海上油田注水井緩速酸深部酸化解堵增注技術(shù)研究

靳國興 夏宏南

摘 ?????要：針對海上油田注水井使用鹽酸、土酸酸化解堵措施時有效期短，容易對儲層造成二次傷害等問題，通過對目標(biāo)油田注水儲層傷害因素進(jìn)行分析，結(jié)合大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研制出一種適合海上油田注水井深部酸化解堵增注的新型復(fù)合緩速酸液體系，并對緩速酸體系的綜合性能進(jìn)行了評價。結(jié)果表明，相比較于5.0%鹽酸溶液而言，該緩速酸體系具有更好的防腐蝕性能、防膨性能以及緩速效果。天然巖心酸化流動實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合緩速酸體系對目標(biāo)油田儲層天然巖心的滲透率改善率能夠達(dá)到50%左右，是普通鹽酸的2倍多，并且其有效期明顯延長。

關(guān) ?鍵 ?詞：海上油田;注水井;深部酸化;解堵增注

中圖分類號：TQ 423.3 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）02-0323-04

Abstract： In view of the short validity period of hydrochloric acid and mud acid acidification for water injection wells in offshore oil fields， as well as the secondary damage to the reservoir in the acidification， based on the analysis of waterflooding reservoir damage factors， combined with a large number of experiments， a new type of composite retarded acid system was developed for acidizing plugging removal of deep water injection wells in offshore oilfields， and the comprehensive performance of retarded acid system was evaluated. The results showed that compared with 5% hydrochloric acid solution， the retarded acid system had better corrosion resistance， anti swelling property and slow speed effect. The experimental results of natural core acidification and flow showed that the permeability improvement rate of compound retarded acid system to natural core of target oil field reached 50%， which was more than 2 times that of ordinary hydrochloric acid， and its effective period was obviously prolonged.

Key words： Offshore oil field; Water injection well; Deep acidification; Plugging removal and increasing injection

注水開發(fā)是目前大多數(shù)油田普遍采用的主要開發(fā)方式，隨著注水時間的延長、注入水與儲層不配伍、注入水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)以及儲層自身原因等會造成注水井的地層堵塞，致使其注入壓力升高，注水量下降，從而影響到油田正常的生產(chǎn)[1-5]。酸化解堵是實(shí)現(xiàn)注水井增注的一種常用措施，其中土酸和鹽酸是最常用的酸液體系，但在實(shí)際酸化施工過程中，這兩種酸液與地層巖石的反應(yīng)速率過快，只能解除近井地帶的堵塞，導(dǎo)致酸化有效期短，使進(jìn)入地層深處的堵塞物得不到有效解除，治標(biāo)不治本[6-9]。因此，為實(shí)現(xiàn)注水井深部酸化解堵增注，有必要研究新型緩速酸技術(shù)來改善酸化施工措施的效果[10-12]。

海上M油田注水層位平均孔隙度為21.6%，平均滲透率為49.2 mD，屬于中低孔-中低滲儲層。前期經(jīng)過較長時間的注水開發(fā)后，目前注水壓力較高，注水量達(dá)不到配注要求。采用常規(guī)鹽酸、土酸酸化措施后，能夠降低注水壓力，增大注水量，但有效期較短，容易對儲層造成二次傷害。針對以上情況，通過對注水儲層傷害因素進(jìn)行分析，結(jié)合大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研制出一種適合海上油田注水井深部酸化解堵增注的新型復(fù)合緩速酸液體系，并對酸液體系的綜合性能進(jìn)行了評價，為此類油田注水井解堵增注現(xiàn)場應(yīng)用提供了一定的技術(shù)支持。

1 ?儲層傷害因素分析

（1）儲層敏感性損害。M油田儲層段粘土礦物含量較高，以伊蒙混層為主，其次為伊利石、高嶺石和綠泥石。在注水過程中，如果注入水礦化度過低，容易引起儲層粘土礦物膨脹、分散運(yùn)移，從而對儲層造成損害。

（2）注入水水質(zhì)不合格造成的損害。M油田長期采用油田產(chǎn)出污水進(jìn)行回注作業(yè)，生產(chǎn)污水中含有較多的機(jī)械雜質(zhì)、懸浮物、結(jié)垢離子等潛在損害因子，在長期的注水作業(yè)過程中，這些因素造成的損害不斷累積，導(dǎo)致儲層傷害程度不斷加大。

（3）降壓增注措施施工帶來的二次傷害。目標(biāo)油田在經(jīng)過長期注水開發(fā)后，注水壓力升高較快，注水量下降明顯，前期使用鹽酸和土酸酸化措施進(jìn)行降壓增注，但有效期較短。并且由于儲層中含有酸敏性礦物，導(dǎo)致酸化措施產(chǎn)生一定的酸敏性損害，對儲層造成二次傷害。

2 ?酸液體系設(shè)計

2.1 ?主體酸液的確定

針對以上儲層傷害因素分析結(jié)果，并結(jié)合以往酸化措施的效果，室內(nèi)通過大量實(shí)驗(yàn)評價，優(yōu)選出了適合目標(biāo)油田儲層深部酸化解堵增注需要的主體酸液類型，配方為5.0%復(fù)合有機(jī)膦酸+3.0%氟硼酸+1.0%氨基磺酸。該主體酸液具有優(yōu)良的緩速性能。

酸化解堵增注措施的成功實(shí)施不僅僅取決于主體酸液，還需要不同類型的酸液添加劑，下面將針對目標(biāo)油田儲層特點(diǎn)，開展不同酸液添加劑的優(yōu)選工作。

2.2 ?緩蝕劑的優(yōu)選

性能優(yōu)良的酸化解堵液體系不僅需要具有較好的溶解地層堵塞物的能力，還要保證酸化施工過程中井下設(shè)備及管柱的安全，這就需要酸液體系具有良好的緩蝕效果。在酸液體系中加入緩蝕劑是一種常用的方法。參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T5405-1996《酸化緩蝕劑評價指標(biāo)和試驗(yàn)方法》，采用掛片失重法優(yōu)選評價了不同緩蝕劑的緩蝕效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1結(jié)果可知，在實(shí)驗(yàn)條件為90 ℃×72 h時，加入2.0% CJ-2時的腐蝕速率為0.57 g/（m2·h），滿足低滲儲層酸化腐蝕速率標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，選擇CJ-2作為緩速酸液體系的緩蝕劑。

2.3 ?防膨劑的優(yōu)選

在酸化施工過程中，酸液體系與地層巖石相接觸時，有引起儲層粘土礦物水化膨脹的風(fēng)險，所以需要在酸液體系中加入一定量的防膨劑來抑制粘土水化膨脹，防止水敏現(xiàn)象的發(fā)生。室內(nèi)使用NP系列智能頁巖膨脹儀測定目標(biāo)油田儲層鉆屑在不同防膨劑溶液中的膨脹高度，來優(yōu)選合適的防膨劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，加入防膨劑后，鉆屑的膨脹高度均出現(xiàn)不同程度的下降現(xiàn)象，說明防膨劑均起到了一定的防膨效果，其中防膨劑FPJ-1的防膨效率最高，達(dá)到了86.9%。因此，選擇FPJ-1作為緩速酸液體系的防膨劑。

2.4 ?鐵離子穩(wěn)定劑的優(yōu)選

在酸化過程中，當(dāng)殘酸濃度降低，pH值大于2時，酸液容易與地層中的三價鐵離子反應(yīng)生成氫氧化鐵凝膠，對地層產(chǎn)生損害，從而使酸化效果大打折扣。因此需要在酸液體系中加入一定量的鐵離子穩(wěn)定劑來防止三價鐵離子沉淀造成地層堵塞的現(xiàn)象。室內(nèi)參照SY/T6571-2012《酸化用鐵離子穩(wěn)定劑性能評價方法》來優(yōu)選合適的鐵離子穩(wěn)定劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，三種鐵離子穩(wěn)定劑中HFT-6的效果最好，無論是在25 ℃或者是在120 ℃條件下，穩(wěn)定鐵離子能力均大于100 mg/mL，能夠滿足現(xiàn)場施工要求，因此選擇HFT-6作為緩速酸液體系的鐵離子穩(wěn)定劑。

2.5 ?復(fù)合緩速酸液體系配方的確定

經(jīng)過以上大量實(shí)驗(yàn)研究，優(yōu)選出了合適的酸液添加劑，配合主體酸液，研究出一套適合海上油田注水井深部酸化解堵增注的復(fù)合緩速酸液體系，其配方為：5.0%復(fù)合有機(jī)膦酸+3.0%氟硼酸+1.0%氨基磺酸+2.0%緩蝕劑CJ-2+1.0%防膨劑FPJ-1+1.0%鐵離子穩(wěn)定劑HFT-6。

3 ?復(fù)合緩速酸液體系性能評價

3.1 ?緩速效果評價

①使用精密酸度計分別測定復(fù)合緩速酸液和5.0%鹽酸溶液的pH值;②稱取5 g天然巖心粉末分別加入到50 mL上述酸液中，搖勻;③每隔2 h使用精密酸度計分別測量兩種酸液的pH值變化情況，持續(xù)記錄30 h;④分別計算酸巖反應(yīng)過程中pH值對應(yīng)的氫離子濃度，評價復(fù)合緩速酸液體系的緩速效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

由圖1結(jié)果可知，與5.0%鹽酸溶液相比，復(fù)合緩速酸液體系的氫離子濃度下降速度明顯放緩，反應(yīng)30 h后，復(fù)合緩速酸液體系中的氫離子濃度還能達(dá)到0.752 mol/L，而鹽酸溶液的氫離子濃度已經(jīng)降低至0.357 mol/L。說明復(fù)合緩速酸液體系與天然巖心粉末的反應(yīng)速度較小，起到了良好的緩速效果。

3.2 ?防腐蝕性能和防膨性能

室內(nèi)對優(yōu)選出的復(fù)合緩速酸液體系進(jìn)行了防膨性能和腐蝕性能評價，并和5.0%鹽酸的腐蝕性和防膨性能進(jìn)行對比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，復(fù)合緩速酸體系的腐蝕速率明顯小于5.0%鹽酸，而防膨率則明顯大于5.0%鹽酸，這表明優(yōu)選的復(fù)合緩速酸體系能夠較好的延緩井下設(shè)備及管柱的腐蝕速率，并能較好的抑制粘土礦物的水化膨脹，確保施工過程順利。

3.3 ?天然巖心酸化流動實(shí)驗(yàn)效果

將目標(biāo)油田儲層天然巖心進(jìn)行洗油烘干，并使用模擬地層水測定初始滲透率;以0.2 mL/min的流速注入配制好的酸液體系（5.0%鹽酸和復(fù)合緩速酸），注入量均為2.0 PV;反應(yīng)不同時間后，繼續(xù)使用模擬地層水測定酸化后巖心的滲透率變化情況，并計算滲透率改善率。評價酸液對天然巖心的酸化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2結(jié)果可知，隨著反應(yīng)時間的增加，兩種酸液體系對天然巖心的基質(zhì)滲透率改善率均逐漸增大。但5.0%鹽酸的反應(yīng)速度較快，當(dāng)反應(yīng)時間大于8 h后，巖心的滲透率基本不再變化。而復(fù)合緩速酸則在反應(yīng)30 h后仍然能夠使巖心滲透率有所增大，并且最終滲透率改善率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5.0%鹽酸。說明優(yōu)選的復(fù)合緩速酸液體系具有良好的緩速效果，適合應(yīng)用于海上油田注水井的酸化施工，能夠達(dá)到深部酸化解堵增注的目的。

4 ?結(jié) 論

（1）在對目標(biāo)油田儲層傷害因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出了合適的主體酸類型、緩蝕劑、防膨劑和鐵離子穩(wěn)定劑，形成了一種適合海上油田注水井深部酸化解堵增注的復(fù)合緩速酸液體系。

（2）復(fù)合緩速酸液體系的具體配方為：5.0%復(fù)合有機(jī)膦酸+3.0%氟硼酸+1.0%氨基磺酸+2.0%緩蝕劑CJ-2+1.0%防膨劑FPJ-1+1.0%鐵離子穩(wěn)定劑HFT-6。

（3）對復(fù)合緩速酸體系的綜合性能進(jìn)行了評價，結(jié)果表明，相比較于5.0%鹽酸溶液而言，復(fù)合緩速酸液體系具有更好的防腐蝕性能、防膨性能以及緩速效果，并且能夠大幅度提高目標(biāo)油田天然巖心的基質(zhì)滲透率，說明優(yōu)選的復(fù)合緩速酸液體系能夠有效的改造目標(biāo)油田儲層，起到深部酸化解堵增注的效果。

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