長(zhǎng)3油層組儲(chǔ)層緩速酸解堵體系研究及應(yīng)用

付文耀，鄭建剛 (中石油長(zhǎng)慶油田分公司第十二采油廠，甘肅 慶陽(yáng) 745100 )

鄭延成，印柱 (長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

莊73區(qū)位于鄂爾多斯盆地中部的陜北斜坡和天環(huán)坳陷的南部，主力開(kāi)發(fā)層系為長(zhǎng)31油層，動(dòng)用含油面積為38.83×104km2，動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量2064.2×104t，可采地質(zhì)儲(chǔ)量393.46×104t ，油層厚度14.9m，平均孔隙度15%，平均氣相滲透率6.7mD。長(zhǎng)3油層組砂巖粒度細(xì)，泥質(zhì)含量較高。長(zhǎng)3油層組儲(chǔ)層屬于低滲儲(chǔ)層，存在注水難的問(wèn)題。酸化是油水井解堵增產(chǎn)、增注的有效措施之一[1～5]。長(zhǎng)3油層組儲(chǔ)層長(zhǎng)期以來(lái)采用常規(guī)土酸和弱土酸對(duì)地層進(jìn)行解堵，堵塞程度和深度發(fā)生了變化，現(xiàn)場(chǎng)酸液已經(jīng)不適應(yīng)儲(chǔ)層解堵需要。筆者針對(duì)長(zhǎng)3油層組儲(chǔ)層弱酸敏、弱速敏、水敏的現(xiàn)狀，分析了礦化水堵塞的原因，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，研究出了適用于水源井和采出水混注的防垢緩速酸化體系，評(píng)價(jià)了體系的增注性能，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

巖心取自長(zhǎng)慶油田的莊30油井和莊73油井，經(jīng)苯-甲醇混合溶劑抽提后，干燥、抽空飽和地層水。酸液添加劑：鐵離子穩(wěn)定劑WT-100，防膨劑ACE以及緩蝕劑MH-16，IST(雜環(huán)季銨鹽)，ACI(咪唑啉季銨鹽)，取自長(zhǎng)慶油田。防水鎖劑PWB是由烷醇酰胺與氟碳表面活性劑構(gòu)成的復(fù)配體系[6]。油田水樣有4種：地層水、聯(lián)合站處理后的莊轉(zhuǎn)水，兩種水源井的水樣ZH36S8和Z9S7，水樣的離子組成見(jiàn)表1。

表1 地層水和注入水組成

1.2 試驗(yàn)方法

阻垢劑性能測(cè)試參照SY/T 5673—93《油田用阻垢劑性能評(píng)定方法》執(zhí)行，試驗(yàn)結(jié)果取兩次滴定的平均值；巖心滲透率測(cè)試按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T5358—2010進(jìn)行；黏土防膨劑的性能評(píng)價(jià)參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5762—1995進(jìn)行。采用失重法評(píng)價(jià)酸液對(duì)N80掛片的腐蝕速率。具體參見(jiàn)SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法》。

2 礦化水結(jié)垢堵塞原因分析

2.1 儲(chǔ)層無(wú)機(jī)垢的形成及其防護(hù)

2.2 礦化度降低對(duì)滲透率的影響

圖1 礦化度對(duì)低滲透率巖心滲透率的影響 圖2 礦化度對(duì)較高滲透率巖心滲透率的影響

考慮到水源井水與莊轉(zhuǎn)水的混合配注導(dǎo)致水樣礦化度降低問(wèn)題，試驗(yàn)配制總礦化度為14000mg/L的模擬水，與蒸餾水按照不同質(zhì)量比混合配成7000、5000、3000、1000mg/L的礦化水，注入巖心，分別驅(qū)替至流速、壓力穩(wěn)定時(shí)得到滲透率。圖1和圖2分別示出了滲透率低于0.04mD(1#與2#)和大于0.1mD(3#)的巖心在驅(qū)入不同礦化度鹽水后滲透率的變化趨勢(shì)。

可見(jiàn)，滲透率越低，礦化度降低后巖心的滲透率下降越大。對(duì)于滲透率為0.137mD的高滲巖心，當(dāng)?shù)V化度在14000～5000mg/L內(nèi)變化時(shí)滲透率變化不大，當(dāng)?shù)V化度降到3000mg/L時(shí)，巖心滲透率降低5.9%。對(duì)于水相滲透率為0.035mD(1#)和0.014mD(2#)的低滲巖心，礦化度降到7000mg/L時(shí)，巖心滲透率分別降低5.14%和7.14%，表現(xiàn)出一定程度的水敏，這主要是由于黏土礦物膨脹造成孔喉縮小的緣故[8]。因此，對(duì)于低滲儲(chǔ)層注入水要加黏土穩(wěn)定劑，防止黏土膨脹。

3 酸液體系的篩選

3.1 酸液體系溶蝕性能

酸液組成：①前置酸(12%HCl +5%HAC)；②土酸(12%HCl+3%HF)；③緩沖酸(HCA)；④HCG(10%HCl+5%NH4F+5%胺基膦酸)。取莊73井和莊30井儲(chǔ)層巖心，105℃恒溫4h。取出冷卻，碾成粉末。用80目的篩子過(guò)篩備用，稱量0.5000g巖屑于塑料試管中，再加入10mL酸液，密閉，在50℃下恒溫測(cè)定2、4、8、12h時(shí)的溶蝕率。4種酸體系對(duì)2種巖屑的溶蝕試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3、4。

從反應(yīng)時(shí)間與溶蝕率的關(guān)系看出，同樣濃度的酸液對(duì)2種巖屑的溶蝕率差別較大，土酸對(duì)莊73井巖屑的溶蝕率在70%以上，而莊30井巖屑溶蝕率在36%左右，可見(jiàn)，莊73井含有較多的碳酸鹽。

圖3 莊73井酸液溶蝕率曲線 圖4 莊30井酸液溶蝕率曲線

對(duì)于莊73井巖屑來(lái)說(shuō)，HCG在12h的溶蝕率為61.82%，比HCA高5.98%，比土酸低6.94%，其緩速性能好于HCA和土酸。對(duì)于莊30井巖屑來(lái)說(shuō)，HCG 12h時(shí)溶蝕率很高，達(dá)到35.53%，比土酸溶蝕率略低，比HCA高8.34%，而且還有較好的緩速性能，8h比2h溶蝕率高5.15%?，F(xiàn)場(chǎng)用的HCA溶蝕率較低，需要提高其溶蝕能力，而HCG酸液對(duì)以上2種巖心均有較高的溶蝕率和較好的緩速性能，可用作長(zhǎng)3油層組儲(chǔ)層的主體酸。

3.2 酸液緩蝕劑篩選

在酸液中加緩蝕劑可以有效地防止腐蝕，常用的緩蝕劑產(chǎn)品種類較多，主要為含氮化合物、含硫化合物、醛類、醇類以及表面活性劑等。筆者采用的緩蝕劑為季銨鹽MH-16、咪唑啉ACI和咪唑啉季銨鹽IST。在鹽酸、土酸、HCA和HCG中分別加入0.5%緩蝕劑，酸液中置入N80掛片，測(cè)定50℃下腐蝕速率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 緩蝕效果

由以上試驗(yàn)結(jié)果可知，50℃下3種緩蝕劑在加量0.5%時(shí)對(duì)所有的酸液均有較好的緩蝕性能，腐蝕速率均在5g/m2·h以內(nèi)。比較酸液腐蝕性大小可以看出，加緩蝕劑后，鹽酸和土酸的腐蝕速率均降到1g/m2·h以下，均達(dá)到緩蝕劑評(píng)價(jià)指標(biāo)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。HCA的腐蝕性較強(qiáng)，其次是HCG。咪唑啉季銨鹽IST對(duì)4種酸的緩蝕效果均較好。

3.3 鐵離子穩(wěn)定劑

在酸化過(guò)程中，金屬腐蝕以及氧化鐵、硫化亞鐵及含鐵礦物在酸中的溶解，都可產(chǎn)生Fe3+。隨著酸化反應(yīng)的進(jìn)行，H+濃度越來(lái)越低，pH值上升到2.2以上，溶液中鐵離子與水作用生成Fe(OH)3沉淀，就會(huì)堵塞地層。該試驗(yàn)采用丙二酸、乙酸和乙二胺四乙酸按照質(zhì)量比1∶1∶0.2復(fù)配成一定濃度的溶液得到鐵離子穩(wěn)定劑FEA，采用石油行業(yè)酸化用鐵離子穩(wěn)定劑性能評(píng)價(jià)方法測(cè)得FEA穩(wěn)鐵能力為255.6 mg/g，而現(xiàn)場(chǎng)用鐵離子穩(wěn)定劑WT-100的穩(wěn)鐵能力為178.3mg/g。因此，選取2%FEA作為酸化用鐵離子穩(wěn)定劑。

3.4 防水鎖助排劑

酸化作業(yè)完成后，外來(lái)流體的侵入使得地層含水飽和度增加，滲透率降低導(dǎo)致水鎖效應(yīng)的產(chǎn)生[9]。以前的試驗(yàn)工作中研制了由烷醇酰胺與氟碳表面活性劑構(gòu)成的復(fù)配防水鎖劑PWB，試驗(yàn)采用0.5%PWB水溶液處理長(zhǎng)3油層組儲(chǔ)層巖片后，水的接觸角為42.26°，表面張力為26.52mN/m，因此，PWB既可降低表/界面張力又可增大接觸角，降低毛細(xì)管阻力，使酸化殘液順利排出。

4 酸液體系HCG解堵效果評(píng)價(jià)

以上試驗(yàn)篩選出的添加劑體系為：1%SCA+0.5%IST+0.5%PWB+2%FEA+2%ACE。前置酸為10%HCl + 3%HAC+2%FEA +添加劑；主體酸為10%HCl+5%NH4F+5%胺基膦酸+添加劑。

試驗(yàn)步驟：①用乙醇—苯清洗巖心，烘干，稱重。再抽空飽和礦化水，放置24h以上，測(cè)定飽和了液體后巖心的重量，計(jì)算巖心的孔隙度和孔隙體積；②用3%NH4Cl正向測(cè)原始滲透率K1，流體注入量20PV(孔隙體積)以上，測(cè)得滲透率穩(wěn)定值；③正向注入前置酸2PV，反應(yīng)2h；④注入主體酸2PV，恒溫一段時(shí)間；⑤再用3%NH4Cl測(cè)巖心滲透率K2。

表3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)滲透率的影響

按照試驗(yàn)步驟測(cè)定了5#、6#和7#巖心分別恒溫4、8、12h下酸化前后滲透率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由試驗(yàn)結(jié)果可知：反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，酸化后滲透率提高幅度越大。反應(yīng)4h時(shí)，巖心滲透率由酸化前的0.0117mD提高到酸化后的0.115mD，提高9.82倍；當(dāng)反應(yīng)8h時(shí)，巖心滲透率由酸化前的0.0157mD提高到酸化后的0.4993mD，提高了31.84倍；反應(yīng)12h后，巖心滲透率由酸化前的0.0016mD提高到酸化后的0.136mD，提高76.12倍。由此可見(jiàn)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)酸化效果提高，但一般來(lái)說(shuō)，滲透率越低酸化后滲透率提高幅度越大?？紤]反應(yīng)時(shí)間與提高滲透率程度的關(guān)系，反應(yīng)時(shí)間可以取8～12h，以8h為宜。

5 酸化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

考慮到地層污染深度大，設(shè)計(jì)酸液處理半徑為4.5m。按照以下方法進(jìn)行試驗(yàn)：用活性水清洗井筒管壁，注入前置酸后關(guān)井2h，注入主體酸后關(guān)井8h，反排。采用優(yōu)選出來(lái)的緩速酸體系對(duì)2口水井和1口油井進(jìn)行酸化，酸化效果見(jiàn)表4。

表4 酸化施工效果

固63-59井和75-67井兩口井經(jīng)過(guò)酸化處理后，壓力分別下降3MPa和2.8MPa，滲透率高的儲(chǔ)層酸化增注效果好。對(duì)于油井固65-77井來(lái)說(shuō)，酸化前日產(chǎn)油0.2m3，酸化后增油1.2m3，取得了較好的酸化效果。

6 結(jié)論

1)分析了長(zhǎng)3油層組儲(chǔ)層注清水地層傷害的原因，探討了礦化度降低對(duì)儲(chǔ)層傷害的影響。注入水礦化度為地層水礦化度一半時(shí)，低滲巖心滲透率降低7%以上。

2)篩選了適宜儲(chǔ)層的緩速酸液體系：HCG+1%SCA+0.5%IST+ 0.5%PWB+2%FEA+2%ACE。巖心物模試驗(yàn)結(jié)果表明，在低滲儲(chǔ)層的巖心中注入酸體系2PV后，55℃下恒溫反應(yīng)8h，酸化后滲透率提高30倍。

3)采用緩速酸體系對(duì)2口水井和1口油井進(jìn)行了酸化施工，水井增注100d以上，油井增產(chǎn)258t，取得了較好的酸化解堵效果。

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