碳酸鹽巖油藏酸化時機及效果分析

唐莎莎，皮 建，李長勇

（1.中海油研究總院有限責任公司，北京 100028；2.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，北京 100028；3.中國海洋石油國際有限公司，北京 100027）

瀝青質(zhì)是不溶于低級正構烷烴（nC5～nC7）而溶于芳香烴（苯、甲苯、二甲苯等）的一類有機化合物。瀝青質(zhì)析出后極易在油藏巖石及井下設備上發(fā)生沉積，堵塞儲層孔喉，降低油井產(chǎn)能，增加開采和作業(yè)成本[1，2]。國內(nèi)外學者利用室內(nèi)實驗分析總結了瀝青沉淀機理，沉淀影響因素，對不同類型儲層物性的影響；并利用油藏數(shù)值模擬方法對瀝青污染機理及沉積過程、沉積位置進行了深入研究，提出了針對由于壓力下降導致的瀝青質(zhì)沉積傷害的主要開發(fā)對策；利用熱力學模型預測瀝青質(zhì)沉淀的初始溫度和壓力，但瀝青沉淀時間并非開始影響生產(chǎn)的時間，針對尚未注水的瀝青問題油田，掌握酸化時機，對及時恢復油井產(chǎn)能，節(jié)約油田操作費具有重要意義。

1 瀝青析出及沉積傷害機理

目前中東M 油田瀝青沉淀位置是在井筒還是地層中，需要從機理出發(fā)進行分析。大量研究表明：瀝青質(zhì)沉積是一個復雜的過程,是多種因素共同作用的結果，其根本原因是原油組分的變化導致分散體系熱力學平衡被打破，從而導致瀝青質(zhì)的聚結、沉積[3]。從滲流力學的角度分析，瀝青質(zhì)導致地層傷害的主要機理表現(xiàn)在3 個方面[4]：

（1）填積孔隙和堵塞孔喉，從而降低儲層的絕對滲透率，為瀝青主要損害形式。

M 油田隨地層壓力逐漸降低，儲層壓敏效應導致采油指數(shù)降低，而瀝青析出日趨嚴重，如何定量區(qū)分兩者影響，以實現(xiàn)增油量最大，本文根據(jù)M 油田典型井PI 跟蹤分析，介質(zhì)變形影響占PI 損失的20%，瀝青沉淀影響占PI 損失的80%（見圖1）。部分油井沖洗油嘴，部分油井酸化基本能恢復產(chǎn)能，分析認為目前瀝青沉淀主要存在于井筒及近井地帶。

圖1 典型井采油指數(shù)變化圖

（2）瀝青質(zhì)吸附在巖石表面，改變巖石的潤濕性，使巖石由水濕轉(zhuǎn)化為油濕，從而減小油相相對滲透率。

（3）通過形成油包水型乳狀液,增大油藏原油的黏度，從而引起乳化問題。目前M 油田4 口井存在嚴重乳化問題，生產(chǎn)動態(tài)特征表現(xiàn)為日產(chǎn)油量斷崖式下降，甚至驟降為零，根源還是瀝青質(zhì)及膠質(zhì)乳化作用降低近井地帶儲層滲透率，堵塞井筒。

2 瀝青析出影響因素

瀝青成因多，有熱力作用形成的焦瀝青、生物降解和水洗作用形成的瀝青以及油藏受氣侵引起脫瀝青作用形成的瀝青[4]。在油田開發(fā)中,導致瀝青質(zhì)沉積的因素主要包括：

（1）原油的組分。石油是膠體分散系，瀝青質(zhì)為膠核，吸附在膠核表面和溶解于膠核中的膠質(zhì)是穩(wěn)定劑[5]，而其余部分的石油（以飽和烴、芳香烴為主）和少量的膠質(zhì)構成分散介質(zhì)。瀝青質(zhì)是否從原油膠體中沉淀，取決于原油中穩(wěn)定劑的相對含量和分散介質(zhì)的芳香度。基于原油族組分分析結果，可以使用膠體不穩(wěn)定指數(shù)（Colloidal Instability Index）定量評估原油穩(wěn)定性。

式中：CII-膠體不穩(wěn)定指數(shù)；wt飽和烴-飽和烴含量，%；wt芳香烴-芳香烴含量，%；wt膠質(zhì)-膠質(zhì)含量，%；wt瀝青質(zhì)-瀝青質(zhì)含量，%。

CII 判別標準：當CII≥0.9，膠體體系趨于不穩(wěn)定，瀝青質(zhì)易于析出；當0.7＜CII＜0.9，膠體體系趨于中度不穩(wěn)定，瀝青質(zhì)存在潛在析出；當CII≤0.7，膠體體系穩(wěn)定，瀝青質(zhì)析出可能性小。利用M 油田的原油族組分數(shù)據(jù)，計算了膠體不穩(wěn)定指數(shù)CII，結果（見表1）。從表1 可以看出，M 油田的CII 指數(shù)計算結果大于0.9，說明油田產(chǎn)出原油膠體體系趨于不穩(wěn)定，瀝青質(zhì)易于析出。

表1 中東M 油田原油族組分分析 單位：wt.%

（2）壓力。壓力對瀝青質(zhì)膠體沉淀的影響比較復雜。在一定的溫度下，只有壓力在相應的范圍內(nèi)才會發(fā)生瀝青質(zhì)沉淀，壓力高于或低于這個范圍，瀝青質(zhì)都不會沉淀。

（3）溫度。溫度的作用在于它能把原油組分餾化，使瀝青質(zhì)從原油中分離出來。在開發(fā)過程中，近井地帶由于注入流體等因素會導致地層溫度的降低，從而改變原油中瀝青質(zhì)的穩(wěn)定性，導致瀝青質(zhì)的沉積。實驗表明：在壓力不變的情況下，溫度越低，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)越容易沉積[6，7]。

3 酸化時機

M 油田位于中東地區(qū)伊拉克東南部，為大型整裝孔隙型碳酸鹽巖油田，以顆?；?guī)r為主，整體屬于中孔低滲儲層，地層原油黏度低，溶解氣油比較高，地飽壓差大。資料顯示M 油田水體倍數(shù)小，天然能量較弱。

目前M 油田處于衰竭開發(fā)階段，油井全部自噴生產(chǎn)。M 油田油藏中深為3 850 m，原始地層壓力43 MPa，由于各區(qū)域開采程度不同導致地層壓力平面分布不均，中北區(qū)開采程度高，為油田低壓區(qū)，地層壓力下降35%，為26～30 MPa；南區(qū)開采程度相對較低，為油田高壓區(qū)，地層壓力下降30%，約33 MPa。全油田受瀝青影響共計21 口油井，占在產(chǎn)井數(shù)53%，其中低壓區(qū)以及井底流壓低于26 MPa 區(qū)域，更容易出現(xiàn)瀝青問題井，占比高達83%～85%，具體（見表2，表3）。

表2 不同井底流壓下瀝青問題井分布

表3 不同地層壓力下瀝青問題井分布

M 油田生產(chǎn)時間較長，歷史數(shù)據(jù)分析大量油井均出現(xiàn)拐點，即為產(chǎn)油量或井口壓力非正常下降的生產(chǎn)點，根據(jù)這部分瀝青問題井拐點處的壓力數(shù)據(jù)統(tǒng)計，井底流壓為21～29 MPa；地層壓力范圍為28～38 MPa，比原始地層壓力下降20%～35%，具體（見圖2）；統(tǒng)計結果表明：此壓力區(qū)間的生產(chǎn)井更容易產(chǎn)生瀝青污染。

圖2 瀝青問題井生產(chǎn)動態(tài)特征分析

通過生產(chǎn)指標分析，拐點后日產(chǎn)油遞減率平均增大5 倍；采油指數(shù)PI 平均減小0.7 倍，具體（見表4）。瀝青沉淀對油井生產(chǎn)影響較大時，其生產(chǎn)曲線必出現(xiàn)拐點，因此油井出現(xiàn)拐點的時間，可作為及時解除瀝青污染，減少產(chǎn)量損失，恢復產(chǎn)能的有利時機，但部分井拐點并不明顯，這類井與上述壓力區(qū)間共同判斷油井是否存在污染時，措施選井成功率較高。

表4 瀝青問題井拐點處生產(chǎn)動態(tài)分析

4 酸化效果分析

為解除近井及井筒瀝青污染，需定期開展酸化作業(yè)、不斷優(yōu)化工藝流程及酸液配方，M 油田酸化作業(yè)已積累了豐富經(jīng)驗，取得了較好效果，2015-2018 年酸化措施實施17 井次，措施有效率83%，平均日增油173.0 m3，單井累積增油量26.5×103m3，措施有效期8.9 月，PI 恢復4.5 倍。但整體上酸化效果呈現(xiàn)逐年變差趨勢，具體（見表5）。

表5 瀝青問題井逐年措施統(tǒng)計

根據(jù)酸化效果評價指標有機溶劑酸化比柴油酸化措施效果好，更適合碳酸鹽巖油藏瀝青污染解堵，具體（見表6）。

一次酸化井12 口，措施井平均年遞減率為51%，總體上呈現(xiàn)兩類表現(xiàn)：第一類井酸化后生產(chǎn)情況良好，年遞減率約10%；第二類井酸化后日產(chǎn)油量下降速度快，年遞減率87%，占比75%。

表6 不同酸化配方措施效果對比

有機溶劑酸化措施重復酸化1 口井，從日增油量，累積增油量，PI 倍數(shù)，重復酸化效果整體效果逐年變差（見表7）。

表7 重復酸化效果對比

5 結論

（1）從原油組分分析，中東M 油田的膠體不穩(wěn)定指數(shù)為1.9，說明油田產(chǎn)出原油膠體體系趨于不穩(wěn)定，瀝青質(zhì)易于析出。

（2）針對此類油藏瀝青問題井，采油指數(shù)恢復為初期采油指數(shù)的80%，即可認為酸化措施解除了瀝青污染。

（3）從酸化工藝分析，有機溶劑浸泡與酸化復合增產(chǎn)技術解堵增產(chǎn)效果更顯著，更適合碳酸鹽巖油藏瀝青污染解堵。

（4）高壓區(qū)井底流壓低的井也易出現(xiàn)瀝青污染，因此需要同時關注地層壓力低及井底壓力低的兩類井。

（5）油田地層壓力下降20%～35%或生產(chǎn)曲線出現(xiàn)拐點，均是酸化的有利時機，有利于酸化措施選井，盡快恢復單井產(chǎn)能。

（6）從油田和單井分析，重復酸化效果逐年變差，注水才是解決瀝青污染的根本辦法。