)果（見表3）。

圖2 J油田酸化返排原液自然沉降360 min（6 h）Fig.2 J oilfield acidizing flowback concentrate the natural sedimentation 360 min（6 h）

圖3 30 μm～50 μm中速過濾紙過濾后J油田酸化返排原液Fig.3 To 30 μm～50 μm medium filter filtered J oilfield acidizing flowback concentrate

圖4 J油田調(diào)pH值后油田酸化返排液自然沉降120 min（2 h）Fig.4 J oilfield pH value after the oilfield acidizing fluid flowback natural sedimentation 120 min（2 h）

表3 J油田調(diào)pH值后酸化返排液的基本物性Tab.3 J oilfield acidizing fluid flowback after adjust pH value of the basic physical properties

由表3中數(shù)據(jù)可以看出，1～8號樣均用20% Na2CO3調(diào)節(jié)pH值到6.5～8.5的范圍內(nèi)，含油量在調(diào)節(jié)pH值后有所降低，濁度數(shù)據(jù)對應(yīng)于固含量數(shù)據(jù)，從表中的數(shù)據(jù)看出pH值、含油量、固含量三項數(shù)據(jù)均在考核指標(biāo)范圍內(nèi)。而鐵離子含量相對于返排原液而言已有大幅度降低，但仍然不達(dá)標(biāo)，后期需要進(jìn)行除鐵和絮凝的實驗操作。

1.2 酸化返排液對處理流程的影響

通常原油乳狀液的穩(wěn)定性主要取決于油水界面膜。原油中的天然乳化劑吸附在油水界面上，形成具有一定強(qiáng)度的黏彈性膜，給液滴的聚結(jié)造成了動力學(xué)障礙，使得原油乳狀液穩(wěn)定。原油中的成膜物質(zhì)主要有瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、石蠟、石油酸皂及微量的黏土顆粒。這類物質(zhì)含量越高，原油乳狀液就越穩(wěn)定，尤其是膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、石油酸皂等界面活性物含量高的原油，乳化后形成的界面膜耐熱，機(jī)械強(qiáng)度高，乳狀液的穩(wěn)定性好。原油中的固體顆粒和蠟晶吸附在油水界面，可以增加膠質(zhì)、瀝青質(zhì)降低界面張力的能力，進(jìn)而使原油乳狀液更加穩(wěn)定。吸附了表面活性劑的固體顆粒若附著在油水界面上，由于固體顆粒的存在，液滴相互間距離較大，阻礙液滴的靠近和聚并，增加乳狀液的穩(wěn)定性。石蠟也是原油乳狀液穩(wěn)定性的一個因素。當(dāng)溫度較低時，石蠟形成的蠟晶聚集在油水界面，能提高界面膜的強(qiáng)度和乳狀液的穩(wěn)定性。

圖5 電脫水器斷電及出口含水大于1%時間Fig.5 Power electric dehydrator and outlet water is more than 1%of time

渤海油田各井酸化期間電脫水器斷電及出口含水大于1%的時間（見圖5），從圖5可知，電脫斷電時間短則幾個小時，長則可達(dá)到幾十個小時。嚴(yán)重影響了油田的正常生產(chǎn)。監(jiān)測電脫入口和出口含水及乳化液情況（見圖6），可以發(fā)現(xiàn)，電脫發(fā)生斷電情況時，入口來液中通常存在大量乳化液，一般在5%左右，有時則高達(dá)10%，因此，電脫斷電應(yīng)該跟入口來液含水及乳化液有關(guān)。

從酸化返排液組分的分析已經(jīng)知道，返排液具有固含量高、pH值較低、鐵離子含量高等特點，這些因素對原油穩(wěn)定性及破乳的影響巨大，達(dá)到電脫水器容易掉電、原油乳化嚴(yán)重、脫水困難。對于酸化返出液的處理來講，無論是物理方法（沉降），還是熱化學(xué)方法（加熱、化學(xué)破乳劑破乳脫水等）處理效果都不甚理想。

如果能夠在油田各井口平臺對酸化返出液就地處理，則能夠徹底解決制約海上油田酸化作業(yè)各種因素，既能滿足油井增產(chǎn)需要，又不影響原油處理問題。

1.3 酸化返排液注入注水井的影響研究

酸化返排液在注水井D05井注入前后，測視力改井的視吸水指數(shù)由注入前的134.19 m3/d·MPa下降為127.68 m3/d·MPa，吸水指數(shù)變化很小，下降率為4.85%，對注水井的吸水能力幾乎可以忽略不計（見圖7）。

圖6 酸化返排期間電脫水器入口、出口含水統(tǒng)計Fig.6 Acid flowback during electric dehydrator inlet and outlet water statistics

圖7 D05井酸化返排液注入前后視吸水指數(shù)變化情況Fig.7 D05 well acidizing fluid flowback according to the condition of water injectivity index changes before and after injection

酸化返排液回注注水井D05，沒有發(fā)生堵塞地層的情況，還起到一定程度的解堵作用，充分說明酸化返排液經(jīng)過中和反應(yīng)后，通過注水井回注技術(shù)可行，不會對注水井的吸水能力造成太大影響（見圖8）。

1.4 酸化返排液處理工藝流程的優(yōu)化研究

以往酸化作業(yè)后殘酸的返排流程（見圖9）。為避免返排液對流程的影響，殘液要轉(zhuǎn)到污油罐然后送到FPSO處理。以200 m3～300 m3殘液計，一口井的返排期在7 d左右。每天值班船要跑一個往返，如果海況不好或值班船被外輸?shù)茸鳂I(yè)占用返排就要受到嚴(yán)重影響。

鑒于整體設(shè)計專業(yè)的多樣性及相互協(xié)作的復(fù)雜性，為了解決酸化返排液對處理流程的嚴(yán)重影響，針對初期返排液的低pH值及懸浮物對地層堵塞的特點，應(yīng)該充分考慮返排液過濾后再回注的技術(shù)，既解決了酸化作業(yè)后返排液的處理問題，又對平臺注水井進(jìn)行了簡單的解堵處理。其中過濾器經(jīng)過充分調(diào)研和試驗，最終選擇袋式過濾器（普通的pp濾袋）作為泥漿池出口的過濾器，pp濾袋有很好的親油性，原油在很低的工作壓力下也可以順利的通過精度高達(dá)10 μm的濾袋。完全可以滿足碎屑巖地層注水水質(zhì)的控制標(biāo)準(zhǔn)要求。優(yōu)化后的返排示意（見圖10）。

圖8 D05井酸化返排液注入前后注入曲線變化情況Fig.8 D05 well acidizing fluid flowback injection curve changes before and after injection

圖9 以往酸化殘酸處理流程Fig.9 Before acidizing residual acid treatment process

圖10 優(yōu)化后殘酸處理流程Fig.10 Optimized residual acid treatment process

2 應(yīng)用及推廣情況

2.1 酸化返排液處理工藝優(yōu)化技術(shù)具有以下創(chuàng)新點

（1）提出了殘酸回注的創(chuàng)新思路，評估了其注入注水井對注水井的負(fù)面影響，通過對殘酸液進(jìn)行簡易、快速處理，保證其注入后對水井動態(tài)無負(fù)面影響；（2）分見油前和見油后兩個階段，采取不同的處理策略，省去了費時費力費錢的常規(guī)殘酸處理方法，避免了殘酸對生產(chǎn)流程的沖擊和影響。

2.2 推廣應(yīng)用情況

該技術(shù)自2010年以來，首先成功應(yīng)用于渤海海上Q油田，后來又推廣應(yīng)用于B油田和其他自營油田。截止到2014年底，已經(jīng)成功應(yīng)用了108井次。酸液返排期間，生產(chǎn)流程平穩(wěn)，外輸原油合格。作業(yè)費節(jié)支和生產(chǎn)時效提高效果顯著。同時，該技術(shù)成果對于油井完井后投產(chǎn)、解堵、熱采等非正常產(chǎn)液對流程的影響處理具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。

3 結(jié)語

（1）通過對渤海海上油田油井酸化返排液的影響因素分析，提出了酸化返排液處理經(jīng)過中和和過濾處理后回注的工藝優(yōu)化技術(shù)，研究了酸化返排液對注水井吸水指數(shù)和吸水能力的影響，研究并形成了通過普通pp袋式過濾器的酸化返排液處理流程，形成了渤海海上油田油井酸化返排液處理工藝技術(shù)和配套工藝。

（2）通過渤海海上油田油井酸化返排液處理工藝技術(shù)和配套工藝，自2010年至2014年底，在渤海油田一共進(jìn)行了108口油井的酸化作業(yè)，酸液返排期間，生產(chǎn)流程平穩(wěn)，外輸原油含水都在1%以內(nèi)，外輸原油含水全部合格。通過返排液注入的注水井，吸水指數(shù)下降率控制在6%以內(nèi)，返排液懸浮固體含量能夠控制在10 mg/L，能夠滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求[7，8]。該技術(shù)成果對于渤海海上其他油田具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價值。

（3）該技術(shù)成果具有一定的局限性，對于沒有大配注量注水井/回注井，或沒有安裝泥漿池的平臺不適用。對于此類平臺，還需要根據(jù)酸化返排液的主要成分，如pH值高低、鐵離子濃度、懸浮固體濃度、組排劑濃度和表面活性劑濃度等做好進(jìn)一步綜合研究[9]。采出液的脫水效果與其中的懸浮固體、礦化度、pH值、鐵離子以及酸液助排劑有關(guān)，其中pH值高低、鐵離子濃度及助排劑含量是主要的影響因素。電脫水器脫水電流與溫度、油品性質(zhì)、含水率、水相鐵離子濃度、水相pH值以及表面活性劑含量等因素有關(guān)，其中鐵離子濃度與表面活性劑含量是主要的影響因素。見油后酸化返排液對脫水效果及電脫脫水電流的影響主要是其中所含的鐵離子增強(qiáng)原油乳化程度以及提高原油電導(dǎo)率所致，因此，還需要根據(jù)不同油田油品特性做好高效破乳劑的研究工作。

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The offshore oilfield oil well acidizing process optimization research and application

HUANG Ronggui，HUANG Xiaodong
（CNOOC China Limited Tianjin Branch，Tanggu Tianjin 300452，China）

Acidizing is one of important stimulation bohai offshore oilfield,made great contribution to the completion of the Bohai sea oil field production,obvious economic benefits and social benefits,will remain a leading production technology in the future.Despite the acidification application has been relatively mature,but the residual acid after oil well acidizing treatment problem has not been solved thoroughly.Compared with onshore oil fields,due to the particularity of the construction work in offshore oil field,mainly uses the fixed string acidizing process.Although after using this technology can simplify the construction process,to reduce the operation cost,shorten the construction period,etc.,but after acidification construction,acid flowback directly into the production process,the produced fluid demulsification and dehydration is difficult,will be a certain degree of influence on the process,even lead to the production process can't work normally.Handling of acidizing fluid flowback effectively,to guarantee the normal production of oil field,improve the quality of transmission oil,reduce the production cost and promote the economic benefit is of great significance.The purpose of this paper is to study by acidification process effective solution to improve the acidizing operation of the ship at sea resources utilization,improve work efficiency,guarantee the timeliness of flowback ensures the acidizing stimulation effect.The technical achievements to production cost and improve production limitation has important practical significance,abnormal for oilfield production processing is also a very good

ignificance and reference value.

acidification；flowback fluid；crude oil demulsification；crude oil emulsion；neutralization filtering；injection wells

TE357.2

A

1673-5285（2016）01-0005-07

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.002

2015－12-03

國家科技重大專項“大型油氣田及煤氣層開發(fā)”部分成果，項目編號：2011ZX05023-002。

黃榮貴（1981-），工程師，2005年畢業(yè)于重慶科技學(xué)院石油工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事海上油氣田采油工藝和油氣水處理技術(shù)的研究和應(yīng)用工作，郵箱：huangrg@cnooc.com.cn。