中低滲透稠油油藏清潔酸酸化增注技術(shù)研究

徐毓珠

（中國(guó)石化江漢油田分公司石油工程技術(shù)研究院，湖北武漢 430035）

八面河油田面14 區(qū)沙四6 砂組油層埋藏深度1 230 m，儲(chǔ)層平均孔隙度27.4%，平均滲透率75×10-3μm2，屬于高孔、中低滲透油藏。目前該區(qū)塊注水井開(kāi)井24 口，日注水量844 m3，其中因注水壓力高欠注井6 口，占比25%，日欠注水量180 m3。沙四6 砂組目前日產(chǎn)油量低于0.3 t 的7口井中除注水單向突進(jìn)造成高含水的2 口井外，其余5 口井低產(chǎn)的原因均是受注水影響，對(duì)應(yīng)注水井欠注或無(wú)注水井對(duì)應(yīng)，八面河油田采用了酸化壓裂以及其他解堵措施，均未達(dá)到較好的效果，仍處于欠注狀態(tài)，因此欠注水井的治理對(duì)于沙四6 砂組整體產(chǎn)量的提升意義重大。

1 增注效率低原因分析

1.1 黏土礦物水敏傷害

面14 區(qū)黏土礦物總含量12%～13.5%，其中以伊利石為主，含量8%，伊蒙混層比88%。其次為高嶺石和綠泥石，含量均為2%。敏感性整體表現(xiàn)主要為水敏[1]，蒙脫石、伊利石、高嶺石和伊蒙混層是引發(fā)水化膨脹和分散運(yùn)移的主要礦物。在注水過(guò)程中黏土膨脹運(yùn)移易堵塞地層，引起地層滲透率下降。

1.2 酸化過(guò)程中二次沉淀傷害

八面河儲(chǔ)層酸化使用常規(guī)鹽土酸酸液體系[2]，該酸液體系中含有HF，HF 與儲(chǔ)層礦物反應(yīng)后可產(chǎn)生多種沉淀。HF 與儲(chǔ)層的方解石和白云石發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氟化鈣和氟化鎂沉淀；氫氟酸與石英及黏土礦物發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)氟硅酸，而氟硅酸又與儲(chǔ)層或地層水中的鉀、鈉離子反應(yīng)生成K2SiF6和Na2SiF6白色沉淀。

1.3 油層自身?xiàng)l件差，造成注水井欠注

儲(chǔ)層本身低滲透，油藏壓力傳導(dǎo)慢，容易在水井周圍憋壓形成高壓區(qū)，致使注水壓力不斷提升[3]。近井地帶憋壓形成高壓，使得注水套管各點(diǎn)受力不均，容易發(fā)生套管損壞。因注水壓力高（圖1），目前欠注水井6 口，日欠注水180 m3；水井利用率僅為55.3%。

圖1 歷年水井油壓統(tǒng)計(jì)表

2 清潔緩速酸體系研究

從八面河面14 區(qū)沙四6 砂組儲(chǔ)層特征和前期措施工藝綜合分析，研制的清潔緩速酸體系一方面具有較強(qiáng)的深穿透能力，充分改造地層，有效提高地層滲透率；另一方面能有效抑制二次沉淀，減少儲(chǔ)層二次傷害，從而提升酸化增注效果。

2.1 主體酸酸液體系研究

（1）不同酸液巖心溶蝕試驗(yàn)

主體酸液體系一方面應(yīng)具有較高溶蝕率，另一方面應(yīng)具有一定緩速性能，使得酸液有效作用距離較長(zhǎng)，達(dá)到深部酸化的目的[4]。室內(nèi)分別選用10%～12% HCl+各種添加劑，10% HCl+1%～2% HF+各種添加劑，8%～10% HBF4+各種添加劑和6%～10% HCl+5%～8% JPA+0.5%～1% HF+各種添加劑。按照《SY/T 5886 緩速酸性能評(píng)價(jià)方法》中的巖心溶蝕法，采用面14 沙四6 砂組的巖屑，在地層溫度60 ℃條件下，計(jì)算不同時(shí)間內(nèi)不同酸液對(duì)巖心的溶蝕率，評(píng)價(jià)酸液的溶蝕能力和酸液的緩速性能。

由圖2 可以看出，鹽酸溶蝕率最低，酸化效果最差；濃縮酸初始溶蝕率較低有利于保護(hù)近井地帶巖石骨架，4 h 的總?cè)芪g率與土酸相當(dāng)，有利于遠(yuǎn)井地帶的深部穿透；濃縮酸和氟硼酸都可以在較長(zhǎng)時(shí)間保持溶蝕率增長(zhǎng)，都具備緩速酸化能力，但氟硼酸最高溶蝕率低，酸化溶蝕效果差。濃縮酸具備長(zhǎng)效酸蝕能力的同時(shí)，溶蝕率始終高于氟硼酸，酸化溶蝕效果較好。綜合考慮，采用濃縮酸做為清潔緩速酸的主體酸酸液體系[5]。

圖2 不同時(shí)間各種酸液的巖心溶蝕率

（2）清潔阻垢劑研究

主體酸體系配方中含有氫氟酸，應(yīng)用于砂巖酸化中仍然存在二次沉淀，易造成儲(chǔ)層二次傷害。室內(nèi)以抑制二次沉淀為主要目的，優(yōu)化清潔酸酸液體系，使得清潔酸既能深部酸化的同時(shí)，又能有效防止二次沉淀對(duì)儲(chǔ)層造成的傷害，室內(nèi)研究了清潔阻垢劑B，清潔阻垢劑B 能夠大幅度降低二次沉淀的產(chǎn)生，并對(duì)基本性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

① 清潔阻垢性能評(píng)價(jià)

在室內(nèi)分別配制5%氟化鈣和氟化鎂的沉淀溶液，然后向該溶液中加入一定濃度的清潔阻垢劑B，評(píng)價(jià)清潔阻垢劑B 的阻垢能力。氟化鈣沉淀溶液為乳白色懸濁液（圖3），在加入清潔阻垢劑B后，沉淀快速消失，溶液變成無(wú)色透明狀（圖4）。采用氟化鎂進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)現(xiàn)象類似。鈣鎂離子在不含清潔阻垢劑B 條件下接觸F-，即迅速生成沉淀（圖3、圖5）；在含有清潔阻垢劑B 情況下，鈣鎂離子即使接觸F-，也不生產(chǎn)沉淀（圖4、圖6），在酸液體系中加入清潔阻垢劑B 能有效抑制二次沉淀的產(chǎn)生。

圖3 氟化鈣色沉淀

圖4 加入清潔阻垢劑B 后的效果

圖5 不加B 生產(chǎn)沉淀

圖6 加清潔阻垢劑B 不生產(chǎn)沉淀

② 與主體酸液體系的配伍性評(píng)價(jià)

按照室內(nèi)加藥順序依次加入各種主體酸成分配制成酸液體系，將一定濃度的清潔阻垢劑B 加入到主體酸體系中混合均勻后，在常溫和地層溫度60 ℃條件下靜置24 h 后，觀察有無(wú)分層、沉淀和懸浮現(xiàn)象（表1）。

表1 配伍性確定

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在室溫和地層溫度（60 ℃）的條件下，與酸液中各種添加劑的配伍性良好。

③ 阻垢劑使用濃度優(yōu)化

按照《SY/T 5 886 緩速酸性能評(píng)價(jià)方法》中的巖心溶蝕法和計(jì)算方法，采用面14 區(qū)沙四6 砂組的巖屑，在地層溫度（60 ℃）條件下，分別測(cè)定加入濃度為0、1%、3%、5%清潔阻垢劑B 的清潔酸液體系反應(yīng)時(shí)間2 h 的溶蝕率（表2）。

表2 阻垢劑濃度優(yōu)化

濃縮酸的巖心溶蝕率隨清潔阻垢劑B 濃度的增大而增加，當(dāng)濃度為3%時(shí)，溶蝕率出現(xiàn)拐點(diǎn)。從經(jīng)濟(jì)效益、阻垢性和溶蝕率綜合考慮，確定清潔緩速酸主要成分為：10% HCl+8% JPA+0.5% HF+3% B+各種添加劑。

2.2 清潔緩速酸性能評(píng)價(jià)

（1）配伍性評(píng)價(jià)

① 鮮酸配伍性評(píng)價(jià)

室內(nèi)開(kāi)展了清潔酸酸液體系與各種入井液流體之間配伍性試驗(yàn)，評(píng)價(jià)酸液體系的適用性。將清潔酸液體系與各種入井液流體分別按照體積比1∶1 比例混合后放置24 h，觀察有無(wú)分層、沉淀和懸浮現(xiàn)象（表3）。

清潔緩速酸鮮酸酸液與各種入井液流體配伍性試驗(yàn)結(jié)果表明，在室溫和地層溫度（60 ℃）的條件下，與地層水和各種前置液、后置液的配伍性良好，均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)沉淀和分層的現(xiàn)象。

②殘酸配伍性評(píng)價(jià)

在室溫和地層溫度（60 ℃）溫度下，評(píng)價(jià)清潔濃縮酸殘酸溶液與地層水配伍性，參照《SY/T 5107 水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》，將殘酸和地層水分別按照1∶2、1∶1、和2∶1 比例混合后放置24 h，觀察有無(wú)分層、沉淀和懸浮現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果（表4）表明配伍性良好，無(wú)分層無(wú)沉淀生成。

表4 清潔濃縮酸殘酸與地層水的配伍性實(shí)驗(yàn)表

（2）清潔酸緩速酸液反應(yīng)時(shí)間優(yōu)化

清潔緩速酸酸液體系與地層巖石的反應(yīng)時(shí)間，決定了酸化作用距離長(zhǎng)度和酸化效果，因此室內(nèi)對(duì)清潔緩速酸反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。采用面14 沙四6 砂組的巖屑，模擬地層溫度（60 ℃），計(jì)算確定配方的清潔濃縮酸在不同時(shí)間內(nèi)對(duì)巖心的溶蝕率（表5），評(píng)價(jià)酸液的溶蝕能力和酸液的緩速性能。

清潔濃縮酸巖心酸蝕反應(yīng)2 h 后溶蝕率曲線變緩，建議酸化措施反應(yīng)時(shí)間為2 h；4 h 后溶蝕率仍能增加，說(shuō)明清潔濃縮酸具備較好的緩速酸化能力。

表5 不同時(shí)間清潔濃縮酸的巖心溶蝕率

（3）殘酸表界面張力評(píng)價(jià)

清潔緩速酸酸液體系與地層巖石反應(yīng)后，殘酸表界面張力的大小，決定了酸液體系的返排能力，要求酸液體系具有較低的表界面張力，有利于返排，減少殘酸對(duì)地層造成的傷害。室內(nèi)取反應(yīng)2 h 后殘酸清液，按照《SY/T 5370 表面及界面張力測(cè)定》方法，采用TX 500 界面張力儀和BZY-1 全自動(dòng)表面張力表界面張力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表6）所示，清潔緩速酸酸液體系與其他酸液體系相比,具有較低的表界面張力，有利于殘酸的返排。

表6 清潔緩速酸表界面張力評(píng)價(jià)

（4）腐蝕性能評(píng)價(jià)

酸液腐蝕性能是酸液體系的一個(gè)重要參數(shù)，腐蝕性能的高低直接影響到施工和后續(xù)生產(chǎn)的管柱安全性，室內(nèi)按照《SY/T 5405 酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》評(píng)價(jià)了儲(chǔ)層溫度條件下不同酸液體系的腐蝕性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7，表明清潔緩速酸腐蝕速率低，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（5）清潔濃縮酸巖心傷害性能評(píng)價(jià)

清潔緩速酸對(duì)巖心的傷害性能是該酸液體系的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，傷害率的大小直接揭示清潔阻垢劑B 防止二次沉淀形成的能力。按照《SY/T 5336 巖心分析方法》中對(duì)巖心要求，取面14 區(qū)沙4 段的巖心樣制作符合要求的人工巖心，然后按照《SY/T 5107 水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行酸巖反應(yīng)流動(dòng)試驗(yàn)，分別用清潔濃縮酸和常規(guī)土酸處理，觀察巖心滲透率的變化情況（表8）。

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，擠入土酸和清潔濃縮酸后，巖心滲透率都有一定程度的上升。清潔濃縮酸酸化前巖心的原始水相滲透率為81.0×10-3μm2，對(duì)巖心進(jìn)行清潔濃縮酸酸化處理后，巖心的平均水相滲透率上升到192.7×10-3μm2，滲透率提升了138%，酸液起到了良好的溶蝕效果和降傷害能力，處理后巖心滲透率恢復(fù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于土酸。

表7 清潔緩速酸表界面張力評(píng)價(jià)

表8 土酸和清潔濃縮酸酸體系巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比表

3 防膨增注液體系研究

從面14 區(qū)沙4 段儲(chǔ)層巖性資料中看出黏土礦物含量較高，在對(duì)取心井巖屑粉的水洗過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)巖心泥化現(xiàn)象嚴(yán)重。由于存在易于膨脹的伊/蒙混層黏土礦物、易于運(yùn)移的伊利石等礦物，在酸化增注措施結(jié)束正常注水后，不僅會(huì)堵塞地層孔隙通道，降低儲(chǔ)層滲透率，還可能引起出砂。因此酸化增注后應(yīng)采用長(zhǎng)效防膨工藝處理地層，可以較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持地層的導(dǎo)流能力。室內(nèi)研制防膨增注液配方：1% 長(zhǎng)效防膨劑+2% 表面活性劑+0.5%C。

3.1 長(zhǎng)期防膨效果評(píng)價(jià)

取3 份一級(jí)膨潤(rùn)土各3 g，分別放入比色管中，分別加入清水、2%的KCl、防膨增注液，然后加水50 mL，在常溫下靜置2 h，讀出其膨脹體積，記錄數(shù)據(jù)，然后倒出上部清液，加入等量清水，不同時(shí)間重復(fù)一次，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 防膨增注液長(zhǎng)期防膨效果表

從表9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，防膨增注液長(zhǎng)期防膨效果最好，膨脹率穩(wěn)定在22.73%，優(yōu)于2%的KCl 溶液。

3.2 耐水洗性能評(píng)價(jià)

耐水性能是評(píng)價(jià)防膨劑有效期的一項(xiàng)重要指標(biāo)，室內(nèi)對(duì)KCl 和防膨增注液進(jìn)行了室內(nèi)耐水洗實(shí)驗(yàn)。將離心后玻璃離心管中的上層清液吸出，加蒸餾水至10 ml，充分搖勻后，靜置2 h，裝入具有自動(dòng)平衡功能的TDL-50B 離心機(jī)內(nèi)，在1 500 r/min 下離心15 min，重復(fù)該操作兩次，最后讀出離心管中膨潤(rùn)土的最終體積。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表10）可以看出，防膨增注液耐水洗率高于2%的KCl 溶液，達(dá)到91.22%，耐水性率非常高，說(shuō)明該防膨增注液具有較長(zhǎng)的有效期。

表10 耐水洗實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

3.3 防膨增注液長(zhǎng)效防膨效果

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該液體的有效期和對(duì)巖心傷害性能，室內(nèi)取面14 區(qū)M14-X109 井巖心粉制作的人造巖心，參照SY/T 5971—94《注水用黏土穩(wěn)定劑性能評(píng)價(jià)方法》，測(cè)定該防膨增注液的防膨效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7～圖9 所示。

圖7 注地層水測(cè)人造巖心滲透率

圖8 注防膨增注液

圖9 注200 PV 清水

巖心傷害實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用防膨增注液處理巖心后，繼續(xù)注入200 倍孔隙體積的清水，巖心滲透率無(wú)明顯下降，起到了較好的長(zhǎng)期防膨效果。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

該工藝在現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用7 井次，施工順利，施工成功率100%，措施有效率100%，單井日注水量達(dá)標(biāo)率100%。

M14-X109 井是2013 年投產(chǎn)的一口老井，投產(chǎn)層位為S462，2014 年9 月23 日預(yù)充填，2017年6 月27 日轉(zhuǎn)注。該井日配注30 m3，措施前注不進(jìn)，泵壓16.5 MPa，油壓16 MPa，套壓16 MPa（表11）。該井黏土礦物含量為12%，主要以伊利石和伊蒙混層為主，膠結(jié)物以方解石和白云石為主。

表11 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)表

分析認(rèn)為采用常規(guī)鹽土酸酸化后，殘酸中的F-容易和地層中的Ca2+結(jié)合，形成二次沉淀，降低地層滲透率，對(duì)儲(chǔ)層造成二次傷害；另外黏土礦物以水化膨脹型的伊蒙混層為主，結(jié)束增注正常注水后，伊蒙混層類黏土礦物會(huì)水化、膨脹、遷移，降低儲(chǔ)層的導(dǎo)流能力，造成酸化增注有效期縮短。綜上所述，本井?dāng)M采用具有深部酸化能力，并有防二次沉淀功能的酸液體系進(jìn)行酸化增注，酸化增注后采用長(zhǎng)效防膨工藝處理地層，提高增注有效期。

該井采用清潔濃縮酸體系40 m3，防膨增注液10 m3進(jìn)行酸化增注，施工后，注水壓力由16 MPa降至12.6 MPa，套壓由16.5 MPa 降至13 MPa，日增注量由0 升至36 m3，日配注量為30 m3，酸化降壓增注效果顯著。從現(xiàn)場(chǎng)施工效果來(lái)看，室內(nèi)研制“清潔緩速酸+防膨增注液”體系能夠滿足該類儲(chǔ)層增注要求，在形成較長(zhǎng)滲流通道同時(shí)，有效防止二次傷害和黏土礦物運(yùn)移對(duì)儲(chǔ)層造成的傷害，有效解決了注水壓力高，水井利用率低的問(wèn)題。

5 結(jié)論

（1）八面河油田面14 區(qū)沙四6 砂組儲(chǔ)層中孔中低滲，黏土礦物含量高，膠結(jié)物以方解石和白云石為主，常規(guī)酸化處理半徑小，反應(yīng)過(guò)程中易形成二次沉淀，對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。

（2）研制的清潔緩速酸和防膨增注液具有溶蝕時(shí)間長(zhǎng)、溶蝕率高、緩速性能好、表面張力低、緩蝕性能高和長(zhǎng)效防膨的特點(diǎn)。

（3）通過(guò)對(duì)中低滲透稠油油藏注水井深部酸化技術(shù)研究，有效解決了該區(qū)塊難注井增注問(wèn)題，提高了注水合格率和水井利用率。