鎮北油田致密儲層注水井復合酸化技術

高翔 蔣建方 趙珊

中國石油大學(北京)提高采收率研究院，北京102249

鎮北油田致密儲層注水井復合酸化技術

高翔 蔣建方 趙珊

中國石油大學(北京)提高采收率研究院，北京102249

鎮北油田存在常規酸化注水井注入壓力高，二次沉淀嚴重問題。針對長慶鎮北油田復雜巖性地層的特征和以往注水井酸化效果，進行解堵方案分析，拓展復合酸化技術在注水井中的應用，研究適應長3、長8儲層的酸化液配方，并通過模擬程序“頂替液→油田回注水→前置酸→主體酸→后置酸→頂替液”進行評價。結果表明，注入水和前置液都會對巖心滲透性造成傷害，主體酸可以對巖心中的部分可溶礦物進行溶蝕，與注入水中的微粒等發生反應，使得巖心的滲透性得到較好的恢復和提高，后置酸液通過維持體系pH值防止二次沉淀發生。礦場應用表明，酸化解除了儲層傷害，3口試驗井酸化過程中施工壓力明顯降低，降壓幅度明顯高于以往酸化井，取得較好的酸化效果。

注水井;二次沉淀;復合酸化;模擬實驗;礦場應用

0 前言

鎮北油田是隴東油氣相對富集的眾多區塊之一，長3、長8儲層均是本區三迭系延長組的主力油層，屬于砂巖儲層。長3層注水井初期注入壓力11.3～18.2 MPa、平均15.5 MPa。此次酸化施工前，注入壓力在14.6～21.6 MPa之間，平均18.07 MPa。長8層初期注入壓力16.5～19.8 MPa、平均18.34 MPa，平均日注水量20 m3/d，此次酸化施工前注入壓力平均17.44 MPa。可見，注水壓力較高，注水壓力的上升速度較快。鎮北長3儲層氣測滲透率0.21×10－3～27.40×10－3μm2，而鎮北長8儲層氣測滲透率0.10×10－3～7.35×10－3μm2，有一定差異。鎮北油田長3儲層巖性為灰褐色中細粒長石質巖屑砂巖，填隙物以鐵白云石為主，平均含量3.6%，次為硅質和水云母;長8儲層巖性為灰綠色、褐灰色中細粒巖屑質長石砂巖，填隙物以鐵白云石為主，平均含量3.8%，次為綠泥石和水云母。

從以上儲層概況可知，儲層屬于中低孔、特低滲物性特征。以往對水井進行酸化施工，規模大，酸化水平高，取得一定效果，但滿足不了現場注水要求，說明儲層特性差，存在水敏效應引起的黏土膨脹和酸化過程中產生的二次傷害。

1 解堵方案分析

鎮北油田是長慶油田低滲、特低滲主力油田之一，長期的注水過程導致了不同程度的注入水傷害和地層潛在傷害，直接影響了注水效果。以往在鎮北地區進行了大量施工，雖然有一定效果，但仍不能滿足生產需求，同時也存在配方適應性、科學性的技術問題，需要進一步開展適合儲層地質特點的減少酸化二次傷害的低傷害配方體系［1］。

用與地層配伍性良好的酸體進行正確的酸化施工順序是解除近井傷害、降低注水壓力、提高注水效率的有效辦法，稱為復合酸化技術［2］。復合酸化技術在采油井有著廣泛的應用基礎［3－8］，但對于注水井應用較少。常規酸液可以有效解除由注入水引起的水敏、鹽敏以及微粒堵塞、原油堵塞、細菌代謝物堵塞等傷害，而含有緩速酸的后置酸可以很好地控制體系pH值，預防二次沉淀的產生。另外，還可以用互溶劑、破乳劑解除有機堵塞、乳化、水堵等有機傷害，也可以加絡合劑絡合高價陽離子，預防或消除沉淀。所以在闡述砂巖基質酸化液體體系選擇的基本原則和方法的基礎上，通過酸化用添加劑的評價優選，提出適合于鎮北長3、長8儲層水井酸化用配方，并通過物理模擬試驗，對優化的酸液配方進行適應性評價。

2 實驗儀器與方法

2.1 酸液優選實驗

為了確定備選酸液體系對巖心的溶解能力，進行酸巖溶蝕實驗［9］。實驗過程如下:將巖樣粉碎，過100目篩，稱取1 g巖心粉末加到20 mL的不同酸液中，70℃恒溫水浴，按實驗設計的不同時間取出巖樣，水洗、烘干、稱量，計算溶解率。

2.2 緩蝕劑優選實驗

酸化是在高溫、高壓、強酸性環境下進行的工程作業，極易造成對施工設備、器具、井下管串的腐蝕，以及鐵離子對地層造成的堵塞性傷害［10］。需要按行業標準對所用材料的緩蝕性能進行評價。

本次緩蝕劑的性能評價主要采用CC 10－S型高溫高壓動態腐蝕儀，基于行業標準SY/T 5405－1996《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》［11］進行實驗。

2.3 Fe3+穩定劑優選實驗

酸化過程中的鐵離子在一定pH條件下(主要在酸后返排過程中和后續生產過程中)，會形成氫氧化鐵白色絮狀沉淀物，堵塞孔隙吼道，造成儲層傷害。因而需要減少酸液中游離態Fe3+，可通過Fe3+穩定劑，使之形成處于溶解狀態的螯合物［12］。

主要采用高溫高壓容器和原子吸收光譜儀，根據SY/T 6571－2012《酸化用Fe3+穩定劑性能評價方法》進行實驗。

2.4 防膨劑優選實驗

黏土礦物中包含一些易分散脫落和遇水膨脹的成份，酸化過程中，酸液與儲層中的這些黏土礦物接觸時，存在著黏土礦物的水化膨脹、分散、運移，導致地層滲透率降低。在酸化施工中一般加入黏土穩定劑抑制顆粒的脫落和黏土的膨脹，以提高酸化效果［13］。

用試驗篩準備直徑為0.5 mm的巖心粉末，然后根據不同配方配制含黏土穩定劑的溶液備用，參考SY/T 5971－1994《注水用黏土穩定劑性能評價方法》及SY/T 5762－1995《壓裂酸化用黏土穩定劑性能測定方法》進行測定，采用NP－Ⅱ型頁巖膨脹測定儀測定黏土膨脹及防膨劑的防膨效果。

2.5 破乳劑性能優選

酸液、水等與地層原油接觸、混合，在極性電荷的作用下，常發生原油的乳化現象。乳化狀物的黏度比原油高，流動性差，造成乳堵，使酸液注入和返排變得困難，不利于酸化，影響原油的生產。因此酸化液應具有一定的破乳能力［14］。

根據SY/T 5281－2000《原油破乳劑使用性能檢測方法》及SY/T 5580－2007《油田用原油破乳劑、采出水處理劑技術管理規程》進行實驗，記錄結果。

2.6 流動模擬實驗

實驗方法參照SY/T 5358－2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》，利用短巖心酸化流動實驗儀器。通過設定驅替流程:NH4Cl→油田回注水→前置酸→主體酸→后置酸→NH4Cl，評價復合酸化效果，分析酸液對注入水造成的傷害的消除能力以及酸液對巖心滲透性的改善作用。實驗用部分巖心基本參數見表1。

表1 巖心基本數據參數

3 結果與討論

3.1 酸液優選結果

酸液優選結果見表2，冰醋酸與常規酸液形成的12% HCl+1.5%～2%HF+3%HAC體系在保證溶蝕能力的同時，又能保持巖石骨架的強度［16］。

表2 酸溶解率實驗數據(70℃)

3.2 緩蝕劑優選結果

根據標準SY/Y 5405－1996《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》，對緩蝕劑進行室內評價實驗，結果見表3。結果表明，在70℃下，B－125、IS－130、KMS－6 3種添加劑的腐蝕速率都滿足現場施工的要求和行業標準，在所述實驗用酸液中都具有很好的緩蝕性能。

表3 緩蝕劑評價結果

3.3 Fe3+穩定劑優選結果

根據標準SY/T 6571－20122《酸化用Fe3+穩定劑性能評價方法》，對Fe3+穩定劑進行室內評價實驗，實驗結果見表4，表明FW－20穩定劑穩定Fe3+能力更好一些。

表4 鐵離子穩定劑評價結果

3.4 防膨劑優選結果

實驗結果見表5，數據表明，1.5%A－25防膨劑的防膨效果最好。

3.5 破乳劑優選結果

破乳劑優選結果見表6，其中AE121的破乳性能最好，一方面與破乳劑的性能好壞有關，另一方面與原油的性質較好有關。

表5 防膨劑評價結果

表6 乳化劑評價結果

通過對酸化液與添加劑的評價優選，提出了鎮北油田長3、長8儲層水井酸液配方如下:

前置酸液12%HCl+3%HA+0.5%B－125+1.5%A－25+1%AE 121;主體酸液12%HCl+1.5～2.0%HF+3% HAC+0.5%B－125+1.5%A－25+1%AE 121;后置酸液12%HCl+3%HAC+0.5%B－125+1.5%A－25+1%AE 12;頂替液3%NH4Cl。

配方中:HCl為分析鹽酸，HF為分析氫氟酸，HAC為分析乙酸，B－125為緩蝕劑，NTS－2為鐵離子穩定劑，A－25為防膨劑，AE 121為破乳劑。

對前置酸及主體酸的穩定性、腐蝕性、表面活性等內容進行分析。結果顯示在地層溫度條件下前置酸液和主體酸液都具有較好的穩定性，低腐蝕速率和表界面張力，以及良好的配伍性、協同效應，可以用于現場的酸化實施。

3.6 物理驅替模擬實驗結果與分析

8號和7號巖心驅替實驗結果見圖1～2。滲透率的變化規律為:

1)用NH4Cl溶液測得巖心的液相滲透率，然后注入油田回注水23.5個孔隙體積，滲透性在前面9個孔隙體積受到傷害比較大，下降達到25%，后面基本穩定。

2)注入5倍孔隙體積的前置酸時，滲透性得到一定程度的提高，主要是部分水中可溶物及巖心中的碳酸鹽巖發生反應，可觀察到少量氣泡，滲透性開始明顯降低，應是二氧化碳氣堵與反應微粒的運移所致［17］。

3)注入主體酸，滲透性迅速增加，主要是酸溶蝕增強，多數水中污染物被溶解，巖心礦物得到快速溶蝕，透性的波動反映了主體酸與巖石礦物反應后孔隙空間的變化。

圖18 號巖心注入水傷害+酸液驅替實驗

圖27 號巖心注入水傷害+酸液驅替實驗

4)改注后置酸，將主體酸替出，維持體系的低pH值，防止酸化二次沉淀的生成［18］。

5)注入NH4Cl溶液，待巖心滲透性穩定。實驗結果顯示，注入水造成了巖心滲透性的傷害，酸化也有一定的傷害，但是前置酸和主體酸又對巖心中的部分可溶礦物進行了溶蝕，與注入水中的微粒等發生了反應，使得巖心的滲透性最后都得到較好的恢復和提高。

4 現場應用情況

3口井試驗現場施工過程中的壓力變化見表7。

在酸化施工過程中，可以根據泵壓和排量的大小變化定性分析酸化過程中表皮系數的大小變化［19］。如表7，在排量基本穩定的情況下，注入前置酸階段的泵壓壓力較高，而注入主體酸階段的壓力最高，主要原因是氫氟酸與儲層礦物，特別是硅鋁酸類的黏土礦物反應比較激烈，會產生大量的微粒，有些微粒還來不及完全溶解，就隨酸液流入地層深部，堵塞尺寸大小“合適”的孔隙吼道，從而引起壓力升高，一旦這些微粒得到進一步的溶蝕，堵塞解除，壓力就會降低［20］。因此，這一階段的施工壓力波動最大，而且一般也是壓力最高的階段。如果配方合適、反應適度，通常會取得較好的酸化效果，在后置酸施工階段會發現泵壓明顯降低，表7體現了這一過程，3口井的施工壓力都降低了，說明主體酸起到了較好的溶蝕解堵作用，疏通了近井地帶地層孔隙的流動，降低了注水壓力在“反漏斗”區的壓力損耗。

表7 現場3口試驗井施工壓力變化

5 結論

1)鎮北油田油層物性、巖性差是常規酸化技術效果不理想的根本原因。

2)復合酸化技術可作為常規增產技術施工后效果不理想的一種補救措施，酸液中加入有機緩速酸可以在保證溶蝕能力的同時，對巖石孔隙骨架起保護作用。

3)復合酸液前置液對巖心滲透性有傷害，而主體酸可以提高巖心滲透性，后置酸的注入可以維持酸液體系的低pH值，防止酸化二次沉淀的產生。

4)現場試驗表明，通過施工排量和壓力的控制，保證酸液與儲層巖石具有適宜的反應時間，有利于預防酸化過程中的二次傷害，獲得了較好的酸化效果。

參考文獻:

［1］劉平禮，孫庚，邢希金，等．砂巖儲層酸化智能復合酸液體系研究及應用［J］．西南石油大學學報:自然科學版，2015，37(6):138－143．Liu Pingli，Sun Geng，Xing Xijin，et al．Study and Application of Intelligent Integrated Acid)System for Sandstone Stimulation［J］．Journal of Southwest Petroleum University (Science＆)Technology Edition)，2015，37(6):138－143．

［2］蔣建方，高翔，王瑛，等．砂巖酸化用多氫酸體系螯合性實驗研究［J］．天然氣與石油，2016，34(4):59－64．Jiang Jianfang，Gao Xiang，Wang Ying，et al．Experimental Analysis of Chelating Performance for a New Sandstone Acidizing Fluid Multi-Hydrogen Acid［J］．Natural Gas and Oil，2016，34(4):59－64．

［3］封永利．超高壓注水井解堵增注技術的研究與應用［J］．斷塊油氣田，2005，12(1):17－73．Feng Youngli．The Research and Application of Block Removing by Strong Oxidizer［J］．Fault-Block Oil＆Gas Field，2005，12(1):17－73．

［4］葉宏儒，彭森，吳保憲，等．TC復合酸化解堵技術的研究與應用［J］．西安石油學院學報:自然科學版，2002，17 (3):19－22．Ye Hongru，Pang Sen，Wu Baoxian，et al．Study and Application of TC Complex Acidizing Plugging Removal Technique［J］．Journal of Xi'an Petroleum Institute:Natural Science E-dition，2002，17(3):19－22．

［5］錢家煌，時維才．低滲透水敏性油藏注入水配伍工藝研究及應用［J］．鉆采工藝，2000，23(6):24－27．Qian Jiahuang，Shi Weicai．Research and Application of Matching Technology for Water Injection in Low Permeability and Water-Sensitive Reservoir［J］．Drilling＆Production Technology，2000，23(6):24－27．

［6］陶德倫，張繼勇，汪緒剛，等．冀東油田稠油井酸化解堵技術研究與應用［J］．石油鉆采工藝，1998，20(3):76－80．Tao Delun，Zhang Jiyong，Wang Xugang，et al．Research and Application of the Technology of Plug Removal Through Acidizing in Viscous Oil Wells of Jidong Oil Field［J］．Oil Drilling＆Production Technology，1998，20(3):76－80．

［7］宋奇，王彥玲，王志明，等．高溫延遲交聯型交聯酸研究［J］．天然氣與石油，2015，33(3):67－70．Song Qi，Wang Yanling，Wang Zhipeng，et al．Study on High-Temperature Delayed Cross-Linked Acid［J］．Natural Gas and Oil，2015，33(3):67－70．

［8］楊冠科．酶技術在壓裂酸化中的應用研究［J］．天然氣與石油，2013，31(5):50－54． YangGuanke．ApplicationofEnzymeTechnologyin Fracturing and Acidizing［J］．Natural Gas and Oil，2013，31 (5):50－54．

［9］高翔，蔣建方，吳川，等．不同酸液條件下敘利亞灰巖溶蝕能力的實驗研究［J］．中國巖溶，2015，34(2):195－200．Gao Xiang，Jiang Jianfang，Wu Chuan，et al．Experiments on Solubility of Different Acidizing Fluids to Syrian Limestone［J］．Carsologica Sinica，2015，34(2):195－200．

［10］邱海燕，李建波．酸化緩蝕劑的發展現狀及展望［J］．腐蝕科學與防護技術，2005，17(4):255－258．QiuHaiyan，LiJianbo．ThePresentSituationand Expectation of Acidizing Corrosion Inhibitors［J］．Corrosion Science and Protection Technology，2005，17(4):255－258．

［11］楊曉秋，李林輝，李浩，等．CPI-5緩蝕劑在酸性氣田的現場應用［J］．天然氣與石油，2011，29(4):65－67．Yang Xiaoqiu，Li Linhui，Li Hao，et al．Application of CPI-5 Corrosion Inhibitor in Sour Gas Field［J］．Natural Gas and Oil，2013，29(4):65－67．

［12］高翔，蔣建方，馬鳳，等．伊朗YD油田致密儲層酸渣潛在性分析與預防研究［J］．鉆井液與完井液．2016，33 (3):107－111．Gao Xiang，Jiang Jianfang，Ma Feng，et al．Analysis of the Potential of Generating Acid Sludge in the Dense Reservoir Formations in Block YD(Iran)and the Prevention of the Acid Sludge Generation［J］．Drilling Fluid＆Completion Fluid，2016，33(3):107－111．

［13］董雯，孫銘勤，陳蘭．油田酸化用黏土防膨劑的發展及應用研究［J］．承德石油高等專科學校學報，2007，9 (4):1－4．Dong Wen，Xun Mingqin，Chen Lan．Research and Application of Anti-Clay-Swelling Agent for Acidizing in Oilfield［J］．Journal of Chengde Petroleum College，2007，9(4): 1－4．

［14］劉煒，陶高杰，張斌，等．新型抗高溫乳化酸的研制及性能評價［J］．精細石油化工進展，2012，13(7):8－10．Liu Wei，Tao Gaojie，Zhang Bin，et al．Development and Evaluation of New Emulsified Acid with High Temperature-Resistance［J］．Advances in Fine Petrochemicals，2012，13(7):8－10．

［15］陳蘭，張貴才．酸化助排研究現狀與應用進展［J］．油田化學，2007，24(4):375－378．Chen Lan，Zhang Guicai．Development and Present Status of Acid Cleanup Additives and Technologies［J］．Oilfield Chemistry，2007，24(4):375－378．［16］蔣建方，楊玉鳳．乙酸在砂巖酸化中的功能［J］．鉆井液與完井液，2007，24(2):70－72，76．Jiang Jianfang，Yang Yufeng．Functions of Acetic Acid in the Acid Treatment of Sand Stones［J］．Drilling Fluid＆Completion Fluid，2007，24(2):70－72，76．

［17］江懷友，沈平平，鐘太賢等．二氧化碳埋存與提高采收率的關系［J］．油氣地質與采收率，2008，15(6):52－55．Jing Huaiyou，Shen Pingping，Zhou Taixing，et al．The Relationship Between CO2Storage and Oil Recovery Enhancing［J］．Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2008，15 (6):52－55．

［18］Nasr-El-Din H A，Al-Dahlan M N，As-Sadlan A M，et al．Iron Precipitation During Acid Treatments Using HF-Based Acids［C］．//Paper 73747 Presented at the SPE/International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control，20－21 February 2002．Lafayette，Louisiana．New York:SPE，2002．

［19］譚明文，張應科，鐘水清，等．川東北高溫高壓深井超深井酸壓改造技術研究與應用［J］．鉆采工藝，2011，34(3): 35－40．Tan Mingwen，Zhang Yingke，Zhong Shuiqing，et al．Research and Application of Acid Fracturing Technology in HTHP Deep and Ultra-Deep Well of Northeast Sichuan Area［J］．Drilling＆Production Technology，2011，34(3):35－40．

［20］Feng P，Wang D，Liu G，et al．Sandstone Reservoir Stimulation Using High-Temperature Deep-Penetrating Acid［C］．//Paper 143942 Presented at the SPE/Western North A-merican Region Meeting，7－11 May 2011．Anchorage，Alaska，USA．New York:SPE，2011．

10.3969/j．issn．1006－5539.2016.06.012

2016－03－07

中國石油天然氣股份公司重大科技專項“長慶油田油氣當量上產5 000萬噸關鍵技術研究—采油采氣關鍵技術研究”(2011E－2602－2)

高翔(1988－)，男，安徽阜陽人，助理工程師，碩士，從事低滲、特低滲油氣田增產改造技術科研工作。