提高油井酸處理效果的途徑

胡業文 馮鼎 馮耀忠 (中國石化勝利油田分公司純梁采油廠)

提高油井酸處理效果的途徑

胡業文 馮鼎 馮耀忠 (中國石化勝利油田分公司純梁采油廠)

油井酸處理是一種主要的油井增產方法。論述了影響油井酸處理效果的因素,酸處理的改進措施,以及俄羅斯研制并成功采用的特低滲透層、碎屑巖地層完井、泥侵地層和油水井的鹽酸和聚丙烯酸處理等新工藝。

增產處理 酸處理 新工藝效果 措施

油田開發實踐表明,酸處理是油井增產、水井增注和提高采收率的一種重要方法。但是,從對油井酸處理的技術經濟評價可以看出,其成功率僅為51%～58%,有效期為2.7～4.1個月。為了提高油井的酸處理效果,必須搞清影響油層酸處理效果的地質礦場因素,然后針對油層的具體情況,采取切實可行的油井酸處理改進措施,并不斷開發和推廣應用油層酸處理增產新工藝。

1 影響油層酸處理效果的地質礦場因素[1]

為了提高油層的酸處理效果,首先必須確定油井的地質礦場狀況、近井地帶地層的地質和地球物理條件等影響酸處理效果的因素,評價這些因素的重要性和確定酸處理成功因素的最佳值和邊界值。通過對該問題的長期研究,得出了如下結論:

◇對目前產量為其最高產量的1%～60%的具有增產潛力的產量不太高的油井,進行酸處理的效果較好。

◇對含水為0%～15%和70%以上的油井進行酸處理效果較好,在酸液中添加非離子和陰離子表面活性劑,可提高含水為30%～60%油井的酸處理效果。

◇在酸組分中添加陽離子活性劑憎水劑,包括憎水劑的烴溶液,可大幅度提高含水高于30%油井的酸處理效果。并且,憎水劑對滲透率大于0.1 μm2的高滲透層的酸處理有良好的效果。

◇多次壓井的油井酸處理效果均有所下降,這時最有效的方法是采用含憎水劑的土酸,因為它可將進入地層近井地帶的壓井液由地層中排出。

◇添加憎水劑的土酸,包括憎水劑的烴溶液,對有6～8個小層的多層非均質地層的油井進行酸處理效果較好。

◇添加非離子和陰離子表面活性劑的土酸對于低含砂 (15%～26%)、低孔隙度 (14.9%～19.0%)和滲透率0.001～0.02μm2的低滲透地層的油井有效,其原因是其中的非離子和陰離子表面活性劑的綜合作用可酸蝕地層,并可從地層中排出殼狀綠泥石膠結物;

◇添加憎水劑的土酸,對于平均含砂為39%～70%、孔隙度為18.6%～22.7%的高滲透層油井比較有效。憎水劑烴溶液對于高含砂 (70%～93%)和高孔隙度 (20.7%～23.6%)地層的油井有效,因其中的憎水劑可由油井的近井地帶排出束縛水,增大地層的滲濾厚度。

◇在酸液中添加非離子和陰離子表面活性劑,可顯著提高高含油飽和度 (60%～80%)地層油井的酸處理效果。

2 改進油井酸處理的措施[2]

為了提高油井的酸處理效果,必須針對油井的具體情況,采取切實可行的油井酸處理改進措施,使酸液可處理低滲透油飽和小層,降低酸巖反應速度,最大限度地穿透地層的近井地帶。此外,還應保證酸巖反應后不會產生二次沉淀并且采用價廉易購的原料。

為此,人們進行了一系列物理-化學研究和礦場實驗,提出了以下油井酸處理改進措施:

◇對于低含水油井,采用含表面活性劑或一元醇和多元醇的酸液進行酸處理,以提高酸處理效果。

◇為了使中等含水油井酸處理后增產和防止含水上升,可首先對油井進行聚二醇或聚甘油預處理,然后再進行酸處理。它最適合于含水為30%～60%的孔隙型地層油井的酸處理。

◇含水低于30%的低產油井的結蠟可使油井減產30%～60%,這時最有效的措施是向地層順序注入烴溶劑、酸化液和烴溶劑。注入的第一批芳香烴可有效地清蠟,提高酸與油飽和井段巖石的反應速度,后續的烴溶劑處理,可提高地層近井地帶的含油飽和度,使油流易于流入井底。

◇對于灰巖地層的高含水油井,可采用同時進行選擇性堵水和酸處理的方法。這時可采用將軟泥添加到油中,靠磺酸鹽活性劑、白堊土和氫氧化鈣粉末穩定的高黏乳化液作堵水劑。它具有塑性流變性和極高的抗剪切能力,它只沿裂縫和大孔道滲濾,可封堵裂縫和孔隙出水。而且,其烴外相還可與原油互溶,降低原油黏度,使原油無殘余阻力的滲濾。采用該方法對油井進行先堵水后酸處理的作業,可在封堵水滲濾的大裂縫和大孔道之后,向低滲透油飽和地層擠入酸液和烴溶劑,提高酸處理效果和原油在孔隙介質和裂縫網絡中的流動性,使油井增產和降低含水。

3 油井酸處理新工藝

為了提高油井的酸處理效果,目前人們已成功開發出特低滲透層、碎屑巖地層完井、泥侵地層和油水井的鹽酸和聚丙烯酸處理等新工藝,并進行了應用。

3.1 特低滲透層酸處理[3]

特低滲透層儲量的開發和機理的研究表明,影響特低滲透層有效開采的不利因素如下:

◇地層的滲透率特低,使油氣水的滲濾阻力增大,通常發生在半徑為2 m的近井地帶地層的壓力損失,可達流體滲濾總壓力損失的50%以上。

◇油井生產時的地層溫壓狀態破壞,可使井底壓力降至低于原油飽和壓力,導致油井和地層結蠟。

因此,要有效開采特低滲透層儲量,就必須消除地層的趨膚層和提高近井地帶的滲透率,達到地層-油井系統的水力學完善。

從理論上講,提高地層滲透率的最有效化學劑是土酸,但其酸巖反應速度完全取決于相間接觸表面。由于地層的滲透率特低,地層近井地帶又有可能被機雜和結蠟堵塞,或被油或水飽和進入,發生黏土膨脹,因此有一部分孔隙是封閉的,土酸根本不能進入。

為了提高酸處理效果,俄羅斯研制成功了一種化學-壓降增產處理新工藝。其實質就是用土酸、不同親油親水平衡值的有機溶劑、黏土穩定劑、緩蝕劑和破乳劑等組成的酸液處理地層,并用較大的壓差從地層中排出反應產物。

為了選擇最佳的酸液配方,必須首先對處理層進行研究,確定儲層的礦物成分、黏土類型和含量,地層巖石的滲濾和物理機械性能等。然后確定采用的酸液組分和由地層中排出反應產物的最佳條件。

這時采用的酸液為:15%～22%的鹽酸、2%～5%的氫氟酸、適量的有機溶劑、緩蝕劑、破乳劑和憎水劑等。其中的酸液濃度可根據地層礦物組成以能保證溶蝕和分散地層巖石和表皮中的硅酸鹽、碳酸鹽和黏土礦物來選擇。這時,可選用烴類作溶劑。根據地層中占優勢的黏土礦物,選擇黏土穩定劑。另外,還須在酸液中添加少量的緩蝕劑、破乳劑和憎水劑以便溶解地層結蠟和油膜,使酸組分同地層巖石充分反應。同時防止地層黏土膨脹、乳化液堵和水堵等。

該工藝的施工過程比較簡單,首先在礦場將計算量的鹽酸、氫氟酸、有機溶劑、黏土穩定劑、緩蝕劑、破乳劑和憎水劑等與要求數量的水配制成酸液并注入地層,關井反應確定的時間。最后向井下注入惰性氣體,并用噴射泵或抽吸等方法,在建立較大壓差的情況下,由地層中強制排出反應產物。

到目前為止,俄羅斯已用該工藝處理了80余口油井,處理后油井的平均產油量上升了4.7～13.5倍,平均有效期為204天,每注入4～6 m3酸處理液,可平均累計增油490 t。

3.2 砂巖地層完井時的酸處理[4]

在打開地質物理性能復雜的地層時,在其近井地帶會形成難以排除的由地層淤積、黏土膨脹和其他可大幅度降低油井產能因素造成的堵塞。并且這類地層大多是孔隙類地層,具有低滲濾吸收性能、大的巖石滲濾吸收表面、高泥質含量,及由泥漿和其他措施液體滲濾形成的地層淤積。此外,也會因地層親水和水合作用使其滲透率下降。因此這類地層的原油儲量可以認為是難采儲量。

為了優化這類砂巖地層的酸液配方,用巖心實驗裝置對其進行了實驗,以確定最有效的酸液組成、每米地層的用酸量、巖石的酸溶動態、地層滲透率提高程度以及最佳酸巖反應時間。結果表明:

◇由4%HF+14%HCl+4%CH3COOH+1% ABS(烷基苯磺酸鈉)組成的酸液,有足夠高的酸巖反應速度,其中的醋酸可防止反應產物在近井地帶沉淀,ABS可降低地層的親水性和水合作用,使反應產物易于從地層排出。其結果是可使地層的滲透率有較大的恢復。

◇對于滲透率為0.01～0.05μm2、孔隙度為9%～13%的滲濾吸收性能較低的砂巖地層,注入的土酸體積可采用0.5～0.6 m3/m。對于滲透率為0.05～0.1μm2、孔隙度大于13%的較高滲濾吸收性能地層,可將用酸量適當提高至0.715～0.75 m3/m。

◇土酸與地層的反應時間應隨注酸壓力的降低而適當延長,可由低滲透層的8 h延長至較高滲透的低泥質含量地層的12～14 h,以保證地層黏土的最佳溶解和分散程度,防止反應產物對地層造成二次堵塞。

◇應以 3.5～3.8 L/min的排量將酸液注入地層。

目前,俄羅斯已用該工藝處理了7口油井,處理后所有的井平均產油量增加了1.5倍。其中有的油井處理后增產了3.5～72 t/d。處理的成功率為100%。

3.3 泥侵地層酸處理[5]

油田的實際生產表明,鉆井時鉆井液濾液會進入地層的近井地帶;注入水與地層水的礦化度不同,特別是注淡水時會使地層黏土膨脹;地層溫度和壓力下降時,會引起油井和地層結蠟。所有這些因素均會使油井的常規酸處理效果下降。為了提高這類泥侵地層的酸處理效果,必須采用新工藝。

研究結果表明,用于清除泥餅的化學劑應包括各種無機和有機化合物,如可沖洗地層黏土的溶劑和表面活性劑。其作用機理是活性劑可吸附在黏土表面,降低水同黏土陽離子接觸的可能性,可有利于分散的黏土由地層中排出,但是其效果也不太理想。其原因是溶解黏土的酸會快速進入高滲透小層的微孔,不能波及低滲透小層。因此,這時較高效的工藝是應對地層進行多級處理,以清除泥餅、清淤和沖洗出黏土顆粒。

該種新工藝的實質就是順序交替地向地層注入酸和堿組分。其中的酸組分是土酸、溶劑、表面活性劑;堿組分為堿和必要時添加的表面活性劑。采用該工藝可溶解和分散由鉆井液帶入地層孔隙介質的黏土顆粒并使其脫水,部分溶解地層的膠質-瀝青質-石蠟沉積。最后將分散的黏土顆粒和各種堵塞污染物由地層中排出。

該工藝的實施可分三個階段:

◇油井準備:評價油井生產的可能性,檢查井下設備和井底狀況,必要時可洗井和沖洗井底。

◇工藝實施:按照設計的注入順序和劑量,注入設計濃度和體積的化學劑。

◇抽吸投產:待油井生產正常后再進行試井。

目前,俄羅斯已用該工藝處理了7口油井。實驗前油井的產油量在2～2.5 t/d之間,含水為0%～44%,地層壓力為13～15.6 MPa。注入的化學劑量由地層射孔厚度確定,在12～25 m3之間。處理后油井增產1.3～4.2 t/d,4口井的含水未變, 1口井的含水下降23%,處理的成功率為100%。

3.4 油水井的鹽酸和聚丙烯酸處理[6]

灰巖地層的主要組分是碳酸鹽,它可很好地溶于酸。因此,用于恢復和提高灰巖地層近井地帶滲透率的主劑是鹽酸,通常采用的鹽酸濃度為8%～15%:其中,用于砂巖和灰巖地層的濃度為8%～10%,用于低壓高滲透灰巖的濃度為10%～12%,用于高壓低滲透灰巖的濃度為12%～15%。不推薦采用更高的鹽酸濃度,因為強烈的腐蝕最終會堵塞地層。

其處理效果由添加的組分確定,鹽酸可溶解和排出灰巖成分。而聚丙烯酸的有機羧酸水解,可使黏土物質失去層間水,發生結晶畸變,使含大量的K+、Na+離子的黏土失去膨脹能力。這已被在油水井處理前后對其高效液態色譜圖研究和對地層的灰質和泥質的折射研究所證實。

由于在近井地帶,該種化學劑和鹽酸會發生有機羧酸的脫羧基水解反應:

這時,地層淤積物就可起到反應催化劑的作用。由CO2形成的高壓差,可使地層的堵塞物質破壞和沉積破裂,形成易于運移的物質,從而可被注入水擠入地層,或由近井地帶采出地表。

用該種新工藝處理地層的特點是,首先進行分解和排出近井地帶堵塞物的處理,然后再對其進行強化油流或提高吸水能力的處理,還可在最低滲透小層發生反應,從而可使整個地層的吸水能力和產油量增加。

采用該新工藝綜合處理油水井的實驗在俄羅斯的肯基亞克油田進行。首先對注水井3109井進行了綜合處理。該井的井深為400 m。井身結構:表層套管245 mm×116 m,生產套管168 mm×397.8 m,人工井底387.8 m,射孔段376～371、374～369、361～358、355～351、342～339、321～316.5 m。井下設備:喇叭口293 m;油管73 mm×293 m(31根)。并在處理前測試了該井的吸水能力,在4 MPa的壓力下為100 m3/d處理后該井的吸水能力增加到1.5 MPa壓力下的540 m3/d。

后來又用該新工藝處理了油井8301井。井底深度為4 302 m。井身結構:表層套管339.7 mm ×1 225.42 m,技術套管244.5 mm×3 768.07 m,生產套管168.3 mm×3 200.10 m,139.7 mm ×3 200.11 m。射孔段為4 296～4 392 m。該井下入88.9 mm(0～2 205 m)和73 mm(2 205～4 205 m)油管。處理后該井的產油量由70 t/d上升到120 t/d。

4 結論與建議

在對油井進行酸處理前,搞清油井酸處理效果的影響因素,針對油井的具體情況,采取改進酸處理的措施和采用特低滲透層、低滲透砂巖地層、砂巖地層完井和泥侵地層的酸處理新工藝,可大幅度提高油井的酸處理效果和原油采收率。

建議國內各油田和科研單位,能借鑒這些油井酸處理新工藝,改進和完善國內的油井酸處理工藝,提高油田開發晚期的開采效果和最終采收率。

[1]Р а х м а а н г у л о вКХ,ид р.Г е о л о г о-п р о м ы с л о в ы еф а к т о-р ы,о п р е д е л я ю щ и еэ ф ф е к т и в н о с т ик и с л о т н ы хо б р а б о т о к с к в а ж и н В а т ь е г а н с к о г о м е с т о р о ж д е н и я[J].Н е ф т я н о е Х о з я й с т в о,2000(7):44-46.

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[5]В е р д е в с к и й Ю Л,ид р.Н о в а ят е х н о л о г и яо б р а б о т к и п р и з а б о й н о й з о н ы с к в а ж и н в з а г л и н и з и р о в а н н ы х к о л л е т о р а х[J].2000(11):29-31.

[6] М е д в е д е вА Д,ид р.П р и м е н е н и ек о м б и н и р о в а н н о й т е х н о л о г и ио б р а б о т к ис к в а ж и нк о м п о з и ц и е йн ао с н о в е с о л я н о йк и с л о т ы ир е а г е н т а П А К[J],2008(1):94-95.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.10.005

2009-09-13)