張燕利
(中國石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院,河南南陽 473132)
為了防止鉆、完井過程中井壁垮塌或控制溢流,井筒內(nèi)壓力一般都大于地層壓力,這將導(dǎo)致鉆井泥漿侵入儲層,造成泥漿污染。據(jù)文獻報道,近井地帶鉆井泥漿的侵害可使?jié)B透率降到原始滲透率的10%以下,導(dǎo)致新投產(chǎn)井投注效果差,嚴重影響生產(chǎn)效益[1]。
泥質(zhì)砂巖含量高的部分新投產(chǎn)井,在鉆井過程中易受到傷害,造成區(qū)塊欠產(chǎn)欠注嚴重,必須有針對性地開展鉆井泥漿污染酸化解堵配方研究,形成酸化解堵配方,降低儲層傷害,提高開發(fā)效益[2]。
魏崗油田儲層物性較好, 孔隙度為19.0%~27.0%,平均 24.9%;空氣滲透率為0.017~1.036μm2,平均0.479 μm2;平均含油飽和度為67%。原油具有含蠟高、凝固點高、飽和壓力低、黏度中等的特點,含蠟量為32.00%~53.68%,凝固點為42 ~65 ℃,膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量為11%~13%。
魏崗油田儲層在鉆、完井過程中易受泥漿污染,根據(jù)儲層特征及鉆井液類型,分析儲層污染潛在的損害因素有:①鉆井液中的固相易侵入高孔、高滲儲層,且侵入深度大,污染嚴重;②儲層膠結(jié)疏松,當(dāng)外來流體侵入儲層時會引起儲層骨架顆粒的脫落、運移,堵塞孔喉;③儲層黏土礦物主要以蒙脫石、伊蒙混層為主,當(dāng)不配伍的鉆井液進入儲層引起黏土礦物的水化膨脹、脫落,造成儲層空間、油流通道破壞,滲流能力降低。
針對儲層特征及傷害因素,確定酸化措施的對策主要有:①篩選合適的酸液質(zhì)量分數(shù),提高酸化有效作用距離;②優(yōu)選高效的鐵離子穩(wěn)定劑及緩蝕劑,降低氫氧化鐵沉淀對儲層的二次傷害;③優(yōu)選抗酸渣劑,降低酸渣帶來的二次傷害;④篩選優(yōu)質(zhì)的耐高溫緩蝕劑,降低酸液對井筒和管柱的腐蝕;⑤優(yōu)選高效表面活性劑,降低酸液的流動阻力,提高殘酸的返排能力[3]。
2.1.1 酸液對泥漿濾餅的溶蝕實驗
開展酸液對鉆井泥漿濾餅的溶蝕實驗,分析酸液解除鉆井泥漿污染物堵塞的能力。室內(nèi)配制不同質(zhì)量分數(shù)的酸液,進行濾餅溶蝕實驗,計算溶蝕率,通過溶蝕率曲線,找出拐點,確定酸液質(zhì)量分數(shù)。
(1)選取不同質(zhì)量分數(shù)的鹽酸來確定溶蝕率。實驗結(jié)果表明,鹽酸對泥漿濾餅具有一定的溶蝕能力。當(dāng)HCl 質(zhì)量分數(shù)添加至12.0%后,溶蝕率曲線趨于14.0%左右(圖1),因此,確定HCl 質(zhì)量分數(shù)12.0%為溶蝕率拐點。溶蝕率偏低時,需進一步優(yōu)選主體酸液。
圖1 鹽酸質(zhì)量分數(shù)對1#濾餅溶蝕率實驗
(2)選取不同質(zhì)量分數(shù)的HF 酸來優(yōu)選溶蝕率。實驗結(jié)果表明,在HCl 質(zhì)量分數(shù)為12.0%的酸液中,添加不同質(zhì)量分數(shù)的HF 后,酸液對泥漿濾餅具有更強的溶蝕能力。當(dāng)HF 質(zhì)量分數(shù)添加至1.5%時,溶蝕率趨于40.00%左右(圖2)。初步確定主體酸配方為12.0%HCl+1.5%HF。
圖2 主體酸對1#濾餅溶蝕率實驗結(jié)果
2.1.2 巖屑溶蝕實驗篩選氟硼酸酸液體系(HBF4)
魏崗油田儲層泥質(zhì)含量高且膠結(jié)疏松,常規(guī)酸液體系易破壞巖石骨架,造成黏土微粒運移。在生產(chǎn)過程中,泥質(zhì)細粉砂運移到近井地帶沉積造成堵塞,產(chǎn)生速敏問題,導(dǎo)致地層滲透率下降。室內(nèi)開展的酸液配方經(jīng)魏崗油田巖心流動實驗證實,初選的主體酸液對儲層改造能力很弱,從巖心端面對比看(圖3),酸液對巖石骨架存在破壞,導(dǎo)致微粒運移[4-6]。因此,要求酸液不僅能有效解除泥漿污染,還應(yīng)具有穩(wěn)砂功能,需進一步開展室內(nèi)穩(wěn)砂研究。
圖3 酸化前(左)、后(右)巖心進液端部照片
HBF4能溶解黏土礦物中的鋁離子,降低黏土礦物的陽離子交換能力,使黏土鈍化,減少黏土礦物的膨脹,防止因黏土膨脹對地層造成的傷害。HBF4還可與地層礦物發(fā)生二次反應(yīng),也就是次生的氟硅酸進一步與鋁硅酸鹽反應(yīng),并在黏土表面形成硅凝膠。硅凝膠可使黏土微粒產(chǎn)生化學(xué)凝聚作用,凝聚后的微粒在原地膠結(jié),可使處理后因流量加大而引起的微粒運移受到限制,起到了穩(wěn)定黏土礦物的作用[7-8]。
在酸液體系中加入HBF4,可以解除地層堵塞,起到穩(wěn)砂作用。開展酸液對巖屑的溶蝕實驗,在土酸體系中加入不同質(zhì)量分數(shù)的HBF4,根據(jù)溶蝕率曲線找出拐點,確定最佳質(zhì)量分數(shù)。從圖4 可知,在土酸體系中加入不同質(zhì)量分數(shù)的HBF4,質(zhì)量分數(shù)大于4.0%時,溶蝕率基本維持在33.2 左右,優(yōu)選出的質(zhì)量分數(shù)為4.0%。
圖4 不同質(zhì)量分數(shù)的HBF4 對巖屑的溶蝕率
針對儲層泥質(zhì)含量高且膠結(jié)能力弱,外來流體進入儲層,可能造成微粒運移,導(dǎo)致深部污染堵塞的問題,需要篩選緩速酸配方,通過減緩酸鹽反應(yīng)速度,達到深部酸化解堵的目的。
從圖5 可以看出,4 種不同質(zhì)量分數(shù)的酸液分別開展酸鹽反應(yīng)實驗,通過繪制不同反應(yīng)時間的溶蝕率曲線,發(fā)現(xiàn)當(dāng)HAc 質(zhì)量分數(shù)大于2.0%時,酸液對巖屑的溶蝕具有緩速性,反應(yīng)時間基本趨于2.5 h,因此,選定HAc 質(zhì)量分數(shù)為2.0%。最終優(yōu)選的主體酸液為12.0%HCl+1.5%HF+4.0%HBF4+2.0%HAc。
圖5 緩速酸對1#巖屑溶蝕率實驗
2.3.1 抗酸渣劑
優(yōu)質(zhì)抗酸渣劑可以減少酸液與原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)反應(yīng)帶來的二次傷害。為了確定合理的抗酸渣劑添加質(zhì)量分數(shù),開展不同條件下酸渣含量測定實驗。實驗結(jié)果表明,抗酸渣劑質(zhì)量分數(shù)越高,酸液與原油反應(yīng)殘渣越少(圖6),建議采用抗酸渣劑的質(zhì)量分數(shù)為2%。
圖6 烘干后的酸渣
2.3.2 黏土穩(wěn)定劑
根據(jù)防膨率測試(SY/T-94 行業(yè)標準)方法,在酸液中加入黏土穩(wěn)定劑,可防止未溶解黏土礦物膨脹、分散和運移,有利于提高酸化效果。根據(jù)黏土穩(wěn)定劑防膨?qū)嶒灒c酸液分散配伍實驗,確定出防膨效果好且與酸液分散配伍性好的黏土穩(wěn)定劑。實驗結(jié)果推薦使用黏土穩(wěn)定劑質(zhì)量分數(shù)為2.0%。
為了考察配方酸液對魏崗儲層巖屑的改造能力,開展了配方酸液在儲層條件下對巖屑的溶蝕實驗。取2#巖心,以儲層溫度60 ℃進行配方酸液對巖屑的溶蝕實驗,反應(yīng)3 h,實驗結(jié)果見表1。從表中可以看出,配方酸液對巖屑的平均溶蝕率為33.6%,有較強的溶蝕能力,能滿足現(xiàn)場需求。
表1 2#巖心巖屑溶蝕率實驗結(jié)果
取3#巖心開展配方酸液對巖心的流動實驗,考察配方酸液對被污染巖心的滲透率恢復(fù)能力。實驗方法:①正向驅(qū)替煤油,測基礎(chǔ)滲透率(k0);②反向驅(qū)替鉆井液,測巖心傷害后滲透率(k1);③反向驅(qū)替酸液,停泵反應(yīng)2 h;④正向驅(qū)替煤油,測基礎(chǔ)滲透率(k2)。實驗結(jié)果見圖7。
從圖7 可以看出,巖心注入鉆井液后,滲透率下降,經(jīng)綜合酸液酸化解堵后,巖心滲透率恢復(fù),經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn),巖心端部無出砂現(xiàn)象,表明該酸液在解除泥漿污染堵塞的同時穩(wěn)砂性能較好,沒有出砂現(xiàn)象。
(1)采用常規(guī)酸液酸化泥質(zhì)含量高的砂巖儲層時,酸液對儲層會過快或過度溶蝕,易使疏松砂巖骨架破壞導(dǎo)致微粒運移,引起儲層傷害。
(2)HBF4酸液體系在酸化過程中對鉆井泥漿有較好的溶蝕能力,且具有較好的穩(wěn)砂性能,能有效降低酸液對儲層的過度溶蝕,防止骨架破壞和微粒運移。
圖7 3#巖心流動實驗