伊拉克BU油田碳酸鹽巖儲層復合解堵技術研究與應用*

崔波, 馮浦涌，榮新明，王達，張強，陳軍

(中海油田服務股份有限公司 油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300452)

伊拉克BU油田儲量豐富，主力開發(fā)層系是中高孔-中低滲孔隙型碳酸鹽巖油藏。儲層巖性以灰?guī)r為主，埋深3800～4000 m，原始地層壓力系數(shù)1.17～1.18 MPa/(100 m)。經(jīng)過近40年的開發(fā)生產(chǎn)，目前地層壓力系數(shù)降為0.7～0.8 MPa/(100 m)。

該油田依靠自噴衰竭式開采，近幾年隨著新鉆井數(shù)量的增多，地層壓力和氣油比快速下降，導致原油中的瀝青質(zhì)、石蠟等重質(zhì)組分在井筒中析出、沉積，并與地層礦物結合形成嚴重的有機、無機混合沉淀，堵塞近井地帶、射孔段甚至油管，導致油井產(chǎn)量迅速下降甚至停噴。另外，瀝青質(zhì)、石蠟的析出也會導致地層乳化傷害及潤濕性變化，導致儲層滲透率的進一步降低。該油田原有溶劑閃點低、安全性差且處理后有效期短，無法滿足現(xiàn)場作業(yè)需要。亟待開展針對性研究，開發(fā)新型有機解堵體系及與其配套的復合解堵技術，提高油井產(chǎn)量。

1 地質(zhì)油藏特征

BU油田目前地層溫度約為112 ℃，地層壓力約為30 MPa，屬于正常溫壓系統(tǒng)。儲集空間以孔隙溶洞為主，孔隙度10%～19%，滲透率一到幾百毫達西。巖性以灰?guī)r為主，夾雜少量的黏土和石英，巖石礦物種類和含量見表1。地下原油黏度0.6～1.0 MPa·s，飽和壓力13.7～22.6 MPa，溶解氣油比92.6～126.9 m3。地層原油具有飽和壓力高、溶解氣油比中等、原油黏度中等的特點。原油為中-重質(zhì)原油，原油中瀝青質(zhì)質(zhì)量分數(shù)3.6%～11.7%，蠟質(zhì)量分數(shù)0～2.9%，部分井瀝青質(zhì)和石蠟質(zhì)量分數(shù)見圖1。

表1 巖石礦物種類和質(zhì)量分數(shù)%樣品編號石英重晶石方解石白云石石鹽黏土總量B-82H0.8—95.13.9—0.2B-83H0.5—96.22.7—0.6B-100H0.60.493.12.52.50.9

圖1 BU油田部分井瀝青質(zhì)和石蠟質(zhì)量分數(shù) 圖2 巖石薄片分析

BU油田碳酸鹽巖儲層儲集空間類型以孔隙、溶洞為主，微裂縫發(fā)育。主要發(fā)育晶間孔，局部見溶孔和溶洞發(fā)育，巖石薄片分析見圖2。

2 儲層改造技術難點及對策

該油田經(jīng)過長時間自噴開采，地層壓力下降嚴重，以瀝青質(zhì)和石蠟為主的有機垢在井筒及近井地帶大量沉積，導致油井產(chǎn)量快速降低甚至停噴。由于瀝青質(zhì)含量高，隨著含水的升高，原油極易發(fā)生乳化增黏，增大原油的流動阻力。另外瀝青質(zhì)在儲層巖石表面上的吸附會導致潤濕性從親水向親油方向改變，從而造成儲層巖石的油相相對滲透率下降[1]。針對該油田存在的有機垢沉積問題，進行了取樣分析，發(fā)現(xiàn)瀝青質(zhì)含量高達37%，有機垢成分分析見圖3。該油田原有溶劑閃點低、安全性差且處理后有效期短，無法滿足現(xiàn)場作業(yè)需要。

圖3 有機垢成分分析

針對BU油田存在有機垢沉積及其衍生的乳化傷害、潤濕性變化問題，通過相應的基礎理論研究和技術研發(fā)配套，創(chuàng)新性地提出“有機溶解+長效預防+無機溶蝕”相結合的方式。通過新型綠色環(huán)保有機解堵劑對瀝青質(zhì)和石蠟有機垢快速溶解，有機垢抑制劑在生產(chǎn)管柱內(nèi)壁長效吸附，預防有機垢沉積，結合酸化溶蝕造蚓孔及復配的高效添加劑解除乳化傷害、保持地層水潤濕，形成了針對伊拉克BU油田碳酸鹽巖儲層的復合解堵技術，如表2所示。

3 有機解堵體系的研發(fā)

常用的清除瀝青質(zhì)、石蠟沉積的方法是在油井中注入溶劑或分散劑，一般使用的溶劑為芳香族化合物如苯、甲苯、二甲苯等。二甲苯對瀝青的溶解能力優(yōu)于柴油、生物柴油、甲苯[2]。但由于二甲苯的閃點只有29 ℃，伊拉克夏季溫度可達55 ℃，現(xiàn)場施工安全隱患大，需要研發(fā)安全環(huán)保的有機解堵劑體系，見表3。

(1)新型綠色環(huán)保有機解堵劑：從蠟、膠質(zhì)瀝青質(zhì)分子結構入手，根據(jù)相似相容原理，并結合蠟、膠質(zhì)瀝青質(zhì)分散時類膠體溶液性質(zhì)，研發(fā)出有類似結構的有機解堵劑。新型綠色環(huán)保有機解堵劑溶瀝青質(zhì)速率高達0.04 g/min，溶石蠟速率大于0.02 g/min。閃點大于61 ℃，安全性高，屬于綠色環(huán)保藥劑。(2)新型有機垢抑制劑：依靠其與瀝青質(zhì)分子形成更穩(wěn)定的相互作用能或者形成空間位阻，從而破壞締合體中瀝青質(zhì)分子間的相互作用，達到抑制瀝青質(zhì)聚沉的效果。(3)有機解堵體系配方：有機解堵劑+有機垢抑制劑。

4 酸液體系的優(yōu)選

4.1 碳酸鹽巖儲層改造酸液體系

目前國內(nèi)外碳酸鹽巖儲層改造酸液體系有：膠凝酸體系、交聯(lián)酸體系、溫控變黏酸體系、清潔自轉(zhuǎn)向酸體系、乳化酸體系和聚合物泡沫酸體系等[3]。清潔自轉(zhuǎn)向酸體系對儲層傷害小，能對非均質(zhì)儲層有效改造?？紤]儲層滲透率極差>10，優(yōu)選清潔自轉(zhuǎn)向酸體系，通過體系增黏，降低酸巖反應速度和液體濾失速度，實現(xiàn)儲層的深部處理、均勻處理。酸液體系中復配高效破乳劑和潤濕反轉(zhuǎn)多效添加劑，解除乳化傷害，保持地層水潤濕。

表3 有機解堵體系性能指標實驗參數(shù)本有機解堵體系常規(guī)體系溶瀝青質(zhì)速率/(g/min)≥0.040<0.035溶蠟速率/(g/min)≥0.020<0.017表面張力/(mN/m)<28>32界面張力/(mN/m)<0.8>1.0瀝青質(zhì)抑制率/%>80不具備閃點/℃≥61≤48環(huán)保不含苯、甲苯含苯、甲苯

4.2 清潔自轉(zhuǎn)向酸體系

清潔自轉(zhuǎn)向酸體系配方：20%HCl+8%黏彈性表面活性劑+2%高溫緩蝕劑+1%鐵穩(wěn)劑+1%破乳劑+1%黏穩(wěn)劑+1%潤濕反轉(zhuǎn)多效添加劑。(1)黏彈性表面活性劑：酸液注入進地層時，優(yōu)先進入高滲透層，隨酸液的消耗，pH值升高，同時酸巖反應產(chǎn)生游離的二價金屬陽離子(Ca2+、Mg2+)。在pH值和金屬陽離子的共同作用下，黏彈性表面活性劑的結構發(fā)生變化，使體系黏度劇增，酸液在高滲透層的阻力增大，迫使后續(xù)酸液進入低滲透層，從而實現(xiàn)對酸液的分流轉(zhuǎn)向作用和儲層的均勻處理[4]。(2)潤濕反轉(zhuǎn)多效添加劑：界面活性優(yōu)異，可將油水界面張力降至10-2mN/m數(shù)量級；經(jīng)過潤濕反轉(zhuǎn)多效添加劑處理后，碳酸鹽巖表面由油濕轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂?；作為入井流體添加劑使用時可以降低恒定壓力下的水侵速度，并且通過降低油驅(qū)水的壓力，可有效解除水鎖傷害，具有良好的助排性能和防水鎖傷害的能力。

5 儲層改造工藝優(yōu)化

考慮到井筒堵塞嚴重，在施工工藝上需要確保井筒和儲層污染得到有效解除。解堵作業(yè)分兩步進行：有機解堵+酸化解堵。(1)有機解堵階段：連續(xù)油管注入并用旋轉(zhuǎn)噴頭清洗，連續(xù)油管下入過程中采用有機解堵體系循環(huán)清洗井筒，下入到射孔段后注入有機解堵體系浸泡井筒和近井地帶24 h，解除有機垢傷害，氣舉返排求產(chǎn)。(2)酸化解堵階段：油管注入，采用清潔自轉(zhuǎn)向酸及復配高效添加劑，通過溶蝕產(chǎn)生蚓孔，溝通遠處的縫洞系統(tǒng)，大幅降低表皮系數(shù)，進一步提高油井產(chǎn)量。

5.1 處理液規(guī)模優(yōu)化

儲層流體徑向流入井內(nèi)時，80%～90%的壓力損耗發(fā)生在井筒周圍10 m的范圍內(nèi)。酸化可使天然裂縫重新打開，并在井筒附近產(chǎn)生高滲流通道的酸蝕孔洞，碳酸鹽巖酸化常使表皮系數(shù)變?yōu)樨撝?，在相同的生產(chǎn)壓差下可大幅度增加單井產(chǎn)量。根據(jù)徑向流達西滲流公式，假設處理區(qū)域內(nèi)的滲透率為無限大，則有[5]：S=(K/Ks-1)ln(rs/rw)=-ln(rac/rw)。式中：S為表皮系數(shù)，無量綱；K為儲層滲透率，mD；Ks為儲層受傷害后滲透率，mD；rs為儲層傷害半徑，m；rw為井筒半徑，m；rac為酸化半徑，m。

通過此公式計算可得出不同處理半徑所對應的表皮系數(shù)，處理半徑越大對應的表皮系數(shù)越低。處理半徑為2 m時，表皮系數(shù)為-3.1，繼續(xù)增大處理半徑，表皮系數(shù)降低變緩，而每米油層用液量和成本則大幅增加。綜合考慮成本因素，優(yōu)選有機解堵處理半徑為2 m，酸化解堵處理半徑為3 m。

5.2 施工排量優(yōu)化

有機解堵施工排量：有機解堵體系根據(jù)相似相容原理溶解瀝青質(zhì)和石蠟有機垢，且采用1.75″連續(xù)油管注入(配套旋轉(zhuǎn)噴頭清洗)，注入速度不宜過快，排量設計為0.2～0.3 m3/min。

酸化解堵施工排量：通過軟件模擬，可得到不同注入速度下的二維徑向溶解孔隙度，見圖4。模擬結果可知注入速度對溶解形態(tài)影響很大。當注入速度較大時(圖4d)，形成均一溶蝕，雖然大部分區(qū)域都被溶蝕，但是無法得到足夠大的滲透率；當注入速度較小時(圖4a)，形成面溶蝕，溶蝕所需酸量大；當注入速度適當時(圖4b, 圖4c)，形成蚓孔結果與Frick等[6]所得實驗結果相吻合。蚓孔突破標志著注入酸穿透了污染區(qū)域，使井筒與未污染的地層相連，蚓孔成為高滲透通道，當蚓孔穿透傷害帶時，認為地層傷害完全得到解除。根據(jù)模擬結果優(yōu)選注酸排量1～2 m3/min。

a 注入排量0.5 m3/min b 注入排量1 m3/min c 注入排量2 m3/min d 注入排量3.0 m3/min

B-41井2016年6月—10月產(chǎn)量快速下降，產(chǎn)油量從240 m3/d下降為37 m3/d，鋼絲作業(yè)發(fā)現(xiàn)井下有機垢沉積嚴重，急需進行解堵作業(yè)提高油井產(chǎn)量。該井采用“有機溶解+長效預防+無機溶蝕”相結合的復合解堵技術進行現(xiàn)場作業(yè)，施工參數(shù)見表4。

表4 復合解堵施工參數(shù)有機解堵酸化解堵處理半徑2.0 m3.0 m處理液規(guī)模20 m3(其中6 m3處理井筒)35 m3作業(yè)方式連續(xù)油管注入+旋轉(zhuǎn)噴頭清洗油管注入注入排量0.25 m3/min1.2 m3/min

復合解堵施工后產(chǎn)量數(shù)據(jù)見表5。表中可以看出新型有機解堵體系解堵后產(chǎn)量大幅提升，增產(chǎn)效果明顯優(yōu)于常規(guī)溶劑，表明儲層中的有機垢已被清除。采用清潔自轉(zhuǎn)向酸酸化解堵后，產(chǎn)量進一步提高，表明酸液通過溶蝕產(chǎn)生蚓孔，溝通了遠處的縫洞系統(tǒng)，極大地改善了地層的滲流通道，大幅降低表皮系數(shù)。

表5 復合解堵后產(chǎn)量作業(yè)類型產(chǎn)量/(m3/d)作業(yè)前產(chǎn)量37常規(guī)溶劑解堵后54新型有機解堵體系解堵后195酸化解堵后291

該技術在現(xiàn)場累計應用20余井次，作業(yè)后單井平均增油量140 m3/d，作業(yè)平均有效期從之前的5個月延長到了12個月，增產(chǎn)效果顯著。

7 結論

(1)針對BU油田存在嚴重的有機垢沉積及其衍生的乳化傷害、潤濕性變化問題，提出了“有機溶解+長效預防+無機溶蝕”相結合的解堵方式，形成了針對伊拉克BU油田碳酸鹽巖儲層的復合解堵技術。

(2)考慮到井筒堵塞嚴重，在施工工藝上需要確保井筒和儲層污染得到有效解除，解堵作業(yè)分有機解堵+酸化解堵兩步進行。有機解堵階段采用連續(xù)油管注入+旋轉(zhuǎn)噴頭清洗，解除有機垢傷害，恢復油井產(chǎn)量。酸化解堵階段采用油管注入，通過清潔自轉(zhuǎn)向酸及復配高效添加劑，溶蝕造蚓孔，溝通遠處的縫洞系統(tǒng)，大幅降低表皮系數(shù)，進一步提高油井產(chǎn)量。

(3)BU油田井采用復合解堵技術進行施工后增產(chǎn)效果顯著。該技術在現(xiàn)場累計應用20余井次，作業(yè)后單井平均增油量140 m3/d，作業(yè)平均有效期從之前的5個月延長到了12個月。

(4)該技術的成功實施可為碳酸鹽巖或砂巖儲層存在類似有機+無機混合垢的解堵作業(yè)提供借鑒。