中高含水油井酸化分流控水化學(xué)微粒研究

楊 明 ,周泓宇 ,萬(wàn)小進(jìn) ,程利民 ,何瑜寧

(1.中海石油(中國(guó))有限公司 海南分公司,海南 ?？?570312;2.中海石油(中國(guó))有限公司 湛江分公司,廣東 湛江 524057)

對(duì)于多層系開(kāi)發(fā)油藏,由于縱向儲(chǔ)層物性差異、巖礦差異、儲(chǔ)層壓力差異,酸化過(guò)程中酸液的分布和有效控制是酸化成功的關(guān)鍵,籠統(tǒng)酸化酸液注入地層后,遵循阻力最小原則,往往優(yōu)先進(jìn)入高滲透層,從而導(dǎo)致低滲透率層或傷害較嚴(yán)重的層沒(méi)有得到有效處理,地層滲透率級(jí)差增大,層內(nèi)層間矛盾加劇[1-4]。且一般而言,水相流動(dòng)通道大于油相,酸液優(yōu)先進(jìn)入水流通道,造成含水進(jìn)一步上升,導(dǎo)致油井增液不增油[5-6]。目前常見(jiàn)的分流轉(zhuǎn)向技術(shù)可分為機(jī)械轉(zhuǎn)向和化學(xué)轉(zhuǎn)向兩大類[7],其中,機(jī)械轉(zhuǎn)向需要起下管柱等井下作業(yè),費(fèi)時(shí)費(fèi)力,普通化學(xué)暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)則有效性低,且對(duì)儲(chǔ)層有一定傷害[8-9]。國(guó)內(nèi)開(kāi)展了大量化學(xué)轉(zhuǎn)向材料的研究,但其受耐溫性能差、分流效率低、對(duì)地層傷害大等因素制約[10-14]。本研究以我國(guó)南海西部油田某中高含水儲(chǔ)層為研究對(duì)象,針對(duì)儲(chǔ)層縱向非均質(zhì)性強(qiáng)、層間矛盾突出的中高含水油井,研制出一種分流效率高、耐沖刷性強(qiáng)、且對(duì)地層傷害小的選擇性化學(xué)微粒(SA-1D),該化學(xué)微粒配合酸化作業(yè),能實(shí)現(xiàn)酸液分流的同時(shí)對(duì)高滲水流通道具有一定封堵作用,起到解堵控水雙重效果。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 材料與儀器

化學(xué)微粒SA-1D,由天然樹(shù)脂與多元醇反應(yīng)生成的油溶性樹(shù)脂,工業(yè)品,成都安實(shí)得石油科技開(kāi)發(fā)有限公司;煤油、柴油、汽油、HCl、HF、NH4Cl 溶液,分析純,湛江華南化工公司;人造巖心,由中海油湛江實(shí)驗(yàn)中心匹配目標(biāo)儲(chǔ)層物性人工制作而成。

PARR 4584 高溫高壓反應(yīng)釜,美國(guó)PARR 公司;HYDRO2000(APA2000)全自動(dòng)激光粒度儀,英國(guó)馬爾文公司;Zeiss Xradia Context 多功能巖心掃描儀,Carl Zeiss Microscopy Gmbh 公司;SF-1 型并聯(lián)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀,海安華達(dá)石油儀器有限公司;DF-4 全自動(dòng)智能型瀝青軟化點(diǎn)測(cè)定儀,河北信科儀器公司。

1.2 化學(xué)微粒原料及合成

化學(xué)微粒以天然樹(shù)脂工業(yè)產(chǎn)品和多元醇為主要原料,在溫度為220～300 ℃條件下,反應(yīng)6～12 h 所得到的產(chǎn)物,用搗碎機(jī)在變速情況下將合成的塊狀樣品搗碎后過(guò)標(biāo)準(zhǔn)篩,得到不同粒徑的淡黃色細(xì)顆粒樣品,如圖1(a)所示。在水溶液中分別加入一定百分比的表面活性劑、分散互溶劑、化學(xué)微粒SA-1D,并攪拌均勻,得到淡黃色懸浮液體,如圖1(b)所示。

1.3 化學(xué)微粒基本性能評(píng)價(jià)

1.3.1 溶解性評(píng)價(jià)

在地層溫度(80 ℃)下,分別采用煤油、柴油、汽油進(jìn)行溶解實(shí)驗(yàn),在1 h 后觀察溶解情況;在地層溫度(80 ℃)下分別采用蒸餾水、自來(lái)水、鹽水(3%NH4Cl 溶液)、HCl 和HF 浸泡SA-1D 顆粒1 h,用失重法分析微粒在各種溶液中的溶解性。

1.3.2 耐溫性評(píng)價(jià)

利用全自動(dòng)智能型瀝青軟化點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)定化學(xué)微粒SA-1D 的軟化點(diǎn)以評(píng)價(jià)分流劑的耐溫性能,具體步驟:將SA-1D 樣品放于燒杯中,燒杯中有經(jīng)加熱除去水分后再冷卻至低于預(yù)計(jì)軟化點(diǎn)45 ℃以下、但不得低于32 ℃的甘油,放置10 min 后,使甘油溫度每分鐘升高5 ±0.5 ℃,并不斷地充分?jǐn)嚢枋箿囟染鶆蛏仙?直至測(cè)定完畢。當(dāng)試樣落至金屬平板時(shí)讀取的溫度即為軟化點(diǎn),多次測(cè)量,取平均值,得到化學(xué)微粒SA-1D 的軟化點(diǎn)。

1.4 化學(xué)微粒粒徑優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

匹配目標(biāo)儲(chǔ)層的滲透率,制作人造巖心。根據(jù)儲(chǔ)層的孔喉分布,設(shè)計(jì)并制作出4 個(gè)粒徑等級(jí)的化學(xué)微粒,開(kāi)展以下化學(xué)微粒粒徑優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

1)粒徑分布測(cè)定:采用激光粒度儀分別對(duì)制作出的4 個(gè)粒徑等級(jí)的化學(xué)微粒溶液進(jìn)行檢測(cè),評(píng)價(jià)工業(yè)化制作出的化學(xué)微粒是否符合設(shè)計(jì)要求。

2)化學(xué)微粒封堵效率測(cè)定:在地層溫度80 ℃,對(duì)巖心注入化學(xué)微粒10 PV,根據(jù)達(dá)西公式計(jì)算巖心滲透率:

式中:K為巖心滲透率,μm2;Q為注入流量,cm3/s;μ為化學(xué)微粒的黏度,mPa·s;L為巖心長(zhǎng)度,cm;A為巖心橫截面積,cm2;ΔP為巖心進(jìn)出口壓差,MPa。

封堵率:

式中:X1為分流劑封堵率,%;KW為巖心初始正向水相滲透率,10-3μm2;KW1為暫堵后巖心滲透率,10-3μm2。

式中:X2為過(guò)基液封堵率,%;KW2為暫堵后巖心正向水相滲透率,10-3μm2。

解堵率:

式中:Y為恢復(fù)率,%;KO為巖心初始反向驅(qū)替解堵液的滲透率,10-3μm2;KO1為解堵后巖心反向解堵液后的滲透率,10-3μm2。

比較各粒徑化學(xué)微粒對(duì)各巖心的暫堵率及反向驅(qū)替解堵液的解堵率,評(píng)估化學(xué)微粒對(duì)儲(chǔ)層滲透率的影響。

3)侵入深度測(cè)定:用巖心掃描儀對(duì)化學(xué)微粒封堵前后的巖心進(jìn)行掃描,根據(jù)巖心中縱向上滲透率分布,可以精確測(cè)量封堵前后巖心縱向上的滲透率變化,進(jìn)一步指導(dǎo)化學(xué)微粒的粒徑優(yōu)選。

4)耐沖刷性測(cè)定:在注完化學(xué)微粒形成濾餅后,以相同的驅(qū)替壓力,繼續(xù)對(duì)巖心驅(qū)替約50PV的基液,期間記錄注入水的PV數(shù)及相應(yīng)的出口端流量,對(duì)比基液沖洗前后巖心滲透率變化。

5)解堵效率測(cè)定:通過(guò)反向驅(qū)替解堵液(煤油)測(cè)試滲透率的恢復(fù)率。

1.5 化學(xué)微粒分流效率評(píng)價(jià)

選用高、低滲透率的2 塊巖心并聯(lián),模擬實(shí)際生產(chǎn)中非均質(zhì)地層;用NH4Cl 溶液測(cè)巖心的初始滲透率;用50%的化學(xué)微粒溶液對(duì)巖心同時(shí)進(jìn)行封堵,使之形成穩(wěn)定的外濾餅;對(duì)封堵后的巖心,以恒定的驅(qū)替壓力注入基液,直到出口端流量趨于穩(wěn)定,根據(jù)流量計(jì)算出化學(xué)微粒對(duì)高、低滲巖心的封堵率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)微?；拘阅?/h3>

化學(xué)微粒在80 ℃條件下在煤油、柴油、汽油中的溶解性良好,溶解率均達(dá)98% 以上,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示,表明有機(jī)溶劑對(duì)化學(xué)微粒溶解性好,分流酸化時(shí),少部分進(jìn)入油層后對(duì)其滲透率傷害的可能性小。

表1 化學(xué)微粒油溶性評(píng)價(jià)結(jié)果

化學(xué)微粒在80 ℃條件下在蒸餾水、自來(lái)水、鹽水(3%NH4Cl 溶液)、HCl 和HF 中基本不溶解,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示,表明化學(xué)微粒SA-1D 顆粒在水或酸中呈惰性,因此酸化施工時(shí)可直接采用水或酸液作為攜帶液,將SA-1D 顆粒帶入地層。

采用失重法測(cè)得化學(xué)微粒平均軟化點(diǎn)為120 ℃左右,如表3 所示,表明化學(xué)微粒在地層高溫條件下能保持穩(wěn)定而不會(huì)發(fā)生變形,有利于形成穩(wěn)定封堵。

表2 化學(xué)微粒水溶性和酸溶性評(píng)價(jià)結(jié)果

表3 化學(xué)微粒軟化點(diǎn)測(cè)試結(jié)果

2.2 化學(xué)微粒粒徑優(yōu)化

采取與實(shí)際巖心孔喉匹配性好的人造巖心開(kāi)展化學(xué)微粒暫堵和解堵實(shí)驗(yàn),測(cè)定人造巖心的孔喉數(shù)據(jù)來(lái)劃定化學(xué)微粒的粒徑范圍,測(cè)得人造巖心的最大吼道直徑為180 μm。根據(jù)Abrams[15]提出的“三分之一”架橋規(guī)則和羅平亞院士提出的“1/2～2/3”架橋原則[16],設(shè)計(jì)制備4 種不同粒徑范圍的化學(xué)微粒,如表4 所示。

通過(guò)激光粒度儀測(cè)量每種化學(xué)微粒的粒徑分布,并繪制粒度分布曲線和粒度累積分布曲線,檢驗(yàn)工業(yè)化制作出的化學(xué)微粒是否滿足設(shè)計(jì)要求。

表4 設(shè)計(jì)化學(xué)微粒粒徑范圍

1)化學(xué)微粒粒徑分布:如圖2～圖5 所示,Ⅰ號(hào)粒徑化學(xué)微粒,粒徑從0.2～104 μm 之間跨度,其粒徑主要分布在30～60 μm,該區(qū)間化學(xué)微粒累計(jì)分布達(dá)87.1%。Ⅱ號(hào)粒徑化學(xué)微粒,粒徑從0.6～132 μm 之間跨度,其粒徑主要分布在60～90 μm,該區(qū)間化學(xué)微粒累計(jì)分布達(dá)79.8%。Ⅲ號(hào)粒徑化學(xué)微粒,粒徑從0.6～180 μm 之間跨度,其粒徑主要分布在90～120 μm,該區(qū)間化學(xué)微粒累計(jì)分布達(dá)80.0%。Ⅳ號(hào)粒徑化學(xué)微粒,粒徑從0.4～236 μm 之間跨度,其粒徑主要分布在120～150 μm,該區(qū)間化學(xué)微粒累計(jì)分布達(dá)76.7%。以上結(jié)果表明:工業(yè)化生產(chǎn)出的該化學(xué)微粒與設(shè)計(jì)的范圍差別不大,滿足后續(xù)實(shí)驗(yàn)要求。

2)封堵效率評(píng)價(jià):同等條件下,測(cè)量4 種粒徑的化學(xué)微粒對(duì)巖心的封堵率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5 和圖6～圖9 所示。結(jié)果表明,化學(xué)微粒粒徑越小,驅(qū)替后巖心的滲透率減小幅度越大。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)出的這4 種粒徑的化學(xué)微粒,均能在巖心注入端形成厚薄不一的外濾餅,對(duì)巖心的封堵率能達(dá)到90%以上,再注入3%的NH4Cl 溶液至流量穩(wěn)定,基液所測(cè)得的封堵率達(dá)87%以上。其中,Ⅲ號(hào)粒徑化學(xué)微粒形成的濾餅形態(tài)和封堵效果最好,既是具有一定的封堵效果,也不至于進(jìn)入地層太深難以解除。所以針對(duì)此類孔喉大小的儲(chǔ)層,判斷Ⅲ號(hào)粒徑化學(xué)微粒用于分流酸化作業(yè),使其既能在巖心端面形成外濾餅,又有少部分顆粒進(jìn)入巖心內(nèi)部,形成內(nèi)部充填,使封堵?tīng)顟B(tài)穩(wěn)定,達(dá)到良好的分流轉(zhuǎn)向效果。通過(guò)接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證Ⅲ號(hào)粒徑對(duì)此類孔喉大小的儲(chǔ)層的分流轉(zhuǎn)向效果。

表5 不同粒徑化學(xué)微粒對(duì)巖心的封堵效果

3)化學(xué)微粒侵入深度:測(cè)量驅(qū)替Ⅲ號(hào)粒徑化學(xué)微粒后巖心縱向上滲透率的變化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,巖心縱向上滲透率降低明顯,并且越靠近注入端面的點(diǎn),其滲透率降低幅度越大;化學(xué)微?？v向進(jìn)入深度為25～35 mm,超過(guò)該深度,巖心滲透率變化不明顯,如圖10 所示,表明Ⅲ號(hào)粒徑化學(xué)微粒不易進(jìn)入地層深處,在起到封堵分流作用的同時(shí),有利于儲(chǔ)層的保護(hù)。

4)化學(xué)微粒耐沖刷性:耐沖刷性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著基液沖洗體積的增加,巖心封堵率變化緩慢,但隨微粒粒徑的增加,封堵率降低幅度呈增大的趨勢(shì),經(jīng)約50 PV 基液沖洗后,封堵率降幅在1.18%～10.36%,如表6 和圖11 所示。

表6 不同粒徑化學(xué)微粒的耐正向基液沖刷性

其中,Ⅲ號(hào)粒徑化學(xué)微粒封堵率降幅為6.65%,濾餅保存性完好,如圖12 所示,說(shuō)明該化學(xué)微粒形成濾餅的穩(wěn)定性最好,能夠有效地暫堵分流。

5)化學(xué)微粒解堵效率:通過(guò)對(duì)已封堵的巖心,反向驅(qū)替煤油測(cè)試巖心滲透率恢復(fù)率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)粒徑化學(xué)微粒反向煤油解堵率較差,Ⅲ號(hào)、Ⅳ號(hào)粒徑反向煤油解堵率高,如表7 所示。Ⅲ號(hào)粒徑較Ⅳ號(hào)粒徑化學(xué)微粒,結(jié)合封堵實(shí)驗(yàn)和耐沖刷實(shí)驗(yàn)來(lái)看,Ⅲ號(hào)粒徑不但封堵效果好,反向煤油解堵率高,而且濾餅穩(wěn)定不易被沖刷脫落,能達(dá)到良好的分流酸化效果,因此推薦Ⅲ號(hào)(120～170 目)粒徑化學(xué)微粒用于此類儲(chǔ)層的分流酸化作業(yè)。

2.3 化學(xué)微粒分流效率

高、低滲并聯(lián)巖心注入化學(xué)微粒SA-1 溶液后,溶液優(yōu)先進(jìn)入高滲層進(jìn)行封堵,隨注入時(shí)間的增加,當(dāng)高滲層的滲透率降低到接近低滲層的滲透率時(shí),化學(xué)微粒開(kāi)始進(jìn)入到低滲透層巖心,對(duì)低滲巖心也起到了一定的封堵作用,封堵穩(wěn)定后,最終對(duì)高滲層的封堵率達(dá)97%以上,低滲層的封堵率達(dá)93%以上,分流指數(shù)達(dá)91%以上,如表8 和圖13 所示,說(shuō)明該化學(xué)微粒對(duì)不同滲透率并聯(lián)巖心能起到很好的分流轉(zhuǎn)向效果。

表7 解堵液對(duì)巖心滲透率恢復(fù)率測(cè)試

表8 化學(xué)微粒對(duì)并聯(lián)巖心的分流效率

綜上所述,油溶性化學(xué)微粒SA-1D 不僅能對(duì)不同滲透率地層進(jìn)行選擇性暫堵,達(dá)到分流酸化的目的。同時(shí)作業(yè)結(jié)束,啟泵生產(chǎn)時(shí),因化學(xué)微粒具有油溶水不溶的特點(diǎn),進(jìn)入油層的化學(xué)微粒能較快地被油流溶解排出,使巖心滲透率得以恢復(fù),具有自行解堵并保護(hù)油氣層的效果。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 單井概況

目標(biāo)井CX 井采用裸眼優(yōu)質(zhì)篩管完井,下了兩個(gè)裸眼管外封,將儲(chǔ)層段分為了3 段,其中,根端井段103 m(2 326～2 429 m),有效油層厚度62 m,平均滲透率283 mD,根端儲(chǔ)層存在完井液傷害、微粒運(yùn)移和有機(jī)垢?jìng)?因滲透率極差較大,有必要實(shí)施分層酸化。

3.2 應(yīng)用效果

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中,正擠10 m3分流劑后,正擠30 m3處理液,最后頂替到位,關(guān)井反應(yīng)24 h。

分流酸化作業(yè)后,日產(chǎn)油55 m3,含水率下降29%,較修井前增油45 m3/d,超出油藏預(yù)期,分析認(rèn)為該分流劑取得了較好的分流解堵效果,且具有一定的控水作用,具體數(shù)據(jù)如表9所示。

表9 CX 井修井前后產(chǎn)油量對(duì)比

4 結(jié)論

1)選擇性化學(xué)微粒SA-1D 具有油溶水不溶的特點(diǎn),隨原油產(chǎn)出自解除率高,在酸和水中呈惰性,可用其作為攜帶液將化學(xué)微粒帶入地層。

2)選擇性化學(xué)微粒SA-1D 粒徑易調(diào),能適應(yīng)不同孔喉大小儲(chǔ)層。針對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層,通過(guò)封堵效率、侵入深度、耐沖刷性及分流效率評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),優(yōu)選出Ⅲ號(hào)(120～170 目)粒徑用于分流酸化作業(yè)。

3)選擇性化學(xué)微粒SA-1D 配合酸化作業(yè),能實(shí)現(xiàn)酸液分流的同時(shí)對(duì)高滲水流通道有一定封堵作用,起到解堵控水雙重效果。