曹妃甸11?2油田高含水水平井酸化研究與應(yīng)用

張繼偉,王春林,榮新明

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曹妃甸11?2油田高含水水平井酸化研究與應(yīng)用

張繼偉1,王春林2,榮新明2

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司 天津分公司,天津 300452； 2.中海油田服務(wù)股份有限公司,天津 300459）

在曹妃甸11?2油田高含水水平井實(shí)施酸化措施后，效果不佳，為提高作業(yè)效果，對(duì)酸液體系和施工參數(shù)進(jìn)行了針對(duì)性優(yōu)化。酸液體系優(yōu)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土酸溶蝕能力高于氟硼酸和多氫酸，而多氫酸緩速能力明顯優(yōu)于土酸和氟硼酸；施工參數(shù)模擬結(jié)果表明,提高注酸速度有助于提高酸化效果，解堵半徑1~2 m即可有效解除儲(chǔ)層污染。首次將溶蝕能力強(qiáng)的土酸和緩速能力高的多氫酸在曹妃甸11?2油田三口井酸化作業(yè)中綜合使用，現(xiàn)場(chǎng)施工后三口井平均單井日增液362 m3/d，平均單井日增油16.4 m3/d，解堵增產(chǎn)效果顯著。

酸化；水平井；高含水；多氫酸；土酸

水平井可以擴(kuò)大油層中的接觸面積，改善油層的開發(fā)效果，是開發(fā)海上油氣田、提高產(chǎn)量和采收率的一項(xiàng)重要技術(shù)[1]，海上油田的水平井具有大段合采、含水率高、產(chǎn)液剖面不明確、層內(nèi)層間非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，給后續(xù)酸化措施帶來(lái)諸多困難[2?6]，且由于作業(yè)場(chǎng)地面積小、作業(yè)費(fèi)用高等因素，常規(guī)動(dòng)管柱機(jī)械轉(zhuǎn)向酸化和化學(xué)暫堵酸化等工藝受到較大限制[7?11]。曹妃甸油田館陶組油層為水平井開發(fā)方式，目前綜合含水率已達(dá)94.6%，該油田水平井投產(chǎn)后大多采用單一酸液體系進(jìn)行酸化解堵，但酸化效期較短，往往出現(xiàn)增液不增油甚至增液降油的現(xiàn)象。本研究通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出了一套溶蝕能力高、緩速能力強(qiáng)的酸液體系，并結(jié)合滲流力學(xué)平面徑向滲流理論，針對(duì)注酸速度和解堵半徑等施工參數(shù)進(jìn)行了針對(duì)性的優(yōu)化，研究成果已成功在曹妃甸11?2油田三口井得到應(yīng)用，日增油近16.4 m3/d，增產(chǎn)效果顯著。

1 酸液體系優(yōu)化

1.1 儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)

儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)可以為酸化體系的合理選擇提供重要依據(jù)，本文按照SY/T 5368-2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》對(duì)CFD11?2?2井館陶組取芯進(jìn)行了速敏、水敏、鹽敏和酸敏評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1-4。

圖1　速敏實(shí)驗(yàn)曲線

圖2　水敏實(shí)驗(yàn)曲線

圖3　鹽敏實(shí)驗(yàn)曲線

通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層的敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析可以得出，曹妃甸11?2油田館陶組油層無(wú)酸敏和速敏，水敏損害程度為中等偏弱，鹽敏損害程度為中等偏強(qiáng)，其中速度敏感性實(shí)驗(yàn)和土酸敏感性實(shí)驗(yàn)中滲透率沒(méi)有下降，反而有所上升，這是因?yàn)閮?chǔ)層巖心本身膠結(jié)疏松，流速升高后或者土酸流經(jīng)孔吼處后，掉落的微粒沿著大孔道流走，不僅沒(méi)有堵塞吼道，反而提高了巖心孔隙度和滲透率。因此，酸化儲(chǔ)層改造措施須選擇溶蝕能力強(qiáng)、緩速能力強(qiáng)的酸液體系來(lái)去除污染。

圖4　鹽酸和土酸酸敏實(shí)驗(yàn)曲線

1.2 酸液溶蝕實(shí)驗(yàn)

酸液溶蝕實(shí)驗(yàn)是優(yōu)選酸液類型和用酸濃度的重要手段，本文利用失重法在90 ℃條件下對(duì)CFD11?2?2井館陶組巖屑進(jìn)行了溶蝕實(shí)驗(yàn)，根據(jù)1.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選用的酸液體系包括鹽酸、土酸、氟硼酸和多氫酸，反應(yīng)時(shí)間為2 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，溶蝕率計(jì)算公式見式(1)。

溶蝕率=（溶蝕前巖屑質(zhì)量-溶蝕后巖屑質(zhì)量）/溶 蝕前巖粉質(zhì)量×100% （1）

由表1可以看出，CFD11?2?2井館陶組巖屑鹽酸的溶蝕率比較低，在2.16%~4.15%，隨著鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，溶蝕率有一定程度的增加，但增加幅度不大，說(shuō)明該油田館陶組儲(chǔ)層碳酸鹽巖含量較少，因此酸液中鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.0%~8.0%即可；土酸的溶蝕率在17.06%~19.67%，氫氟酸（HF）質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.5%后，溶蝕率隨著HF酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加變化不大，由于儲(chǔ)層巖石膠結(jié)疏松，顆粒容易運(yùn)移，因此HF質(zhì)量分?jǐn)?shù)不宜超過(guò)1.5%；氟硼酸的溶蝕率在7.86%~14.25%，隨著氟硼酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，巖屑溶蝕率有所增加，因此氟硼酸使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)8.0%為宜；多氫酸的溶蝕率在13.41%~14.90%，溶蝕率隨著多氫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加有所增加，但增加幅度不大，選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%HCl+3.0%多氫酸1+（3.0%~4.0%）多氫酸2較為合理。

表1　曹妃甸11?2?2井館陶組巖屑溶蝕數(shù)據(jù)

注：表1中酸液體系項(xiàng)百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同。

1.3 酸巖反應(yīng)速度實(shí)驗(yàn)

酸巖反應(yīng)速度是判斷酸液體系緩速性能優(yōu)良的重要依據(jù)。測(cè)試了不同時(shí)間下土酸、氟硼酸和多氫酸對(duì)CFD11?2?2井館陶組巖屑溶蝕率，實(shí)驗(yàn)方法條件同1.2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5　CFD11?2?2井館陶組酸巖反應(yīng)速度

由圖5可以看出，3種酸液體系中，土酸反應(yīng)速度最快，氟硼酸次之，多氫酸最慢。這是因?yàn)榉鹚岷投鄽渌崾且环N緩速酸液體系，在酸化過(guò)程中會(huì)逐級(jí)釋放出氫離子和氟離子，對(duì)巖粉進(jìn)行緩慢溶蝕。水平井傷害范圍較大，為了達(dá)到既能充分反應(yīng)掉近井地帶污染，又能達(dá)到深穿透和防止溶蝕過(guò)快導(dǎo)致井眼附近儲(chǔ)層垮塌的目的，需要將溶蝕率較高的土酸和緩速效果較好的多氫酸結(jié)合起來(lái)使用。

1.4 酸巖流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

酸巖流動(dòng)實(shí)驗(yàn)可直觀反映酸液對(duì)儲(chǔ)層污染的解除效果。根據(jù)1.1-1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果，酸液體系選擇如表2所示，實(shí)驗(yàn)溫度為90 ℃，基液為模擬地層水，進(jìn)行酸巖流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖6。由圖6可以看出，反驅(qū)處理液I和II期間，滲透率有下降趨勢(shì)，這可能是溶蝕后的黏土微粒脫落下來(lái)在運(yùn)移過(guò)程中對(duì)孔吼有一定堵塞，反驅(qū)后置液和正驅(qū)基液階段，滲透率開始逐步提高，說(shuō)明儲(chǔ)層中黏土微粒已經(jīng)被溶蝕反應(yīng)完全或變得比較小，增加了巖心的孔滲，最終酸化后巖心滲透率為酸化前的2.48倍，增加幅度較大，這證實(shí)了采用土酸和多氫酸的復(fù)合解堵體系在曹妃甸11?2油田館陶組儲(chǔ)層酸化是可行的。

表2　優(yōu)選的酸液體系配方

圖6　CFD11?2?2井館陶組巖芯酸巖流動(dòng)實(shí)驗(yàn)曲線

2 施工參數(shù)優(yōu)化

2.1 注酸速度優(yōu)化

合理的注酸速度既能保證充分的酸巖反應(yīng)又能確保地層不被壓破，本文根據(jù)常規(guī)注酸速度影響因素，結(jié)合CFD11?2油田儲(chǔ)層特點(diǎn)和傷害特征，確定了最大注酸速度公式（見式（2））：

式中,max為最大注酸速度，m3/min；F為地層破裂壓力，MPa；av為地層平均滲透率，10?3μm2；為儲(chǔ)層厚度，m；s為儲(chǔ)層壓力，MPa；為流體黏度，mPa·s；為表皮系數(shù)。

施工排量

代表著儲(chǔ)層滲流物性的流度系數(shù)按式（4）求出:

將儲(chǔ)層參數(shù)和傷害特征參數(shù)代入式（4），計(jì)算出不同傷害特征下的流度系數(shù)，結(jié)果如圖7所示。

由圖7可以看出，隨著注酸速度的增加，流度系數(shù)大幅度增加，這說(shuō)明注酸速度對(duì)流度系數(shù)有很大的影響，大排量注酸速度有助于增加酸蝕半徑及酸蝕區(qū)的滲透率，提高酸化施工效果。因此CFD11?2油田酸化施工時(shí)，需要在施工壓力不超過(guò)地層破裂壓力的前提下，盡量提高注酸速度。

圖7　曹妃甸11?2油田館陶組在不同表皮系數(shù)下流度系數(shù)與注酸速度的關(guān)系

2.2 解堵半徑優(yōu)化

根據(jù)滲流相關(guān)理論[12?13]，可計(jì)算出滲透率傷害率（傷害后滲透率/原始滲透率）與傷害半徑的關(guān)系，結(jié)果如圖8所示。由圖8可以看出，遠(yuǎn)井區(qū)域滲透率降低對(duì)產(chǎn)能影響較小，酸液對(duì)遠(yuǎn)井區(qū)域滲透率提高幅度不大，因此曹妃甸11?2油田的解堵半徑在1.0~2.0 m即可解除大部分污染。

圖8　曹妃甸11?2油田館陶組不同表皮系數(shù)下滲透率傷害率與傷害半徑的關(guān)系

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

CFD11?2油田A16H2、A25H和A27H三口井生產(chǎn)層位為館陶組1382砂體，投產(chǎn)后均表現(xiàn)出比采液指數(shù)低，生產(chǎn)壓差較大的現(xiàn)場(chǎng)，分析認(rèn)為存在著嚴(yán)重的微粒膨脹運(yùn)移堵塞。2017年4月份對(duì)三口井進(jìn)行了酸化施工（酸液體系見表2），三口井生產(chǎn)條件和施工參數(shù)見表3，施工效果見表4，酸化后三口井平均單井日增液362 m3/d，平均單井日增油16.4 m3/d，解堵增產(chǎn)效果顯著。

表3　三口井生產(chǎn)條件和酸化施工參數(shù)

表4　三口井酸化效果

4 結(jié)論

針對(duì)曹妃甸11?2油田高含水水平井酸化出現(xiàn)增液不增油甚至增液降油的問(wèn)題，開展了酸液體系優(yōu)選和施工參數(shù)優(yōu)化研究，首次提出了高溶蝕的土酸與強(qiáng)緩速的多氫酸相結(jié)合的復(fù)合酸液體系，并對(duì)注酸速度和解堵半徑進(jìn)行了詳細(xì)優(yōu)化。2017年4月該項(xiàng)技術(shù)成果在CFD11?2三口水平井中得到成功應(yīng)用，平均單井日增液362 m3/d，平均單井日增油16.4 m3/d，解堵增產(chǎn)效果顯著，在類似高含水水平井的酸化中有很好的示范意義和推廣價(jià)值。

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(編輯 閆玉玲）

Research and Application of Acidizing Technology on High Water?Cut Horizontal Well of CFD11?2 Oilfield

Zhang Jiwei1,Wang Chunlin2,Rong Xinming2

(；）

Several studies have been done on the acid system and acidizing operation parameters in order to improve acidizing effect on high water?cut horizontal well of CFD11?2 oilfield.The results show that the corrosion capacity to rock of mud acid is higher than fluoroboric acid and muti?hydrogen acid,while the retard capacity to rock of muti?hydrogen acid is superior to mud acid and fluoroboric acid.The results by simulate on acidizing operation parameters show that high injection rate is favorable to improving acidizing effect,and the pollution can be removed effectively when acidizing radius is 1~2 m.Soil acid with strong dissolution ability and polyhydrogen acid with high retardation ability were firstly used in acidizing operation of three wells in Caofeidian 11?2 oilfield.After field operation,the average daily fluid increment of three wells was 362 m3/d,and the average daily oil increment of single well was 16.4 m3/d.The effect of plugging removal and stimulation was remarkable.

Acidizing； Horizontal well； High water content； Muti?hydrogen acid； Mud acid

TE357

A

10.3969/j.issn.1006?396X.2018.06.015

2017?12?12

2018?05?20

“十三五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)中海油天津分公司“渤海油田高效開發(fā)示范工程”項(xiàng)目資助（2016ZX05058）。

張繼偉（1983?），男，工程師，從事海上油田油氣水處理、增產(chǎn)措施技術(shù)以及提高采收率等采油工藝方面的研究；E?mail:zhangjw6@cnooc.com.cn。

1006396X（ 2018）06009506

http://journal.lnpu.edu.cn