塔里木盆地迪那2氣田井筒解堵液研究及其應(yīng)用

魏軍會 匡韶華 張 寶 景宏濤 楊淑珍 秦 曼

1.中國石油塔里木油田公司油氣工程院 2.中國石油遼河油田公司鉆采院

迪那2氣田是塔里木盆地中地質(zhì)儲量超千億立方米的大氣田[1]。該氣田儲層屬于致密砂巖氣藏，儲層裂縫發(fā)育，非均質(zhì)性強(qiáng)，巖性以粉砂巖和細(xì)砂巖為主。自2009年6月投產(chǎn)以來，一直保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)態(tài)勢，為西氣東輸做出了重要的貢獻(xiàn)。隨著開采時間和開發(fā)程度的增加，生產(chǎn)問題日漸突出，穩(wěn)產(chǎn)難度越來越大。其中，井筒堵塞是目前面臨的主要生產(chǎn)問題之一。

截至2017年，迪那2氣田共有21口井出現(xiàn)油壓產(chǎn)量異常和通井遇阻情況，分析認(rèn)為這些井存在井筒堵塞問題。前期在井口取得少量地層砂樣，并且油嘴存在沖蝕現(xiàn)象，初步判斷地層出砂造成了井筒堵塞。后來在連續(xù)油管沖砂及修井過程中取得井筒堵塞物，化驗分析后發(fā)現(xiàn)了垢及其他物質(zhì)成分。因此，迪那2氣田井筒堵塞是多因素造成的。

針對氣井井筒堵塞問題，國內(nèi)主要采用連續(xù)油管疏通和擠注解堵液解堵工藝[2-11]。迪那2氣田井先后開展了放噴沖砂、油管穿孔、連續(xù)油管疏通和修井換管柱等治理措施，以解決迪那2氣田井筒堵塞問題。其中連續(xù)油管疏通和修井換管柱措施的治理效果較好，但是費用高、風(fēng)險大。而擠注解堵液解堵工藝具有施工簡單、成本低、風(fēng)險小、解堵效果好的特點，值得在迪那2氣田探索應(yīng)用。

筆者通過對井筒堵塞物的化驗分析，確定了堵塞物類型，有針對性地研制出了高效、安全、低成本的解堵液配方，現(xiàn)場實施效果良好，為迪那2氣田井筒堵塞問題的解決提供了重要的技術(shù)支持。

1 井筒堵塞物實驗分析

1.1 地面取樣化驗分析

從地面油嘴、井口U型彎管、排污閥等處，多次取得堵塞物（圖1）。定性觀察堵塞物，主要以砂礫、粉砂為主，含少量堵漏材料和鐵屑。實驗化驗表明，大部分井的堵塞物以二氧化硅為主，含少量鐵和鈣；DN2-F井的堵塞物以鈣為主，有機(jī)物含量較高（表1），其中有機(jī)物主要是鉆井液堵漏材料。因此，判斷堵塞物的成分主要是地層砂、垢樣和鐵屑。

1.2 井筒取樣化驗分析

DN2-D井井筒堵塞后，采用連續(xù)油管鉆磨沖砂至井深4 687 m，沖砂返出物呈現(xiàn)兩種形態(tài)：一種是灰白色片狀；另一種為顆粒及粉末狀（圖2）。取兩種形態(tài)的井筒堵塞物進(jìn)行了溶解實驗，分析堵塞物成分。

圖1 地面取樣照片

表1 地面取樣化驗分析結(jié)果表

將片狀堵塞物放入8.0%～15.0%的HCl溶液中，溶蝕率非常高，介于80.1%～97.7%，可推斷為碳酸鹽和硫酸鹽，因為砂巖是不能高比例溶于鹽酸的，硫酸鹽可隨鹽酸濃度增加溶解量增加。顆粒及粉末狀堵塞物化驗分析表明，堵塞物中含57.47%硅酸鹽和10.34%的鐵質(zhì)成分。

取井筒堵塞物樣品3份，進(jìn)行X射線衍射實驗分析（表2）。實驗結(jié)果表明，堵塞物的主要成分是碳酸鹽巖（菱鐵礦，方解石、文石等），含有地層砂和鐵腐蝕物。但是，地層砂的含量與溶解實驗的結(jié)果相差較大，可能是XRD檢測砂樣時，取樣點不均勻的緣故。

迪那2氣田大部分井采用篩管完井管柱，篩管孔眼直徑3 mm。統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，篩管完井管柱更加容易發(fā)生堵塞。修井作業(yè)發(fā)現(xiàn)，篩管孔眼被砂粒堵死，篩管表面附著一層垢樣（圖3）。

圖2 DN2-D井連續(xù)油管沖砂返出物照片

表2 井筒堵塞物X射線衍射定量分析結(jié)果表

圖3 DN2-G井篩管孔眼堵塞照片

2 解堵液研發(fā)

2.1 解堵液研發(fā)思路

根據(jù)上述分析，可知堵塞物類型主要為地層砂＋垢＋少量鐵屑。針對堵塞物類型，確定解堵液研發(fā)思路。

1）垢。成分為碳酸鹽、硫酸鹽等?？捎盟?、螯合劑等溶解；另外，表面活性劑＋弱酸可清洗砂粒、垢表面油、聚合物，利于溶解垢，且酸性弱，對管柱腐蝕小，較為理想。

2）地層砂。成分為石英、長石、碳酸巖和黏土。必須使用氫氟酸進(jìn)行溶解，但土酸酸性強(qiáng)，對井腐蝕筒嚴(yán)重，且殘酸容易產(chǎn)生二次沉淀，不宜單獨使用。螯合劑＋氫氟酸，酸度較低，可以達(dá)到完全溶解的效果。

3）鐵屑。鐵屑含量較少，可在酸液中溶解，無須特殊考慮。

因此，合適的螯合劑配合弱酸是解堵液的基本配方，篩選出好的螯合劑是研制解堵液的關(guān)鍵。

2.2 螯合劑優(yōu)選

目前用于巖心酸化的常用螯合劑包括EDTA、HEDTA、GLDA、EDTA、Na3EDTA 和 NTA 等。選取5種螯合能力較好的螯合劑，編號為：CA-1，CA-2，CA-3，CA-4，CA-5。其中前3種為胺基多羧酸，后兩種為有機(jī)磷酸。分別測試它們在弱酸性、弱堿性和3%氫氟酸條件下的螯合值。

弱堿性（pH=10～11）條件下，CA-1對鈣和鐵離子幾乎無螯合能力，CA-5對鐵離子螯合值高達(dá)417.05，對鈣離子螯合值為292.86，比CA-1高兩個數(shù)量級（表3）。

在弱酸性（pH=3～4）條件下，CA-2對鐵離子螯合性能最好，達(dá)66.97 mg/g，CA-5次之，有10 mg/g（表 4）。

表3 弱堿性條件下（pH=10～11）5種螯合劑的螯合值表

表4 弱酸性條件下（pH=3～4）5種螯合劑的螯合值表

在3%氫氟酸（ pH=3～4 ）條件下，氫氟酸對螯合劑的螯合能力影響較大（表5）。CA-1加入到氫氟酸中后，直接發(fā)生沉淀，不適合用于解堵體系。加入氫氟酸后，CA-2和CA-3對鈣離子螯合能力大幅提升，但對鋁離子螯合能力大幅下降。CA-4對所有離子的螯合能力整體大幅下降。加入CA-5的氫氟酸體系性能最好，對鐵離子螯合能力高達(dá)310 mg/g，鈣離子達(dá) 94.02 mg/g，鋁離子在該體系中不發(fā)生沉淀。

表5 3%氫氟酸條件下（pH=3～4）5種螯合劑的螯合值表

綜合分析5種螯合劑在堿性條件下、酸性條件下以及螯合劑在3%HF體系下分別對Ca2＋、Al3＋、Fe3＋的螯合能力，優(yōu)選出綜合螯合能力最好的螯合劑 ：CA-5。

2.3 解堵液體系優(yōu)選

采用螯合劑CA-5、CA-2和CA-3與弱酸及氫氟酸復(fù)配成不同的解堵液體系，并測試它們對迪那2氣田巖心巖粉的溶蝕率。取砂巖巖塊，加工成巖粉；將1.5 g巖粉與30 mL酸液混合；放入耐壓鋼罐中，充氮氣，密閉；在高溫油浴中（150℃）反應(yīng)1 h；反應(yīng)結(jié)束后，然后用布氏漏斗過濾，并將反應(yīng)后剩余的巖粉烘干；稱重為w，并計算溶蝕率η=[(1.5－w)/1.5]×100%。

從溶蝕實驗結(jié)果（表6）可以看到，含有螯合劑CA-5的酸液體系，總體溶蝕效果明顯較好，加入氫氟酸過后，部分體系溶蝕率接近土酸甚至超過土酸。其中10%的CA-5和3%HF配合，性價比最好，其次可選10%的CA-5和1%HF配合。在CA-5含量降低到5%時，與5%有機(jī)弱酸A1和8%的有機(jī)酸A2，配合較好，加入強(qiáng)酸（鹽酸）過后溶蝕率可以進(jìn)一步提升，但強(qiáng)酸需要根據(jù)實際情況慎重使用?？紤]到有機(jī)弱酸A1的鈣鹽溶解性能沒有有機(jī)弱酸A2好，我們推薦使用有機(jī)弱酸A2的體系。

表6 各酸液體系的巖粉溶蝕能力

通過實驗，綜合考慮優(yōu)選出兩種高溫井筒解堵液體系：8%弱酸A2＋3%HF＋ 5%螯合劑CA-5和3%HF＋10%螯合劑CA-5。

3 解堵液評價

3.1 溶解能力測試

選取了迪那2氣田3口井的井筒堵塞物用于測試解堵液體系的溶解能力（表7、表8），其實驗結(jié)果可以看出，在1 h的條件下，DN2-D井堵塞物溶蝕率最高可以達(dá)74%，最低也有33%，對垢樣和砂樣，均有較好的溶蝕效果。對于DN201井堵塞物，溶解率在34.29%～71.42%之間，溶蝕較好。DN2-H井的堵塞物由于含有鉆井液（重晶石等），溶蝕率較低，但也在20%以上。如果繼續(xù)延長溶蝕時間，溶蝕率會進(jìn)一步提升。

表7 解堵液對迪那2-D井堵塞物溶蝕情況表（150℃、1 h 條件下）

表8 解堵液對DN2-P井和DN2-H井堵塞物溶蝕情況表（150℃、1 h條件下）

3.2 腐蝕性評價

迪那2氣田套管主要采用P110鋼級和VM-140HC鋼級的碳鋼，連續(xù)油管材質(zhì)一般為QT1300材質(zhì)，油管和篩管采用耐腐蝕性能優(yōu)良的超級13Cr材質(zhì)。解堵液體系中加入緩蝕劑KMS-C-1，測試不同材質(zhì)的腐蝕速率（表9）?？梢钥吹剑舛乱后w系對3種鋼材的腐蝕控制達(dá)到行業(yè)一級標(biāo)準(zhǔn)，即25 ～ 30 g/(m2·h）。

表9 150℃套管碳鋼P110、VM140HC和連續(xù)油管QT1300腐蝕速率評價表

3.3 配伍性評價

采用鉆井液濾液、環(huán)空保護(hù)液、酸化液和凝析油四種可能出現(xiàn)的入井流體和地層流體，分別對兩種解堵液體系進(jìn)行配伍性實驗。從實驗結(jié)果（表10）中可以看出，解堵液體系與迪那2氣田的入井流體和地層流體具有良好的配伍性，且無沉淀、分層（除凝析油）等現(xiàn)象，具有較好的穩(wěn)定性。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

DN2-3C 井投產(chǎn)初期，日產(chǎn)氣 54×104m3，油壓79.81 MPa；因井筒堵塞造成油壓產(chǎn)量波動下降；開展了多次放噴排砂解堵措施，效果不明顯；對封隔器以下油管進(jìn)行穿孔作業(yè)，油壓產(chǎn)量上升后即快速下降，穩(wěn)產(chǎn)期短。該井為篩管完井管柱，篩管存在嚴(yán)重堵塞，篩管外堆積了大量堵塞物，油管穿孔后，堵塞物進(jìn)入油管或堵塞穿孔孔眼，導(dǎo)致油管穿孔解堵效果差。2017年從油管中擠注10%CA-5 ＋ 3%HF解堵液體系20 m3，關(guān)井反應(yīng)5 h，對井筒堵塞物進(jìn)行溶解，然后放噴，油壓13.32 MPa↗43.68 MPa、日產(chǎn)油 13 t↗ 32 t、日產(chǎn)氣 151283 m3↗ 383765 m3，油壓、日產(chǎn)油及日產(chǎn)氣增加倍數(shù)分別3.3倍、2.5倍及2.5倍。解堵后，累計生產(chǎn)70 d，油壓產(chǎn)量穩(wěn)定，解堵效果良好。

5 認(rèn)識與結(jié)論

1）通過地面取樣和井筒取樣化驗分析，確定迪那2氣田井筒堵塞物類型為：地層砂＋垢＋鐵屑。

2）針對迪那2氣田井筒堵塞物特征，優(yōu)選出兩種解堵液體系：8%弱酸A2＋3%HF＋5%螯合劑CA-5和3%HF＋10%螯合劑CA-5，具有溶蝕率高、解堵效果好、耐高溫、腐蝕性小、配伍性好等特點。

3）解堵液體系現(xiàn)場實施效果良好，為迪那2氣田井筒解堵提供了重要技術(shù)手段；該解堵液體系可以與連續(xù)油管沖砂配合使用，實現(xiàn)更好的井筒解堵效果。