二氧化碳復合酸化解堵技術的研究及應用

劉紅力

中國石油遼河油田分公司 沈陽采油廠 （遼寧 新民 110316）

油田生產過程中，由于原油的非烴及石蠟組分的沉淀，在孔隙的表面形成吸附層，導致異常高黏度石油分隔層的形成，造成近井地帶污染，大大降低了近井地帶的滲透率，在開發高黏度原油時，表現得更為明顯[1]。水井注水過程中，水中懸浮物質微粒、原油及其它有機難容污染物逐漸堵塞孔隙導致近井地帶的滲透率降低。油田開發的各階段，近井地帶解堵是現有絕大多數油、水井措施工藝的主要手段。

中國石油遼河油田沈陽采油廠是高凝油油田，原油含蠟量高、凝固點高，外來液侵襲易造成近井地帶冷傷害。沈陽采油廠工藝技術人員之前根據沈陽采油廠原油物性研制了自有的溶劑酸解堵技術，現場試驗取得了明顯效果。但隨著油田的開發，油藏發生了較大的變化，主要表現為地層壓力下降，油層縱向上含油飽和度不均衡，常規的溶劑酸解堵技術難以全面解除縱向上的油層堵塞，且殘酸返排率低，嚴重影響了酸化解堵效果，使得該技術應用范圍受到限制。為此，需要尋求一種新的酸化體系來解決目前存在的問題。

針對上述情況，研究出一套利用CO2“超臨界液體”特性，復合酸解堵技術。

1 技術原理

1.1 液態氣化形成CO2獨立相增加地層能量

常溫常壓下CO2液態與氣態的體積比約為1:400，當CO2注入井底時，由液態變為氣態，體積迅速膨脹，可以短時間內增加油井近井地帶的地層能量，封堵高滲透油層，使后期復合解堵液在縱向上實現均勻布酸，在返排階段提高殘酸的返排率，減少2次沉淀的污染，并在返排階段對油層堵塞物有較強的沖刷作用，起到一定解堵效果[2]。

1.2 CO2溶于水形成弱酸

CO2易溶于水，可導致水的黏度增加，流動性降低，從而使油水的黏度比隨著水的流動性的降低而降低。CO2溶于水之后形成碳酸水，有一定的酸化作用，可提高儲層的滲透性，使注入井的吸收能力增強。室內試驗表明，砂巖滲透率可以提高5%～15%，白云巖滲透率可以提高6%～75%。同時，CO2溶于水后，可降低油水的界面張力，提高驅油效率。

化學方程式：CO2+H2O=H2CO3

其生成的弱酸可以起到一定的解堵作用。

1.3 CO2溶于原油中促使原油膨脹、降黏、降低析蠟溫度

CO2在原油中的溶解度高，因體積膨脹，油相滲透率提高，致使驅油效率提高6%～10%。CO2溶于原油中，能大幅度的降低原油的黏度，促使原油流動性提高。高凝油油藏CO2高溶解度還可降低原油的析蠟溫度。經實驗表明，溶解CO2后，靜35塊原油的析蠟溫度由55℃下降到46℃。

1.4 CO2的注入能使殘余油飽和度明顯降低

CO2的注入能很大程度影響相滲曲線特征，最終使殘余油飽和度明顯降低。因為CO2在油水系統中有很好的擴散作用，而使CO2在油水系統中得以重新分配和相系統平衡穩定。

1.5 CO2超臨界液體特性

在對CO2的物理化學性質研究過程中發現，在一定的溫度和壓力下，其氣體的密度呈跳躍式猛增，十分接近液體的密度；黏度近乎于氣體黏度，這種狀態的氣體叫超臨界液體。這種超臨界液體是油氣開發中的理想試劑，在地層的壓力和溫度下可以控制這些液體的密度[3]。

研究成果表明：

（1）把水中溶 5%～10%的 CO2時，其黏度增加20%～30%，流動性降低1/2到1/3。

（2）把CO2溶于石油時，油水界面張力降低，原油黏度降低30%～60%。

（3）當CO2溶于石油及水時，原油的體積增加。

1.6 CO2超臨界復合解堵液性能特點

（1）處理反應自身溫度可由室溫升至90℃。

（2）1體積的化學劑可產生40體積的氣體。

（3）對堵塞物的溶解率可達80%。

（4）粘土防膨率可達100%。

1.7 CO2超臨界復合解堵液技術介紹

該處理液由預處理液1、預處理液2、處理液1、處理液2組成，把它們按一定的次序分批定量交替注入地層，在地層發生一系列互補性很強的化學反應，從而解除地層堵塞。注入的次序如下：預處理液1、CO2、預處理液 2、處理液 1、處理液 2、預處理液1、預處理液 2、處理液 1、處理液 2、預處理液 2、頂替水。

2 現場實施情況

實施選井條件：①油井井況良好，套管完好，油井不出砂；②油層含油飽和度大于50%；③油層滲透率大于200×10-3μm2,孔隙度大于18%；④油井圈閉性好，注入過程不會發生氣竄；⑤射開厚度18～35m，油層相對集中，最大單層厚度大于5m；⑥地層無邊、底水突破、錐入。

2010年以來現場實施CO2復合酸化解堵技術施工酸化9井次，目前累計增油1 547t。從儲層物性看，巨厚塊狀油層的沈257塊效果比薄厚互層油層的法哈牛塊好，措施效果顯著，可見油層發育越好措施效果越好（表1）；從原油物性看，凝固點越高降黏效果越好。

表1 2010年CO2復合酸化解堵效果表

效果較好的是沈257-12-K022井，該井是沈257砂巖區塊一口生產井，所在區塊為低滲砂巖區塊，生產井段 2 883.35～3 022.3m，67.5m/16層。該井當時低產，在2010年壓裂初期效果很好，后期產量遞減嚴重，判斷地層在生產過程中因為膠質、瀝青質析出堵塞滲流孔道。前期通過注入CO2，增強地層能量，使后期復合解堵液在縱向上均勻酸化，增強返排，同時CO2在返排過程中對油層堵塞物有較強的沖刷作用；用酸及溶劑對油層近井地帶進行處理，通過酸對油層巖石的腐蝕作用，提高油層的滲透能力。該井于2010年10月30日施工，施工前期注入5t CO2，壓力為 0MPa、4MPa、8MPa、12MPa；隨后按流程注入復合解堵液100t，頂替水15m3，壓力為12MPa、11MPa、10MPa，停泵壓力8MPa。說明通過前期注入CO2實現了短時間內提高地層壓力，使后期復合解堵液在縱向上均勻分布，后期酸化壓力下降2MPa，說明起到了一定的酸化解堵效果。措施后初期日增油3.1t，目前日增油4.6t，累計增油364.7t，從表1的統計結果看，大部分井注入CO2后解堵都見到增油效果。

2010年現場實施9口井，投入費用144萬元，累增油1 547t。原油按0.333 2萬元/t計算,創產值515.5萬元,創效益371.5萬元。

針對沈陽采油廠目前地層壓力遠低于原始地層壓力，縱向上酸化不均勻，殘酸返排率低的特點，CO2復合酸化解堵技術為目前的酸化解堵體系尋求到一條新的途徑。前期通過注入CO2可以短時間增強近井帶能量，使后期復合解堵液在縱向上均勻分布，最大程度解除全井段的油層堵塞，在酸化后提高殘酸的返排率，并在返排過程中對油層堵塞物有較強的沖刷作用，從而提高了酸化解堵效果。

3 結論及建議

（1）CO2復合酸化解堵技術在沈陽采油廠的成功應用，使常規酸化所帶來的殘酸返排不及時、2次沉淀污染嚴重等問題得到了有效控制，提高了措施成功率。

（2）該項技術適合沈陽采油廠目前的酸化形勢，有較好的適應性，為沈陽采油廠酸化解堵技術尋找到一條新途徑。

（3）做好酸化措施前選井工作及經濟效益評價。做好單井措施效果及經濟效益預測，有針對性實施該項措施。

[1]王先榮.沖擊波解堵在中、低滲透油藏中的應用[J].海洋石油,2005,25（2）.

[2]賈選紅.復合解堵技術在遼河油區的應用[J].特種油氣藏,2005,12（6）.

[3]徐占東.復合泡沫酸解堵技術的研究與應用[J].江漢石油學院學報，2004,26（3）.