渤海油田注水井延效酸化技術(shù)研究與應(yīng)用

孫 林，李旭光，黃利平，夏 光，楊 淼

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452）

渤海油田現(xiàn)有開發(fā)井3 000余口，其中注水井超過800口，“注好水、注夠水、有效注水”是注水穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。為解決欠注、注水壓力高等注入難題，渤海油田將酸化技術(shù)作為增注的主要手段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，渤海油田近5年酸化作業(yè)多達(dá)500井次/年，占注水井措施工作量的三分之一，并且隨著油田產(chǎn)量增加，酸化作業(yè)量還在逐漸增大，但在此過程中出現(xiàn)了注水井重復(fù)酸化現(xiàn)象，目前單井重復(fù)酸化次數(shù)普遍在7～11次，隨著單井重復(fù)酸化次數(shù)增多，酸化效果逐漸變差，有效期僅為1～4個(gè)月，單井一年需要酸化2～3次，極大地影響了注水井的注入效果[1–2]。

但是，目前國(guó)內(nèi)有關(guān)重復(fù)酸化問題的研究不多，程興生等人[3–4]分析了樁104區(qū)塊的重復(fù)酸化增注和輪南油田超深井重復(fù)酸化情況，認(rèn)為常規(guī)土酸可能會(huì)過度溶蝕近井壁地帶，建議采用有機(jī)緩速酸體系或低濃度氫氟酸；劉淑萍等人[5]通過研究文留低滲透砂巖儲(chǔ)層重復(fù)酸化，發(fā)現(xiàn)土酸或含（潛在）氫氟酸的酸液易對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，因此使用了膦酸、脂肪酸酯和含氟鹽組成的有機(jī)緩速酸；呂寶強(qiáng)等人[6]將我國(guó)重復(fù)酸化液體系歸納為土酸及其衍生酸、氟硼酸及其衍生酸、氟鹽自生酸、固體硝酸等幾類，建議根據(jù)各種酸液的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合油藏的特征及具體酸化目的層的礦物組成，組合優(yōu)選適宜的酸液體系、各種添加劑和施工工藝。由此可知，常規(guī)的高濃度土酸或土酸類酸液對(duì)重復(fù)酸化井儲(chǔ)層的傷害較嚴(yán)重，需要根據(jù)儲(chǔ)層特點(diǎn)和傷害原因，選用合適的酸化技術(shù)。

為了解決渤海油田注水井酸化中存在的問題，筆者分析了重復(fù)酸化低效的原因，配制了延效酸，研究形成了注水井延效酸化技術(shù)，室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)驗(yàn)證該技術(shù)具有解堵效果強(qiáng)、緩速延效等優(yōu)點(diǎn)，并在渤海油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，結(jié)果表明該技術(shù)可有效減少單井重復(fù)酸化次數(shù)，提高單次酸化增注效果、延長(zhǎng)酸化有效期，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 重復(fù)酸化低效原因分析

渤海油田注水井重復(fù)酸化低效，除了與注入水水質(zhì)、注采強(qiáng)度、酸化規(guī)模等常見因素有關(guān)以外[7]，還與酸液組分單一和儲(chǔ)層傷害2因素密切相關(guān)。

渤海油田從2001年開始規(guī)模化采取酸化措施，曾采用過土酸、氟硼酸和多氫酸等酸液[8–12]，酸液體系組分比較單一。這些酸液通常對(duì)儲(chǔ)層中特定礦物的溶解效果較好，但在重復(fù)采用單一酸液體系后，近井1～2 m范圍內(nèi)儲(chǔ)層可溶物含量逐漸降低；而且，對(duì)于注入水中存在鈣質(zhì)、鐵氧化物和有機(jī)質(zhì)等污染物，酸液的解堵半徑較小。

砂巖酸化會(huì)在一定程度上產(chǎn)生氟化物、氟硅酸鹽、氫氧化鐵、硫酸鹽和磷酸鹽等二次沉淀物[13]，隨著重復(fù)酸化次數(shù)增多，這些二次沉淀會(huì)在儲(chǔ)層中逐漸聚集產(chǎn)生新的污染物，而這類二次沉淀通常較難解除。因此，目前對(duì)此只能以預(yù)防為主。

此外，重復(fù)酸化會(huì)導(dǎo)致渤海油田近井筒儲(chǔ)層進(jìn)一步疏松[14–15]。渤海油田目前80%以上為疏松儲(chǔ)層，滲透率高達(dá)1～10 D，泥質(zhì)含量普遍在15%～30%，多采用射孔后再防砂的完井方式，采油強(qiáng)度和注水規(guī)模也較大，平均單井日注水量在400m3以上，單井要酸化幾次至十余次，更會(huì)影響儲(chǔ)層骨架的穩(wěn)定性，伴隨著注水，會(huì)很快形成微粒運(yùn)移傷害，導(dǎo)致注水效果變差。

2 注水井延效酸化技術(shù)

針對(duì)渤海油田注水井重復(fù)酸化低效的問題，提出了以下酸化技術(shù)思路：采用3種低濃度深部緩速酸進(jìn)行協(xié)同增效，使酸液具有增加溶蝕礦物種類、更深部緩速和穩(wěn)定儲(chǔ)層骨架等性能；為加強(qiáng)酸液的儲(chǔ)層保護(hù)性能，加入螯合劑提前預(yù)防二次沉淀；優(yōu)選并加入防膨劑和表面活性劑，配制成延效酸。

2.1 低濃度深部緩速酸復(fù)配

研究發(fā)現(xiàn)，與土酸、氟硼酸、多氫酸等單一酸液不同，混合酸液短期（2 h）的巖屑溶蝕率并不高，但不同酸液混合可溶蝕巖石不同礦物組分[16–18]，使混合酸液產(chǎn)生協(xié)同增效效果?；诖耍槍?duì)渤海油田的具體問題，采用改性硅酸、有機(jī)膦酸和氟硼酸等3種低濃度深部緩速酸進(jìn)行復(fù)配，使酸液緩慢釋放氫離子，復(fù)配后的酸液中改性硅酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～6%，有機(jī)膦酸為3%～5%，氟硼酸為4%～6%。

其中，改性硅酸是在無機(jī)氟硅酸分子基礎(chǔ)上嵌入羧基有機(jī)雜環(huán)，形成具有無機(jī)酸和有機(jī)酸雙重功能的大分子，特別適合于泥質(zhì)含量高的砂巖油藏，也適合于解決鉆井液或聚合物堵塞。有機(jī)膦酸可溶解碳酸鹽巖類和含鐵類礦物。氟硼酸則通過水解電離緩慢釋放氫氟酸，從而溶蝕長(zhǎng)石、鋁硅酸鹽礦物。因此，復(fù)合緩速酸液長(zhǎng)期（4～6 h）總?cè)芪g率較高，可以達(dá)到深部解堵的要求，解決了現(xiàn)有單一酸液存在的問題（短期溶蝕率較高，但酸巖反應(yīng)1～2 h后特定反應(yīng)礦物已達(dá)溶解極限，而殘酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于6%）。同時(shí)，復(fù)合緩速酸液具有緩慢釋放氫離子、溶蝕多種礦物的特性，可大大減緩疏松砂巖儲(chǔ)層酸化后酸液對(duì)微粒運(yùn)移的影響。

2.2 螯合劑優(yōu)選

3種低濃度深部緩速酸進(jìn)行協(xié)同增效，會(huì)降低二次沉淀的產(chǎn)生速度和質(zhì)量；但根據(jù)渤海油田重復(fù)酸化中儲(chǔ)層傷害的實(shí)際情況，還需要預(yù)防二次沉淀的產(chǎn)生。綜合研究后，在復(fù)合酸液中加入1%～2%MA-AA共聚物、3%～5%EDTMPS等螯合劑，以協(xié)同預(yù)防二次沉淀[15,19]，降低對(duì)儲(chǔ)層的傷害。此外，加入MA-AA共聚物和EDTMPS等螯合劑，會(huì)產(chǎn)生單一段塞泵注、在線酸化等新功能。

2.3 防膨劑和表面活性劑優(yōu)選

為了使復(fù)合緩速酸液在防止黏土膨脹的同時(shí)，還具有穩(wěn)砂、固砂和洗油等功能，經(jīng)綜合研究?jī)?yōu)選，在復(fù)合緩速酸液中加入1.0%～2.0%聚季銨鹽防膨劑和0.2%氟碳表面活性劑，最終形成了延效酸。

基于研制的延效酸，研究形成了具有高溶蝕、緩速、保護(hù)骨架、預(yù)防二次沉淀和洗油等功能的注水井延效酸化技術(shù)[7,20]。

3 延效酸性能室內(nèi)評(píng)價(jià)

3.1 綜合解堵及保護(hù)骨架性能

測(cè)試延效酸對(duì)現(xiàn)場(chǎng)垢樣、鈉蒙脫石（模擬黏土）、二氧化硅（模擬石英骨架）的溶解能力，評(píng)價(jià)其綜合解堵及保護(hù)骨架的性能?，F(xiàn)場(chǎng)修井返排垢樣（X射線分析結(jié)果表明，由質(zhì)量分?jǐn)?shù)43%的鐵氧化物、35%的碳酸鈣、16%的鋁硅酸鹽和6%的二氧化硅組成）、鈉蒙脫石（分析純）和二氧化硅（石英砂）分別與延效酸在60℃下反應(yīng)6 h，測(cè)試反應(yīng)前后垢樣、鈉蒙脫石和二氧化硅的質(zhì)量，計(jì)算溶蝕率，結(jié)果見表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)垢樣、鈣蒙脫石和二氧化硅靜態(tài)溶蝕試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Static dissolution results for the field scale samp les,calcium m ontm orillonite,and silica

從表1可以看出，延效酸對(duì)鈣蒙脫石的溶蝕率可達(dá)45.23%，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)垢樣的溶蝕率達(dá)86.08%以上，說明其具有較好的綜合解堵性能；對(duì)二氧化硅的溶蝕率僅0.22%，說明其具有較好的保護(hù)骨架能力。

3.2 抑制注入水結(jié)垢性能

為評(píng)價(jià)延效酸抑制結(jié)垢的能力，使用過濾后的注入水（由于注入水中固相含量較多，結(jié)合注入水和現(xiàn)場(chǎng)垢樣組分分析報(bào)告，判斷肉眼可見的油污和黃褐色雜質(zhì)為鐵氧化物、碳酸鹽和油污等污染物。為了消除污染物產(chǎn)生的誤差，使用過濾后的注入水進(jìn)行試驗(yàn)），與延效酸（為便于觀察，未加添加劑）分別按1∶0、0∶1、2∶1、1∶2的體積比混合后，加熱至60℃恒溫24 h，觀察溶液結(jié)垢情況。

試驗(yàn)結(jié)果表明，未加入延效酸的注入水樣底部出現(xiàn)明顯的白色沉淀，該沉淀可溶于鹽酸，判斷為碳酸鹽垢；延效酸及其與注入水的混合樣品均未觀察到沉淀，可見延效酸抑制結(jié)垢的能力較強(qiáng)。

3.3 洗油性能

為確保延效酸具有良好的洗油性能，采用常溫懸滴法，測(cè)試了延效酸原液和延效酸與注入水按1∶2體積比混合后溶液的表面張力。

測(cè)試結(jié)果表明，延效酸的表面張力為12.77 mN/m，延效酸與注入水按1∶2體積比混合后溶液的表面張力為20.19mN/m。對(duì)比其他酸液，其表面張力都比較低，說明延效酸具有良好的洗油性能。

3.4 緩速及總?cè)芪g性能

為了評(píng)價(jià)延效酸的緩速、總?cè)芪g性能，采用蓬萊油田巖屑（來自1 115～1 120m井段，經(jīng)過研磨、洗油、洗鹽和烘干處理），在60℃條件下，將其分別與延效酸、氟硼酸和另一種深部緩速酸反應(yīng)2，4和6 h，測(cè)試反應(yīng)前后巖屑的質(zhì)量，計(jì)算溶蝕率。延效酸、氟硼酸和深部緩速酸的緩速溶蝕靜態(tài)評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 幾種酸液的緩速溶蝕靜態(tài)評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Static evaluation results for retarded dissolution of different acids

由圖1可知，隨著反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)，延效酸的溶蝕率從9.39%提高至24.54%，變化幅度較大，而氟硼酸的溶蝕率僅從20.02%提高至21.91%，效果不明顯，可見延效酸的緩速效果優(yōu)于氟硼酸。此外，延效酸的6 h溶蝕率為24.54%，也是3種酸液中最高的。試驗(yàn)表明，延效酸的緩速性能優(yōu)良，且總?cè)芪g性能較好。

3.5 動(dòng)態(tài)延效性能

為了解延效酸的動(dòng)態(tài)驅(qū)替增滲能力，同時(shí)測(cè)量穩(wěn)定注水后的滲透率保留率，從而評(píng)價(jià)其動(dòng)態(tài)延效性能，采用酸化動(dòng)態(tài)驅(qū)替試驗(yàn)裝置和現(xiàn)場(chǎng)取心樣品（1#～4#巖心，取自井深1 133.38～1 348.32m）進(jìn)行驅(qū)替試驗(yàn)。將試驗(yàn)裝置加熱至60℃后，先驅(qū)替10倍孔隙體積注入水，然后驅(qū)替5倍孔隙體積酸液，再驅(qū)替20倍孔隙體積注入水，實(shí)時(shí)測(cè)量水驅(qū)滲透率和上游壓力，記錄酸化前注入10倍孔隙體積注入水的滲透率、酸化后分別注入10倍孔隙體積和20倍孔隙體積注入水的滲透率，分別計(jì)算酸化后與酸化前滲透率比值，并通過滲透率比值及上游壓力變化來對(duì)比酸化后降壓解堵和穩(wěn)壓效果，試驗(yàn)采用了延效酸和常規(guī)酸進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2、圖3和表2。

圖2 延效酸動(dòng)態(tài)驅(qū)替試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Dynam ic disp lacement results for prolonged effect acid

由圖2、圖3和表2可以看出：延效酸酸化后的巖心滲透率為酸化前的1.7～1.9倍，而且在注入20倍孔隙體積水的情況下，其滲透率基本保持不變，上游壓力保持穩(wěn)定；常規(guī)酸酸化后的短期滲透率（注入10倍孔隙體積水）為酸化前的1.1～1.3倍，但滲透率下降較明顯，上游壓力持續(xù)升高；常規(guī)酸酸化后注入20倍孔隙體積水的滲透率為酸化前的0.7～1.1倍，說明常規(guī)酸酸化會(huì)導(dǎo)致近井筒儲(chǔ)層進(jìn)一步疏松，酸化后注水短期效果較好，但會(huì)影響后續(xù)注水效果，而延效酸可以解決該問題。

圖3 常規(guī)酸動(dòng)態(tài)驅(qū)替試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Dynam ic disp lacement results for conventional acid

表2 酸液延效動(dòng)態(tài)驅(qū)替評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果Tab le 2 Results for dynam ic displacem ent evaluation of p rolonged-effect acid

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

截至目前，注水井延效酸化技術(shù)在渤海油田應(yīng)用14井次，應(yīng)用效果如表3所示。從表3可以看出，相比于常規(guī)酸酸化，平均單井增注量從1.2×104m3增至6.2×104m3，視吸水指數(shù)從增大2.1倍變?yōu)樵龃?.2倍，有效期從134 d延長(zhǎng)至288 d，延效效果顯著。

表3 渤海油田注水井延效酸化技術(shù)應(yīng)用數(shù)據(jù)Table 3 App lication of prolonged-effect acidizing technology towater in jection wells in the Bohai Oilfield

B-C13井注水層位2 626.30～2 651.00m，滲透率25.2～289.9mD。該井首先進(jìn)行了2次常規(guī)酸酸化作業(yè)，然后應(yīng)用延效酸進(jìn)行了一次酸化作業(yè)。第1次酸化采用多氫酸，短期效果十分明顯，但酸化后有效期只有63 d；第2次酸化采用氟硼酸，酸化后有效期也只有62 d；第3次酸化采用延效酸，酸化后注水量雖比酸化前略有下降，但滿足配注量500m3/d的指標(biāo)，且注水壓力從9.3MPa降至6.0MPa，視吸水指數(shù)提高了53%，有效期達(dá)到322 d（見表4）。這說明，延效酸酸化可以延長(zhǎng)重復(fù)酸化的有效期。

表4 B-C13井3次酸化效果對(duì)比Table 4 Com parison am ong three applicationsof acidizing in W ell B-C13

5 結(jié)論與建議

1）針對(duì)渤海油田注水井重復(fù)酸化有效期短的問題，在分析原因的基礎(chǔ)上，通過配制延效酸，研究形成了注水井延效酸化技術(shù)。

2）延效酸室內(nèi)性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析表明，注水井延效酸化技術(shù)具有解堵效果好、緩速延效等優(yōu)點(diǎn)，可提高單次酸化的增注效果、延長(zhǎng)有效期，適用于存在多種復(fù)合傷害、需要進(jìn)一步提高重復(fù)酸酸化解堵效果的疏松砂巖類井況。

3）渤海油田非均質(zhì)性較強(qiáng)，而延效酸不具備轉(zhuǎn)向布酸功能，需要進(jìn)一步研究分流轉(zhuǎn)向問題；此外，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化試劑成本，延長(zhǎng)酸液在線酸化的時(shí)間和酸化規(guī)模，進(jìn)一步增大酸化處理解堵半徑。