油水井王水酸酸化解堵技術及應用

高 磊，周亞東，孫 昆

(延長油田股份有限公司 永寧采油廠，陜西 延安 716000)

酸化工藝技術作為油田投產、增產措施，歷來受到油田的重視并得到了廣泛應用。油井酸化解堵主要是針對鉆井過程和固井過程的鉆井液和完井液以及水泥漿對油層的污染，水井增注主要是針對回注污水水質不達標對油層所造成的傷害，以解除近井地帶的堵塞為主要目的。長期以來，酸化工藝的實施都是借助于HCl、HF、磷酸、甲酸等有機酸和無機酸來溶解除外來形成的堵塞物、地層礦物分散形成的堵塞物、地層巖石礦物等，從而達到疏通油氣通道的目的。堵塞油層的原因很多，主要有有機物堵塞、無機物堵塞、微生物堵塞等。至今已形成了針對無機堵塞類型的酸化解堵、針對有機堵塞類型的復合解堵工藝系列。這些新工藝在現場已見到較好的增油、增注效果，經濟效益顯著。研制一種能解開上述多種堵塞物的新酸液體系，是有關研究人員一直致力研究的課題。

1 延長油田永寧采油廠開發現狀

1.1 永寧采油廠勘探開發歷程

志丹縣政府于1990年4月在無職工、無資料、無技術、無資金、無辦公場所的情況成立了永寧鉆采公司。公司依照“舊井墊底、貸款起步、以油養油、滾動發展”的方針，“優先開發永寧區塊、逐步向外推進”的工作思路。1991年至1992年布井13口，均在侏羅系獲得較好工業油流，取得了侏羅系勘探突破，從而確保永寧勘探開發新局面。1993年，公司借助三普勘探大隊，并邀請有關領導和石油專家進一步對志丹縣境內石油分布規律和今后勘探整體思路作了詳細的分析和論證，得出科學合理的指導思想。“開發永寧、探明雙河、勘探西川”使志丹地區石油勘探取得突破性進展，從而發現雙河長6油層整裝油田，紙坊長2油層含油區塊，杏河李家灣長6油層含油區塊以及金丁長6油層含油區塊，截止2006年底，累計完成探采井3435口，勘探面積2050 km2，探明地質儲量2.3×108t，累計完成原油產量590.38×104t，銷售收入101.95億元，實現利稅費50.58億元，上繳財政41.72億元，建成年產110×104t規模的國家中型油田(見表1)。

表1 勘探歷程年度表

1.2 勘探開發現狀

永寧采油廠共有五個含油區塊，分別為永寧含油區塊、雙河含油區塊、紙坊含油區塊、金丁含油區塊、杏河李家灣含油區塊。勘探面積2050 km2，其中探明區塊544 km2，控制1200 km2，爭議區面積306 km2，完成非地震物化探2336 km2，探明儲量23027.3 ×104t，可采儲量 3732 ×104t，完成各類鉆井3435口。目前采油井2932口，個別含油區塊以形成注采同步，集輸連接全方位開采的配套模式。

1.3 資源勘探現狀

目前共完成地質儲量計算共5個區塊，分別為雙河區塊、永寧區塊、順寧區塊、宜西溝區塊、稍園子區塊，共探明含油面積 264.5 km2，地質儲量23027.3 ×104t，可采儲量 3732 ×104t，并編制了相應的油田開發方案，完成非地震物化探面積2336 km2，發現一級異常37個、二級異常40個、三級異常32個，為了更進一步了解油層在空間上和平面上分布特征及富油規律，依托西安石油大學編制了《志丹縣侏羅系、三疊系沉積相》報告(見表2)。

2 永寧采油廠酸化技術的發展

2.1 酸化工作液研究

酸化工作液體質量的好壞可能決定油氣井酸化增產措施的成敗。酸化技術問世以來，人們不斷嘗試著將各種酸液體系用于施工。目前已發展完善了多種系列化的酸化工作液體系，可滿足不同儲層條件的施工需要。

酸化添加劑是酸化液研究的基礎。經過長期深入細致的配方研究和現場應用，永寧采油廠形成了改進性鹽酸解堵體系、耐高溫新型土酸體系、乳化酸體系、熱化學解堵體系、稠化酸體系、濃縮復合酸體系、互溶土酸體系、緩速酸體系等系列酸液體系，以適應不同地層條件的特殊需要。

2.2 酸化增產措施在油氣田勘探、開發中的作用

酸化是油田增產措施之一，油水井化學酸化解堵措施以其高效實用、施工工藝簡單、成本低廉等優點，成為近年來在一些油田最常用最有效的解堵增產措施。該措施能夠完全溶解油層內的無機污染物質，徹底清洗巖面上烴類及非烴類有機沉淀，改善油層的滲流能力。通過采取酸化措施，有效地去除地層油路通道的堵塞。

根據實驗數據統計分析表明，常規酸化措施能清除地層堵塞物的30%－40%，從而改善和提高了地層的滲透能力，增加油井產能。但常規酸化通常受到儲層巖性和堵塞物性質的制約，使得去除堵塞物效率低。特別是對于一些特殊巖性如變質巖、粗面巖、花崗巖，常規酸化效果較差。

硝酸粉末酸化工藝技術，是利用固體硝酸粉末與鹽酸以一定的比例混合后，生成氧化能力很強的氯化亞硝酰(“王水”，當 HNO3∶HCl=1∶3 時形成)。它能夠激烈地局部溶蝕巖石及其堵塞物，而不破壞地層結構，從而疏通油路，提高地層的滲透率.與常規酸化工藝技術相比，硝酸粉末具有解除無機物堵塞、暫堵、穿透深、二次污染小、解除油堵和水堵等作用。現場應用表明，該工藝技術不僅對碳酸鹽巖儲層有明顯的作用，而且對埋藏較深的粗面巖也具有較好的應用效果。

近年來，永寧采油廠在酸化研究領域大膽探索，把酸化工藝技術作為陜甘寧盆地各類儲層油氣井的投產措施和增產的有效手段。油水井酸化解堵技術的作用機理是，利用有機溶劑和表面活性劑，溶解蠟、膠質，使其形成低粘溶液，解除地層近井地帶的有機物堵塞;利用表面活性劑改變巖石表面潤濕性，解除因賈敏效應而引起的水鎖和氣鎖;利用添加劑穩定黏土，抑制黏土顆粒的運移和膨脹。該措施能夠完全溶解油層內的無機污染物質，徹底清洗巖面上烴類及非烴類有機沉淀，改善油層的滲流能力。

酸化增產措施在油氣田開發中的作用主要體現在以下幾方面:

(1)解除近井地帶污染堵塞，降低油氣流動阻力和生產壓差，增大油氣產量，提高開發速度和效益。

(2)溝通油氣富集區，增加儲量豐度和可采儲量，增大開發效益，保證可持續發展。

(3)利用酸壓改造低滲油氣藏，特別是碳酸鹽巖油氣藏，增加開發領域的采收率。

3 王水酸酸液體系的室內研究

通過資料調研我們認為要解決王水酸酸液體系對油管的腐蝕問題，不僅要解決H離子對鋼片的鐵離子的置換，還要解決它對鐵的氧化。經大量的室內研究，我們找到了一種特殊的緩蝕劑和現場施工工藝，已經很好地解決了緩蝕問題。

3.1 油層傷害原因分析

3.1.1 鉆井泥漿對儲層傷害試驗研究

室內研究結果表明:鉆井泥漿對巖芯傷害嚴重，對高滲透層的傷害大于對低滲透層的傷害。

3.1.2 傷害原因分析

(1)低孔低滲儲層的傷害。延長油田延安組屬低孔低滲儲層，孔隙喉道相對較小，連通率低，巖石礦物中蒙脫石含量較高。油田傷害的主要原因在于水敏性礦物的膨脹及賈敏效應，使油相滲透率降低。

(2)高孔高滲儲層的傷害。高孔高滲儲層孔隙喉道直徑相對較大，連通性好，泥交固體顆粒的粒徑絕大多數都小于層孔隙喉道直徑，固體顆粒較易進入儲層，造成近井地帶滲透率大幅度降低。

3.2 各類添加劑的研究和篩選

酸液添加劑，就是在酸液中加入除鹽酸、氫氟酸(或氟硼酸)以外的其他物質，以改善酸液的性能和防止酸液在地層中產生有害物質，使酸液更適合酸化目的的需要，常用的添加劑有緩蝕劑、穩定劑、絡合劑、表面活性劑、粘土穩定劑、緩速劑等。

為了改善酸液性能，防止酸液在油氣層中產生有害影響，又因地層組分的復雜性和王水酸液的特殊性，因此添加劑對酸化效果起著舉足輕重的作用。

3.2.1 緩蝕劑

緩蝕劑是指那些加到酸液中能大大減少金屬腐蝕的化學物質。其緩蝕機理是將緩蝕劑通過物理吸附或化學吸附而吸附在金屬表面，從而把金屬表面覆蓋，避免直接與酸接觸，使其腐蝕得到抑制。常用的緩蝕劑包括有機緩蝕劑和無機緩蝕劑。在酸性介質中使用有機緩蝕劑比無機緩蝕劑效果要好得多。以有機陽離子季銨鹽化咪唑啉為主體的復合型緩蝕劑，可在金屬表面定向排列，使金屬腐蝕受到抑制。通過大量的室內研究和篩選，我們研究出了適用于硝酸及王水酸緩蝕的緩蝕劑XH－1。試驗表明，在70℃的環境溫度、20%的硝酸濃度條件下，用N－80鋼片測出的腐蝕速率≤7.8 g/m2·h，該體系有良好的解堵性能。表明“王水”體系具有廣譜的解堵性能，適合用于地層溫度≤90℃的油水井解堵作業。

但是，我們必須認識到，即使最好的緩蝕劑也不能完全阻止酸對金屬的腐蝕。緩蝕劑只是起到允許酸液安全地通過泵、油管進入地層，保證這些設備的完整，不損害其使用壽命。在酸液中添加緩蝕劑，要掌握好尺度，一方面要保持酸蝕效果，另一方面也不能添加過量，否則會引起地層潤濕性變化(如油潤砂巖)，造成相對滲透率損害。緩蝕劑的油潤特性一直是酸化中要考慮的問題之一。

3.2.2 穩定劑

為了減少氫氧化鐵沉淀，避免發生堵塞地層的現象而加入的某些化學物質，稱為穩定劑。穩定劑能與酸液中的離子結合成能溶于水的六乙酸鐵絡離子，減少產生沉淀的機會。XLL－7具有防止鐵、鎂、鈣等離子在地層中沉淀，抑制鐵鹽沉淀的功效。

3.2.3 絡合劑

XLL－7具有防止鐵、鎂、鈣等離子在地層中沉淀，抑制鐵鹽沉淀的功效。

3.2.4 表面活性劑

酸液中加入表面活性劑，其作用主要是:降低界面張力，油酸脫乳，改變地層潤濕性，加速返排，防止殘渣形成。加入表面活性劑時必須保證它們與緩蝕劑及其它添加劑配伍。根據其作用，主要包括減阻劑，破乳劑，緩速劑，懸浮劑等。在基巖酸化中使用的各種物質應具有兼容性。尤其在酸液中添加了許多具有各種功能的表面活性劑。如果這些表面活性劑與其它添加劑不兼容，不但會失去作用，還會產生相反的作用。

3.2.5 粘土穩定劑

防止粘土膨脹的添加劑，主要有羥基鋁，氯氧化鋯，陽離子有機聚合物，聚胺，聚季胺等。

3.2.6 互溶劑

互溶劑是在酸化中常用的一類添加劑，之所以要選用互溶劑，是因為它既可在水基(如酸液)中溶解，又可在烴基(如原油)中溶解。酸液中添加互溶劑，可用來處理表面覆一層油膜的堵塞物損害，同時由于它有降低酸液表面張力的作用，可使殘酸容易返排，提高酸化效果。但另一方面，由于互溶劑會降低緩蝕劑的緩蝕效果，這樣必須增加酸液中緩蝕劑的用量。為了達到互溶劑使用效果，互溶劑的使用量一般為酸液體積的10%，這必須會增加酸化的成本，因此，在酸化中添加互溶劑應權衡以上利弊。

3.2.7 清洗劑

XLQ－3是針對原油含蠟、膠質瀝清質的特點開發的一種有機溶劑，能有效地清除有機垢，并能將CaCO3、鐵質等有機物轉化為水溶液的物質。

3.2.8 王水酸酸液體系綜合性能測定

酸液組成:15%HCl+25%HNO3+1.0%XLW－1穩定劑+1.5%XLL－7絡合劑+2%XH－1緩蝕劑+0.5%XLQ－3清洗劑+2%助排劑。

3.3 酸化工藝參數優選

酸化解堵主要分油層清洗和主體酸酸化兩部分。酸化工藝參數優選就是根據室內酸化試驗結果，優選在不同儲層條件下的前置液主體酸的用量及排酸量等酸化施工工藝參數。

3.3.1 前置液

前置液主要是低濃度酸、石蠟分散劑、破乳劑、緩蝕劑組成，其目的是在主體酸進入油層前，清除井筒，油管及炮眼附近的鐵銹、無機垢和蠟等形成的堵塞。為了將井筒周圍稠油推入地層深處，避免酸油接觸，形成酸渣。所以使用加防膨脹劑的清洗液，用量為0.5～1.5 m3/m。

3.3.2 主體酸

主體酸液由多元有機酸、膠束互溶劑、緩蝕劑、穩定劑、絡合劑、助排劑及其它輔助劑組成，主要原理是利用化學動力學的二級反應，酸液進入油層后緩慢釋放H+M，維持體系PH值在0.3以下，有效抑制Fe(OH)3、AL(OH)3和FeS等沉淀物的生成，避免酸敏的發生，同時在低PH值下，還可降低高氟絡合物離子濃度，減緩氟硅酸鹽等二次沉淀的形成。另外配方體系中含有粘土穩定劑，可有效抑制粘土運移和膨脹，含有的膠束互溶劑及其它表面活性劑，能有效解除膠質、瀝青質、蠟質等有機物垢的堵塞，并有助于反應后殘液的返排，提高滲透率增加產能。

通過模擬計算可知:當地層傷害較輕(S＜10)時，酸液用量為1.5～3.2 m3/m，排量為0.5～1.2 m3/min，酸后污染區的滲透率由5.2×10－3μm2恢復到45.6×10 μ ，增產倍比為8.76;當地層傷害較嚴重(S＞15)時，酸液用量為1.8～4.5 m3/m，排量為0.8～1.6 m3/min，酸后污染區的滲透率由5.78×10－3μm2恢復到38.5 ×10－3μm2，增產倍比為18.3。

3.3.3 隔離液

隔離液由清防蠟劑組成，其作用是解堵液和增能液在未進入儲層深部之前把它們分隔開等進入油層深部，隔離液逐漸失去作用時兩種液接觸反應生成大量的熱能和氣體，有利于把儲層的不動油變成可動油從儲層中擠入井筒。

3.3.4 后沖洗液

對于低滲透層酸化為了有效將殘酸推至地層深處，減少二次傷害，使用加防膨劑的后沖洗液，用量為1.24 m3/m，酸化后盡量快速返排。

4 現場應用效果及評價

4.1 現場施工工序

王水酸酸液體系現場施工工藝比較簡單，就是先將硝酸、鹽酸配制成同一濃度溶液，施工時先打三份鹽酸，后打一份硝酸，由此組成一個施工單元，每單元不超過10方，可視施工井的情況設計成幾個施工單元。

4.2 現場試驗情況

4.2.1 地理環境

雙河油田解胡莊(32 km2)區塊位于志丹縣境內，屬黃土塬地貌。地表為100～200 m厚的黃土覆蓋，地形復雜，溝壑縱橫，梁峁參差。地面海拔1350～1500 m，地表高差較大(約150～250 m)。氣溫變化大，四季分明，干旱少雨，屬內陸干旱型氣候。區內交通有延安—銀川主干公路縱貫油田，縣級公路沿溝、河、川呈樹枝狀分布，其余多為鄉村土路。

4.2.2 試驗結果

污水回注的注水井經過長期生產，井底存在有機和無機堵塞，造成注水壓力偏高，常規的酸化解堵無法清除堵塞。注水井儲層傷害的主要原因是有機堵塞(包括瀝青和石蠟等)、粘土礦物的水化膨脹、內源和外源顆粒造成的速敏傷害。

雙河油田解胡莊(32 km2)區塊是永寧采油廠的主力區塊，隨著油田開發的進行，該油藏污水回注井的注人壓力不斷上升，到1999年已經超過了17 MPa，接近地層破裂壓力;同時水井注人量也逐漸下降，影響了油藏的正常生產。因此對雙河油田解胡莊(32 km2)區塊的注水井進行常規鹽酸酸化解堵，隨后注水壓力有所下降，但短期內即恢復到酸化前水平。通過分析注水井巖礦、孔隙結構和注人水進行儲層傷害評價，對注水井采用王水酸酸化解堵工藝，解除了常規酸化無法解除的有機和無機結垢，清除了地層堵塞，使注水壓力大幅度下降，保證了油藏的正常生產。

年永寧采油廠采用王水酸解堵技術進行現場施工6井次，其中油井3井次，注水井3井次，均見到了較好的效果，2003年采油廠采用該項酸化工藝現場施工2井次，其中油井和注水井各1井次，均見到了較好的效果。表3是2003年采油一廠王水酸酸化解堵技術現場試驗情況。

4.3 試驗效果評價

截至2003年12月15日，王水酸酸化施工后順8井平均增油0.87噸/天，累計增產油量71.34噸，有效期達到82 d;注水井雙68酸化后的日注水量不僅滿足了地質配注要求，而且注水壓力平均下降了4 Mpa以上，該井的注入壓力從酸化前的16.7 Mpa降低到了酸化后的12.5 Mpa，日注水量從原來的36 m3/d上升到57.8 m3/d，酸化有效期達到81 d，至今還有增注效果，獲得了較好的經濟效益。

5 結論

(1)王水酸酸液體系主要適合于鉆井用各種防濾失添加劑;完井、修井引起的傷害等;油井長期生產產生的結垢、有機堵塞等;水井長期注水形成的水垢、雜質堵塞等;油水井調堵引起的傷害堵塞等，或解除調堵物等。

(2)王水酸酸液體系對一些難溶物質的溶解能力遠遠大于其它酸液，能夠改善現行酸液體系的解堵效率，具有很好的應用前景。

(3)該項技術的應用為解決注水井污染問題，為老區挖潛、提高油田的最終采收率將起到十分重要的作用。

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