杜84塊蒸汽輔助重力泄油井低物性段酸液體系優(yōu)選及酸化增滲實(shí)驗(yàn)研究

曹廣勝，劉藝佳，白玉杰，潘 錦，李世寧

(1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大慶 163318；2.遼河油田有限責(zé)任公司特殊油氣田開(kāi)發(fā)公司，盤錦 124000)

超稠油采取蒸汽吞吐方式開(kāi)發(fā)，暴露的主要問(wèn)題是周期生產(chǎn)時(shí)間短、周期產(chǎn)油量低、油汽比低、采收率低，預(yù)計(jì)采收率25%～28%。杜84區(qū)塊館陶油層2005 年開(kāi)始蒸汽輔助重力泄油(steam assisted gravity drainage，SAGD)先導(dǎo)試驗(yàn)，取得了較好的開(kāi)發(fā)效果，但進(jìn)入工業(yè)化開(kāi)發(fā)以來(lái)，部分井組與先導(dǎo)試驗(yàn)開(kāi)發(fā)效果存在較大差距，同時(shí)存在蒸汽腔縱向擴(kuò)展速度慢、注汽汽竄水平井、井組注采關(guān)系見(jiàn)效不明顯等矛盾，分析原因主要是地質(zhì)體發(fā)育差異影響，即低物性段影響蒸汽腔縱向擴(kuò)展，前期措施對(duì)部分井開(kāi)發(fā)效果無(wú)法改善[1]。為解決低物性段區(qū)域?qū)φ羝豢v向擴(kuò)展的影響，鄢旭[2]針對(duì)遼河油田的現(xiàn)場(chǎng)研究認(rèn)為采用重力泄油與蒸汽驅(qū)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)方式能夠降低低物性隔夾層對(duì)SAGD開(kāi)發(fā)效果的影響。尹志成等[3]對(duì)于受低物性段影響的油層提出射孔改造和氮?dú)廨o助SAGD開(kāi)發(fā)，前者有效抑制低物性段對(duì)蒸汽腔的影響，后者促進(jìn)了蒸汽腔橫向擴(kuò)展，提高了熱利用率。

由于低物性段厚度大，滲透率低，蒸汽腔難突破，為提高超稠油開(kāi)發(fā)水平，進(jìn)一步提高采收率，可采用酸化壓裂改造低物性段[4]。王貫中等[5]認(rèn)為針對(duì)不同地層進(jìn)行酸化會(huì)出現(xiàn)不同程度的沉淀現(xiàn)象，而低物性段油層孔喉細(xì)小，易產(chǎn)生水鎖和賈敏現(xiàn)象，要解決水鎖和賈敏傷害問(wèn)題，要求適宜的酸化作用時(shí)間及效果。因此，通過(guò)開(kāi)展低物性段改造酸化的酸液配方體系及用量的研究，模擬酸化增滲的實(shí)際作用效果，對(duì)優(yōu)化酸化壓裂工藝參數(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 杜84塊SAGD基本情況

遼河油田曙一區(qū)杜84塊超稠油探明含油面積23.6 km2，探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量1.830 8億噸。1997年投入開(kāi)發(fā)建設(shè)，主要依靠蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)，到2006年12月已建成了275萬(wàn)噸級(jí)的原油生產(chǎn)規(guī)模。

1.1 館陶油層原油物性

20 ℃原油密度平均為1.007 g/cm3；50 ℃原油黏度是23.191×104mPa·s；膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量高，膠質(zhì)+瀝青質(zhì)為52.9%；凝固點(diǎn)高，為27 ℃；含蠟量為2.44%。按稠油分類標(biāo)準(zhǔn)，屬超稠油油藏。

總體來(lái)講研究區(qū)內(nèi)原油黏度較高，屬于超稠油油藏，該類型原油在殘酸的作用下極易與儲(chǔ)層黏土混合形成酸渣，從而堵塞地層[6]。因此若要采取酸壓，則需要在酸液體系中加入一定量的酸渣抑制劑以殘酸順利返排。

1.2 低物性段巖石礦物特征分析

杜84區(qū)塊蒸汽輔助重力驅(qū)油井低物性段地層礦物分布如圖1所示。

圖1 低物性段地層礦物分布

可以看出研究區(qū)低物性段地層礦物主要以菱鐵礦為主(44%)，說(shuō)明若氟硼酸或氫氟酸的酸化效果較好，但酸液含量不宜過(guò)高，過(guò)度酸化有可能導(dǎo)致地層坍塌；儲(chǔ)層存在潛在的酸敏特征，有必要開(kāi)展儲(chǔ)層敏感特征的實(shí)驗(yàn)研究[7]；考慮到儲(chǔ)層中斜長(zhǎng)石含量為16.7%，容易形成鈣離子沉淀，可考慮在酸液體系中加入1%～2%的鈣離子抑制劑；同時(shí)目標(biāo)地層黏土含量為7.4%，在酸液體系中可加入少量的黏土穩(wěn)定劑。

1.3 儲(chǔ)層敏感特征

該地層的速敏性、鹽敏性及酸敏性評(píng)價(jià)結(jié)果表明：該地層表現(xiàn)為弱速敏性，滲透率損害值分別為20.85%和13.42%；鹽敏指數(shù)分別為29.08%和20.57%，為弱鹽敏性；酸敏指數(shù)分別為55.5%、54.41%、57.12%、56.31%，該地層表現(xiàn)為強(qiáng)酸敏。說(shuō)明對(duì)于酸液體系的優(yōu)選應(yīng)盡量避免使用鹽酸等容易造成酸敏的酸類，可適當(dāng)?shù)丶尤攵嗑哿姿岷鸵宜岬炔蝗菀自斐伤崦舻乃嵋后w系[8-9]。

2 酸液體系配方的確定

通過(guò)查閱文獻(xiàn)分析，影響酸化效果有以下幾點(diǎn)原因：①原油與有機(jī)土酸接觸會(huì)析出以瀝青質(zhì)和膠質(zhì)為主要成分的沉淀，堵塞地層，導(dǎo)致酸化施工失敗；②較低的pH和較大的HCl、HF配比，增加了CaF2沉淀的生成；③酸化后直接注水，近井地帶黏土礦物仍存在膨脹和分散運(yùn)移問(wèn)題[10]。為解決常規(guī)酸化液易形成酸化於渣的問(wèn)題，對(duì)酸液體系配方進(jìn)行優(yōu)化，在酸液體系中加入適量濃度的硝酸，使注入酸液具有強(qiáng)氧化性和強(qiáng)酸性，高強(qiáng)度溶蝕低物性段局部堵塞物，同時(shí)對(duì)稠油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)具有降解作用。

2.1 主體酸液的優(yōu)選

通過(guò)巖心粉末溶蝕實(shí)驗(yàn)來(lái)觀察各種酸液對(duì)巖心的溶蝕效果。使用不同溶液浸泡巖心切片，在45 ℃條件下浸泡24 h后，對(duì)比浸泡前后巖心切片微觀變化，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，酸液配方為鹽酸+氫氟酸，但為避免上述情況發(fā)生，考慮向體系中加入2%硝酸。酸液篩選如表1所示。

表1 篩選酸液種類

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取出巖心，在顯微鏡下觀察巖心切片在不同酸液體系的溶蝕情況，如圖2所示。

圖2 偏心顯微鏡下的巖心

可以看到，圖2(d)和圖2(e)所示兩種酸液溶蝕量最大，切片邊緣溶蝕嚴(yán)重，砂粒脫落較多，其他酸液有一部分脫落但不明顯。由顯微鏡觀察可知，鹽酸、多聚磷酸對(duì)該地層巖心溶蝕效果較差，而氫氟酸和氟硼酸雖然對(duì)該地層巖心溶蝕效果較好，尤其是氟硼酸，但是溶蝕后孔隙又被細(xì)小顆粒堵住，如果能處理好顆粒運(yùn)移的問(wèn)題，就能起到很好的增滲效果。

針對(duì)巖心溶蝕實(shí)驗(yàn)(圖3)篩選，可得出氟硼酸對(duì)此地層溶蝕效果較好，而鹽酸在酸液體系篩選中起到一定的作用。經(jīng)過(guò)對(duì)溶蝕殘樣過(guò)濾(圖4)進(jìn)行反復(fù)操作，得出最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 巖心溶蝕實(shí)驗(yàn)

圖3 巖心溶蝕實(shí)驗(yàn)

圖4 殘樣過(guò)濾

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出：第4號(hào)溶蝕率最高可達(dá)27.14%，溶蝕效果最好，則可得出主體酸液配方為4%鹽酸+2%多聚磷酸+5%氟硼酸+2%硝酸體系。

政府治理制度改革應(yīng)轉(zhuǎn)變政府職能[5]，把精力放在管方向、管政策、管引導(dǎo)、管規(guī)劃、管評(píng)價(jià)以及加大對(duì)醫(yī)療行為、醫(yī)療費(fèi)用監(jiān)管等方面，將微觀管理或運(yùn)行權(quán)力下放給醫(yī)院本身，既充分調(diào)動(dòng)醫(yī)院管理者積極性，發(fā)揮管理自主權(quán)，又維護(hù)醫(yī)院所有者的利益和資產(chǎn)收益，滿足社會(huì)公眾的利益和公益性要求。

2.2 溶蝕時(shí)間優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)方案：①配制酸液，將巖心粉碎并過(guò)篩(20目)；②用電光分析天平稱取巖心粉末5 g，準(zhǔn)確到0.001 g；③用塑料量筒配取50 mL不同質(zhì)量濃度的酸液，倒入塑料燒杯中；④將樣品倒入酸液中，記錄時(shí)間并用塑料棒攪拌至樣品全部潤(rùn)濕，靜置；⑤將配好的酸液和樣品的混合物放入溫度為45 ℃的烘箱中；⑥取濾紙放入烘箱，在100 ℃條件下烘干4 h，稱量濾紙質(zhì)量為m1；⑦反應(yīng)8、12、16、24 h后，取出燒杯過(guò)濾，用蒸餾水沖洗直至濾液為中性；⑧將殘樣連同濾紙放入干燥箱中，在45 ℃左右干燥至恒重；⑨稱重殘樣和濾紙總質(zhì)量m2，并計(jì)算溶蝕率，記入表3中。

表3 溶蝕率與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系

由數(shù)據(jù)可看出溶蝕率隨反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)而增加，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為24 h，溶蝕率可達(dá)28.82%，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)24 h后，溶蝕率基本不變，這就說(shuō)明巖心與酸液在一段時(shí)間內(nèi)已經(jīng)完全反應(yīng)，可得出最佳反應(yīng)時(shí)間為24 h。

2.3 酸液體系配方及性能

考慮到需要投入現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，所以有必要加入一些添加劑，經(jīng)過(guò)藥劑間配伍穩(wěn)定性評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)配伍性良好，同時(shí)未有沉淀生成；經(jīng)過(guò)溶蝕性能評(píng)價(jià)，酸液體系對(duì)巖心溶蝕率的影響比主體酸液小，最高才達(dá)到37.58%，效果較好；經(jīng)過(guò)緩蝕性能評(píng)價(jià)，酸液體系對(duì)掛片緩蝕率的影響較大，最高可達(dá)74.31%；經(jīng)過(guò)黏土穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，酸液體系對(duì)黏土膨脹的影響很明顯，最高可達(dá)85.41%，符合工業(yè)要求。最終得出酸液體系配方為4%鹽酸+5%氟硼酸+2%硝酸+2%多聚磷酸+2%乙醇+1%黏土穩(wěn)定劑+1.5%蘭826緩蝕劑+1%鈣離子穩(wěn)定劑(三聚磷酸鈉∶氨基三亞甲基膦酸=1∶3)+1.5%乙二醇丁醚。

3 酸化增滲室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)

由于尚未確定低物性段具體位置，同時(shí)地層溫度高達(dá)200 ℃以上，采用從下至上注酸通過(guò)酸蒸汽實(shí)現(xiàn)(目標(biāo)層位在注酸液上部)酸化室內(nèi)評(píng)價(jià)。

3.1 實(shí)驗(yàn)用品及裝置

3.1.1 水測(cè)滲透率實(shí)驗(yàn)用品

盛液瓶、恒速泵、中間容器、過(guò)濾器、六通閥、巖心夾持器、調(diào)節(jié)閥、壓力計(jì)、量筒、手動(dòng)加壓泵。

聚四氟中間容器、耐高溫巖心夾持器、恒溫箱、圓形木塊、聚四氟乙烯薄膜、耐高溫?zé)崛勰z、保鮮膜、酒精燈等。酸蒸汽酸化實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖5。

所做實(shí)驗(yàn)均在恒溫箱中進(jìn)行，水測(cè)滲透率時(shí)控制溫度在45 ℃。為驗(yàn)證酸蒸汽對(duì)巖心溶孔的腐蝕及穿透情況，特別制作如圖5實(shí)驗(yàn)裝置，保證酸蒸汽只可通過(guò)巖心內(nèi)部向上浮動(dòng)。

圖5 酸蒸汽酸化實(shí)驗(yàn)裝置

3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

①將巖樣抽真空飽和實(shí)驗(yàn)鹽水。單相速敏性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)用的鹽水采用(模擬)地層水或標(biāo)準(zhǔn)鹽水，連接好儀器。將驅(qū)替泵的流量調(diào)節(jié)至0.1 mL/min，監(jiān)測(cè)其壓力隨時(shí)間的變化，水測(cè)滲透率；②將一塊木板用打磨機(jī)磨成適合中間容器大小的圓狀，在中間位置鉆出一個(gè)正好可以塞進(jìn)巖心的洞；③將巖心裹上一層熱熔膠后套上聚四氟乙烯薄膜，用酒精燈烤至薄膜完全貼合在巖心上；④將配制好的酸液倒入中間容器內(nèi)；⑤繼續(xù)將保鮮膜纏至巖心、木板四周，并用熱熔膠固定在聚四氟中間容器中，確保完全密封；⑥將中間容器放入恒溫箱保持45 ℃烘干，靜置12 h，待熱熔膠固定的木塊和巖心完全固定在中間容器內(nèi)；⑦將恒溫箱升高至指定溫度，靜置一段時(shí)間，觀察其壓力示數(shù)變化；⑧運(yùn)用酸蒸汽措施后的巖心再進(jìn)行水測(cè)滲透率，與酸化前進(jìn)行比較。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

酸化前后巖心的對(duì)比如圖6所示。如圖7所示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中隨著累積注入時(shí)間的增加，壓力呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)，并達(dá)到某一穩(wěn)定值，而后基本不變。從這個(gè)現(xiàn)象可以看出：隨著溫度升高，酸蒸汽逐漸形成，只能通過(guò)巖心柱的下方端面進(jìn)入，實(shí)現(xiàn)憋壓的效果，同時(shí)酸蒸汽有效溶蝕了巖心中的孔洞，使酸蒸汽順利通過(guò)，從而提高了采收率。

圖6 酸化前后巖心宏觀對(duì)比

圖7 酸蒸汽實(shí)驗(yàn)壓力變化趨勢(shì)

再次進(jìn)行水測(cè)滲透率實(shí)驗(yàn)，觀察通過(guò)酸蒸汽實(shí)驗(yàn)前后的滲透率變化情況。結(jié)果見(jiàn)表4和圖8。

由此可以看出：對(duì)酸化液的適應(yīng)性評(píng)價(jià)效果良好，酸化后的滲透率最高達(dá)到32.94×10-3μm2，利用酸蒸汽巖心驅(qū)替評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，增滲范圍為72.84%～95.16%，充分驗(yàn)證了酸化液配方對(duì)于天然巖心有很好的酸化、增滲效果，滿足施工要求。

表4 不同巖心酸化增滲效果

圖8 酸化前后滲透率對(duì)比

3.4 comsol軟件模擬

由comsol軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)格劃分，其中模型選擇了稀物質(zhì)傳遞和兩相達(dá)西定律，模擬出酸液進(jìn)入地層流量變化及分布如圖9所示。

圖9 流量分布圖

從模擬結(jié)果可以看出：酸液由于高溫及高壓的作用，產(chǎn)生酸蒸汽并向上擴(kuò)散，剛進(jìn)入巖心底部時(shí)流量超過(guò)0.2 mL/min，隨著深度的加大，流量變小至0.02 mL/min以下。酸蒸汽的擴(kuò)散速度較快，它不僅能溶蝕上部低物性段區(qū)域，由于酸蒸汽波及系數(shù)較大，蒸汽腔迅速擴(kuò)大[11]，還能對(duì)其他物性較差區(qū)域進(jìn)行酸化改造。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)杜84區(qū)塊SAGD基本情況，分析出館陶油層原油物性和低物性段黏土礦物特征分析，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出適合館陶油層特點(diǎn)的主體酸液體系配方，為提高超稠油開(kāi)發(fā)水平，進(jìn)一步提高采收率提供了技術(shù)保障。

(2)可以得出酸液體系配方為：4%鹽酸+5%氟硼酸+2%硝酸+2%多聚磷酸+2%乙醇+1%黏土穩(wěn)定劑+1.5%蘭826緩蝕劑+1%鈣離子穩(wěn)定劑(三聚磷酸鈉∶氨基三亞甲基膦酸=1∶3)+1.5%乙二醇丁醚。最佳反應(yīng)時(shí)間為24 h。

(3)通過(guò)主體酸液體系與溶蝕時(shí)間的優(yōu)化，優(yōu)選出最佳狀態(tài)進(jìn)行酸化效果巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，增滲范圍為72.84%～95.16%，滿足施工要求，同時(shí)運(yùn)用comsol模擬酸液流動(dòng)狀態(tài)和流量分布，效果顯著，為研究低物性段酸壓用酸液體系優(yōu)化問(wèn)題提供良好保證。