老河口油田酸化充填防砂一體化工藝研究與應(yīng)用

滕學(xué)偉，侯洪濤，伊善利，姜 濤，田 波，賓永鋒

(中國石化勝利油田分公司樁西采油廠，山東東營 257237)

老河口油田酸化充填防砂一體化工藝研究與應(yīng)用

滕學(xué)偉，侯洪濤，伊善利，姜 濤，田 波，賓永鋒

(中國石化勝利油田分公司樁西采油廠，山東東營 257237)

針對老河口油田館陶組疏松砂巖油藏砂體含油面積小、部分井泥質(zhì)含量高、供液能力差、防砂后降產(chǎn)幅度大等問題，開展了酸化充填防砂一體化工藝技術(shù)研究。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，篩選出酸化攜砂液的配方，該體系具有較好的流變性能和攜砂性能，滿足了充填防砂需要；同時，對充填防砂管柱做了改進(jìn)，配套了犧牲陽極的酸平衡安全工具。2013年酸化充填防砂一體化工藝在老河口油田現(xiàn)場試驗(yàn)7井次，平均單井累增油976 t；現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，酸化充填防砂一體化工藝對高泥質(zhì)、低能量油井防砂具有較好的適應(yīng)性。

老河口油田；酸化；充填防砂；一體化管柱

老河口油田地處灘海地區(qū)，屬于窄河道河流相沉積，油藏類型為高孔高滲復(fù)雜巖性油藏，主要開發(fā)層位為館陶組，油層埋深1 350～1 650 m，平均孔隙度35.1%，平均滲透率2 113×10-3μm2，儲層膠結(jié)疏松易出砂，因此，油井需采取防砂措施才能正常生產(chǎn)。目前，充填防砂、壓裂防砂是主要的防砂方式[1-9]。但是在油井防砂后，一部分井，特別是處于砂體邊灘部的油井，出現(xiàn)了防砂后供液較差、甚至不出液的問題，分析認(rèn)為主要有兩方面的原因：

一是因砂體呈窄河道分布，含油面積較小，砂體厚度薄，分布零散，難以建立完善的注采關(guān)系，導(dǎo)致地層能量補(bǔ)充不足；二是儲層巖性主要為細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖，儲層黏土含量高(平均24.3%，其中蒙脫石、伊利石礦物含量高)，整體泥質(zhì)含量高(5%～10%)，高泥質(zhì)易發(fā)生黏土水化，使泥質(zhì)或粉細(xì)砂堵塞防砂工具擋砂層，造成堵塞降產(chǎn)，在砂體邊灘部油井該問題特別突出。

為此，開展了酸化結(jié)合高壓充填防砂的酸化充填防砂一體化工藝研究，選擇一種交聯(lián)酸作為攜砂液，實(shí)施高壓充填或者壓裂防砂工藝。該工藝可以在充填防砂過程中進(jìn)行同步酸化，一方面可以有效解除近井地層傷害和堵塞、制造高滲透條帶，另一方面避免了酸化后出砂加劇的問題，同時，可以簡化施工工序，降低作業(yè)成本，提高高泥質(zhì)砂巖油藏防砂開采的效果。

1 交聯(lián)酸攜砂液體系

考慮老河口油田儲層巖石礦物成分(見表1)，篩選的交聯(lián)酸攜砂液體系主體酸所起的作用主要有：延緩酸液消耗以便在井眼周圍獲得足夠的酸穿透，避免反應(yīng)物在井眼就近沉淀，避免強(qiáng)反應(yīng)地層注入帶的松散化，避免由于膠結(jié)物被溶解而從巖石中解離出來的微粒遷移造成地層傷害。

表1 老河口油田樁106塊黏土礦物含量分析 %

交聯(lián)酸攜砂液體系選擇以HCl+HBF4為主體酸液，以稠化劑、交聯(lián)劑為酸液主劑，以黏土穩(wěn)定劑、鐵離子穩(wěn)定劑、緩蝕劑、助排劑為酸液助劑。

1.1 主體酸配方優(yōu)化

稱取巖粉20 g，分別按不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)將HCl與HBF4進(jìn)行復(fù)配，在酸液加入巖粉，充分?jǐn)嚢韬笫蛊渑c酸液混合均勻。將恒溫箱溫度設(shè)置為地層溫度65 ℃，然后將量筒放入恒溫箱中，4小時后，將反應(yīng)后的酸液殘?jiān)枚繛V紙過濾，然后將濾紙烘干，用天平稱取剩余巖粉的質(zhì)量，計(jì)算出溶蝕量，結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，HCl+HBF4有較高的溶蝕率。固定HBF4質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變時，隨著HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，復(fù)合酸的溶蝕率增大；固定HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變時，隨著HBF4質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，復(fù)合酸的溶蝕率也增大。推薦采用的酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：7%HCl+4%HBF4，此時的溶蝕率為15.98%。

圖1 HCL+ HBF4溶蝕率關(guān)系

1.2 酸液主劑篩選與評價

1.2.1 稠化劑

在酸液中加入稠化劑可使酸液黏度增加，有效降低活性酸的濾失，降低氫離子的擴(kuò)散速度，酸液能進(jìn)入地層深部，實(shí)現(xiàn)緩速酸化。同時，對于疏松砂巖，稠化劑還可以增加攜砂性能。實(shí)驗(yàn)評價了非離子聚丙烯酰胺和胍膠兩種稠化劑。

用微量天平稱取10 g稠化劑，加入到1 000 mL的復(fù)合酸溶液中，放入到恒溫箱中，用玻璃棒充分?jǐn)嚢瑁?小時后非離子聚丙烯酰胺充分溶解為均勻液體，2小時后胍膠充分溶解為均勻液體，表明兩種稠化劑在復(fù)合酸中有很好的溶解性。

將配置好的溶液按照不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行稀釋，利用BrookField黏度計(jì)測量不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)稠化劑的黏度，結(jié)果見圖2。

圖2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)稠化劑在酸中的黏度關(guān)系

由圖2可以看出，酸液的黏度隨著稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加；在相同的稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，非離子聚丙烯酰胺配成酸液體系的黏度始終比胍膠高。選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的非離子聚丙烯酰胺為稠化劑，此時酸液的黏度為35.2 mPa·s。

1.2.2 交聯(lián)劑

交聯(lián)劑選用檸檬酸鋁。由復(fù)合酸、非離子聚丙烯酰胺、檸檬酸鋁組成的交聯(lián)酸攜砂體系注入地層后，隨著酸化過程的進(jìn)行，砂粒表面的pH值不斷升高，當(dāng)上升至合適的pH值(3～6)時，檸檬酸鋁將非離子聚丙烯酰胺交聯(lián)形成黏度更大的凍膠膜，該膜能夠很好地控制氫離子的擴(kuò)散速度，抑制砂粒繼續(xù)被溶蝕，具有緩速作用。此外，該膜隨后變成砂粒接觸處的凍膠，通過凍膠的膠結(jié)作用，防止酸化后砂粒的運(yùn)移，同時起到固砂、防砂的目的[10]。選用檸檬酸鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%。

1.3 酸液助劑篩選與評價

(1)黏土穩(wěn)定劑 。老河口油田黏土礦物平均含量24.3%，酸液體系中添加黏土穩(wěn)定劑能夠減少黏土礦物膨脹、分散和運(yùn)移，保護(hù)儲層。實(shí)驗(yàn)評價了氯化鉀、聚季銨兩種黏土穩(wěn)定劑。將巖心碾碎，并用60目振動篩篩選，稱取10 g篩選出的巖心粉末，在4 MPa壓力下制成人造巖心，利用頁巖膨脹儀測定蒸餾水下巖心的膨脹率B0。將防膨劑添加到工作液中，加入到人造巖心中，利用頁巖膨脹儀測定其膨脹率B1。比較B0與B1，得到加入防膨劑后巖心的膨脹降低率△B。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在同樣條件下，氯化鉀比聚季銨的防膨效果好，且防膨效果隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng)。選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的氯化鉀作為黏土穩(wěn)定劑，此時的膨脹降低率為32.3%。

(2)緩蝕劑 。實(shí)驗(yàn)評價了甲醛、HJF-94和HX三種緩蝕劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HJF-94緩蝕劑的緩蝕效果比其它兩種緩蝕劑好，在復(fù)合酸中加入1% HJF-94緩蝕劑4小時后，對碳鋼的腐蝕效率僅為0.436g/(m2·h)。選用1%HJF-94作為緩蝕劑。

(3)鐵離子穩(wěn)定劑。實(shí)驗(yàn)評價了醋酸、檸檬酸、乳酸三種鐵離子穩(wěn)定劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，檸檬酸對鐵離子的穩(wěn)定效果比較好，在pH值為 4、檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時，對鐵離子的穩(wěn)定率達(dá)到了82%。選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%檸檬酸作為鐵離子穩(wěn)定劑。

(4)助排劑。實(shí)驗(yàn)評價了CF-5B、CF-5C、CF-5D三種助排劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三種助排劑分別加入到復(fù)合酸中后，均能夠降低酸液的表面張力，但相比較而言，CF-5B更能顯著降低表面張力，提高酸液返排量。加入助排劑前測得復(fù)合酸的表面張力為48.4 mN/m，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的助排劑CF-5B后，此時酸液的表面張力降低為32.5 mN/m。選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%CF-5B作為助排劑。

1.4 交聯(lián)酸攜砂液整體配伍性

將以上實(shí)驗(yàn)篩選出的酸液主劑、助劑按使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)和HCL+HBF4復(fù)合酸酸液體系混合均勻，在地層溫度65 ℃條件下靜止4小時，發(fā)現(xiàn)液體體系不分層、無沉淀，說明酸液體系與添加劑配伍性良好。交聯(lián)酸攜砂液體系的最優(yōu)配方為：7%HCL+4%HBF4+0.1%非離子聚丙烯酰胺+0.05%檸檬酸鋁+其它助劑。

1.5 交聯(lián)酸攜砂液性能評價

1.5.1 流變性能評價

(1) 黏溫曲線。量取并裝入交聯(lián)酸攜砂液試樣45 mL，設(shè)定剪切速率為170 s-1，由30 ℃開始升溫至待酸化施工的油層溫度65 ℃，采用耐酸旋轉(zhuǎn)流變儀在升溫過程中測試交聯(lián)酸樣品的表觀黏度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，交聯(lián)酸攜砂液的黏度隨著溫度的增加在逐漸下降，但65 ℃時黏度仍可達(dá)30 mPa·s以上，可滿足充填防砂的要求。

圖3 交聯(lián)酸攜砂液黏溫關(guān)系曲線

(2)耐剪切實(shí)驗(yàn)。量取并裝入交聯(lián)酸液試樣45 mL，設(shè)定剪切速率為170 s-1，在30 ℃，45 ℃，60 ℃，75 ℃溫度下，利用耐酸旋轉(zhuǎn)流變儀進(jìn)行恒定剪切速率的剪切測試，測試時間為120 min，每個20 min記錄表觀黏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著剪切時間的增加，不同溫度下交聯(lián)酸的黏度都有所減小，但減小幅度不大，在75 ℃的溫度下剪切120 min后，黏度保留率為61.2%，說明優(yōu)選的交聯(lián)酸具有良好的流變性，能夠滿足現(xiàn)場施工要求。

1.5.2 攜砂性能評價

(1)礫石沉降速度。將250 mL交聯(lián)酸攜砂液倒入量筒中，置于溫度為30±1 ℃恒溫水浴中，用鑷子取一粒過篩后的石英砂(0.42～0.50 mm)放入液面下2 cm處，松開鑷子，使其自然沉降。記錄石英砂均勻沉降一定距離所需時間，重復(fù)三次，相對誤差應(yīng)小于±5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可以看出，隨交聯(lián)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，礫石沉降速度減小，這是由于攜砂液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，攜砂液黏度也相應(yīng)增大，攜砂性能變好。該交聯(lián)酸符合充填防砂對靜態(tài)懸砂性能的要求。

圖4 礫石在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)交聯(lián)酸中的沉降速度

(2)懸砂能力。在室溫下，量取500 mL攜砂液倒入1 000 mL燒杯中，用攪拌器攪拌，轉(zhuǎn)速控制在100～200 r/min，按攜砂比10%，20%，30%，50%加入石英砂(0.40～0.80 mm)，10 min后停止攪拌，觀察混砂均勻程度和懸砂效果，記錄礫石全部沉降至容器底部所需時間。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，攜砂液在攜砂過程中混砂均勻，沉降速度均一。攜砂比10%時的沉降時間為19.7 min，攜砂比為50%的沉降時間為13.7 min， 具有較好的懸砂性能。

2 酸化充填防砂一體化管柱

酸化充填防砂一體化工藝采用的是一步法充填，防砂管柱應(yīng)具有較強(qiáng)的耐酸抗腐蝕能力。為此，對傳統(tǒng)一步法高壓充填防砂管柱進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。防砂管柱主要包括絲堵、短節(jié)、耐沖蝕繞絲篩管、信號篩管、酸平衡安全工具、耐沖蝕充填工具、防腐油管組成(見圖5)。耐沖蝕繞絲篩管采用不銹鋼繞絲和鎳磷鍍保護(hù)基管，減少充填及采油過程中的酸腐蝕；酸平衡安全工具采用內(nèi)置型犧牲陽極保護(hù)陰極的防腐措施和打撈安全保護(hù)技術(shù)，以提高酸充填實(shí)施效果；酸充填工具采用高強(qiáng)度鎢合金鍍充填孔、采用高強(qiáng)度鍍膜轉(zhuǎn)換內(nèi)腔。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

2013年，在老河口油田7口低產(chǎn)低效防砂井上試驗(yàn)了酸化充填防砂一體化工藝，實(shí)施后全部取得成功，其中增產(chǎn)6口井，有效率85.7%，實(shí)施前平均日產(chǎn)液9.7 t、日產(chǎn)油3.2 t，措施后日產(chǎn)液29.5 t、日產(chǎn)油8.8 t，平均單井累增油976 t，動液面上升404 m，整體實(shí)施效果較好(見表2)。

典型井例：老168-X40井儲層泥質(zhì)含量高(平均達(dá)到16.05%)構(gòu)造上位于砂體邊灘部，注采對應(yīng)性差。2010年3月采用0.4～0.8mm石英砂充填防砂投產(chǎn)，初期日產(chǎn)液12 t、日產(chǎn)油8.5 t，此后產(chǎn)能一直下降，治理前降至日產(chǎn)液3.3 t、日產(chǎn)油1.8 t。分析認(rèn)為主要原因是地層微粒及泥質(zhì)的運(yùn)移導(dǎo)致近井地帶和防砂屏障的堵塞。

圖5 酸化充填防砂一體化工藝管柱

該井2013年3月采用酸化充填防砂一體化工藝治理措施，施工共使用交聯(lián)酸攜砂液體系100 m3，地層擠入0.4～0.8 mm石英砂20.3 m3，并且提高了施工排量和砂比。治理后日產(chǎn)液21.8 t，日產(chǎn)油8.6 t，含水60.6%，當(dāng)年累計(jì)增油1436 t，取得了較好的試驗(yàn)效果。

4 結(jié)論

(1)針對老河口油田儲層特點(diǎn)，優(yōu)選評價出了酸化攜砂液體系配方：7%HCL+4%HBF4+0.1%非離子聚丙烯酰胺+0.05%檸檬酸鋁+其它助劑。該酸化攜砂液體系具有較好的流變性能、攜砂性能，能夠滿足充填攜砂的需要。

表2 酸化充填防砂一體化工藝實(shí)施效果統(tǒng)計(jì)

(2)配套的一步法防砂管柱設(shè)計(jì)簡單、合理，酸平衡安全工具確保了施工的安全，滿足酸化充填防砂的需要。

(3)在老河口油田7口井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，6口井取得較好的增油效果。研制的酸化充填防砂工藝對高泥質(zhì)、低能量油井防砂具有較好的適應(yīng)性。

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編輯：李金華

1673-8217(2017)03-0127-04

2016-12-23

滕學(xué)偉，工程師，碩士，1984年生，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，主要從事采油工藝方面研究工作。

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