砂巖油藏注水井脈沖式在線注入酸化增注技術(shù)

張彩虹，楊乾隆，李發(fā)旺，賀耀

（中石油長(zhǎng)慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽(yáng)745100）

注水是實(shí)現(xiàn)油田長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)和高效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)[1-2]。華慶油田屬超低滲油田，近年來(lái)，受儲(chǔ)層物性及注入水水質(zhì)等因素的影響，部分區(qū)塊注水壓力逐漸上升，高壓欠注井越來(lái)越多，目前現(xiàn)有的酸化增注技術(shù)有效期短，平均有效期為3～4個(gè)月，造成單井作業(yè)頻次增加，設(shè)備動(dòng)遷困難，作業(yè)成本攀升。為解決該問(wèn)題，結(jié)合目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層進(jìn)行了酸液體系、酸化在線增注工藝優(yōu)化等對(duì)策，從而提高華慶油田注水井酸化增注效果。

1 目標(biāo)區(qū)注水情況

華慶油田屬超低滲油田，目標(biāo)區(qū)處于陜北斜坡中段坪莊北—張新莊鼻褶帶的局部鼻狀隆起上，構(gòu)造軸向北東-南西向。儲(chǔ)層平均孔隙度為11.9%，平均滲透率為0.51mD，以中細(xì)砂巖沉積為主，礦物成分復(fù)雜，板狀、槽狀交錯(cuò)層理發(fā)育。

由于儲(chǔ)層物性差，加之注入水水質(zhì)等因素影響，導(dǎo)致目標(biāo)區(qū)欠注井?dāng)?shù)逐年攀升，油藏壓力保持水平逐年降低，遞減率逐漸增大。目前該區(qū)塊注水井欠注治理采用土酸、多氫酸、氟硼酸等酸液體系，但近年來(lái)表現(xiàn)出酸化后有效期短、降壓不明顯、多次措施后有效期短或仍不見(jiàn)效的問(wèn)題。

2 注水井脈沖式在線注入酸化技術(shù)

為了保障華慶油田穩(wěn)產(chǎn)，快速有效地對(duì)欠注井進(jìn)行消欠治理，因此，結(jié)合目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層條件開(kāi)展酸液體系、酸化工藝優(yōu)化及設(shè)備改進(jìn)工作。

2.1 酸液體系優(yōu)化

2.1.1 酸液體系研制及優(yōu)選

砂巖酸化過(guò)程中二次沉淀的生成是不可避免的，對(duì)于二次沉淀的抑制長(zhǎng)期以來(lái)主要是加入金屬離子螯合劑，目前常用的有機(jī)螯合劑主要為氨基羧酸類等[3]。因此，結(jié)合目標(biāo)區(qū)塊地層水、注入水以及垢樣分析結(jié)果，經(jīng)過(guò)室內(nèi)大量實(shí)驗(yàn)調(diào)試對(duì)比，將常規(guī)六齒氨基羧酸螯合劑通過(guò)縮合反應(yīng)使配位鍵升到八位，形成八齒螯合劑，增強(qiáng)對(duì)金屬離子的捕獲、螯合、包裹作用，大幅降低金屬陽(yáng)離子與陰離子的結(jié)合機(jī)率，從而抑制酸化過(guò)程中二次沉淀的產(chǎn)生；通過(guò)以鹽酸為主體溶劑，添加一定比例的甲酸、有機(jī)膦酸、氫氟酸、新型螯合劑、增效劑等有機(jī)溶劑，配制出COA-1S酸液體系。

通過(guò)與往年目標(biāo)區(qū)塊所采用的酸液體系及常用螯合劑進(jìn)行沉淀抑制性能對(duì)比，可以看出COA-1S酸液對(duì)Ca2+、Si4+、Al3+、Fe3+等金屬離子具有較好的抑制效果，能起到減少二次沉淀的作用，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 COA-1S酸液體系沉淀抑制性能評(píng)價(jià)

2.1.2 酸液體系緩蝕性能評(píng)價(jià)

為了達(dá)到在線酸化增注的工藝要求，特此在室內(nèi)模擬目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層條件，通過(guò)室內(nèi)大量平行實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出WG-01型緩蝕劑，并對(duì)常規(guī)酸液體系與COA-1S酸液體系進(jìn)行緩蝕性能評(píng)價(jià)。選取J55鋼片作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用高壓反應(yīng)釜，在60℃，壓力15mPa下，添加1%的緩蝕劑，通過(guò)與其他酸液體系進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)COA-1S酸液腐蝕速率最小，遠(yuǎn)小于行業(yè)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（3.0g/（m2·h）），為不動(dòng)管柱酸化提供了保障，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 COA-1S酸液體系緩蝕性能評(píng)價(jià)

2.2 酸化在線增注技術(shù)改進(jìn)

2.2.1 脈沖式在線注入酸化增注技術(shù)

常規(guī)注水井酸化、壓裂等增注措施均需要對(duì)注水井進(jìn)行停注、放噴泄壓工序，從而使地層能量進(jìn)一步虧空，并暴露出工序復(fù)雜、施工占井周期長(zhǎng)等弊端。2004年Chike[4]等人率先提出了打破常規(guī)思維的“一步”代“多步”的一體酸概念，注水井在線酸化增注技術(shù)國(guó)內(nèi)最早是由西南石油大學(xué)趙立強(qiáng)教授[5]提出的，通過(guò)在海上油田應(yīng)用，取得較好的增注效果，從而進(jìn)一步推廣到陸地油田[6-7]。

結(jié)合華慶油田超低滲儲(chǔ)層地質(zhì)概況，通過(guò)室內(nèi)研究和以往現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，對(duì)在線酸化技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)酸液隨著注入水到達(dá)地層，并出現(xiàn)壓力下降現(xiàn)象后，將排量迅速提升并進(jìn)行高低排量交替脈沖式注入，通過(guò)介質(zhì)傳送，迅速在井底形成水力脈沖波，建立脈沖波水力振蕩場(chǎng)，并作用在巖石和膠結(jié)堵塞上，使得近井地帶的堵塞物受到震動(dòng)后自動(dòng)脫落，并全部暴露在酸液中，從而達(dá)到徹底解除近井地帶堵塞的目的，并在注酸后期提高排量，將酸液隨著注入水被推送到更遠(yuǎn)的地方，達(dá)到深部解堵改造的目的。通過(guò)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，目前已在華慶油田進(jìn)行先導(dǎo)性試驗(yàn)。

2.2.2 脈沖式在線注入酸化模擬實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證該技術(shù)的實(shí)用性，真實(shí)反映COA-1S酸液脈沖式在線注入酸化的效果，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)選取目標(biāo)區(qū)巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)酸液濃度均為COA-1S酸液∶水=1∶1.5。

實(shí)驗(yàn)步驟：首先用基液測(cè)得2塊巖心的原始滲透率，然后進(jìn)行脈沖式在線酸化與常規(guī)在線注入酸化，注酸階段結(jié)束后，采用基液進(jìn)行驅(qū)替，測(cè)定酸化后的滲透率變化情況。酸化效果實(shí)驗(yàn)K/K0與累計(jì)孔隙體積倍數(shù)PV的關(guān)系如圖1、圖2所示。

圖1 脈沖式在線酸化增注效果曲線

圖2 常規(guī)在線酸化增注效果曲線

由實(shí)驗(yàn)可知，采用脈沖式在線酸化增注后，滲透率比原始值提高了8.0倍；采用常規(guī)在線酸化增注后，滲透率比原始值提高了6.2倍；相比之下，脈沖式在線注入酸化增注效果較好。

2.2.3 在線酸化增注設(shè)備改造升級(jí)

根據(jù)華慶油田注水井注入壓力高（17～24mPa），吸水能力差等特點(diǎn)，由長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院與川慶鉆探長(zhǎng)慶井下聯(lián)合研制了“高壓、小排量”移動(dòng)式在線酸化裝置。通過(guò)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行3次升級(jí)改造，將發(fā)電機(jī)組與撬裝泵集約一體，目前可滿足各種類型酸液介質(zhì)在7～50 L/min排量下的注入要求，同時(shí)加裝遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)高精度操作，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控。脈沖式在線注入酸化增注設(shè)備的施工參數(shù)如下。①3LP80-3/30注酸柱塞泵Qmax=54 L/min，最大工作壓力為35mPa。②發(fā)電機(jī)組：68 Kw/KvA。③控制系統(tǒng)：本地控制、遠(yuǎn)程控制。④灌注離心泵 流量：3.5m3/h，揚(yáng)程：20m⑤工作溫度：-35～45℃

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)

截至目前，脈沖式在線注入酸化增注現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施4口井，有效率100%，施工過(guò)程平穩(wěn)有序，平均施工用時(shí)9.0 h，措施增注后平均注水壓力下降9.0mPa，目前壓降4.3mPa，單井日增注14.0m3/d，累計(jì)增注9458m3，平均有效期達(dá)到182 d，目前均能達(dá)到配注要求。通過(guò)對(duì)酸液體系、在線增注工藝流程的改進(jìn)，使其達(dá)到了較好的降壓增注效果，保證了措施效果，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

該技術(shù)將常規(guī)酸化施工占井周期大大縮短，設(shè)備動(dòng)遷難度大幅降低，施工步驟簡(jiǎn)便，安全風(fēng)險(xiǎn)低，同時(shí)降壓增注效果顯著，而且季節(jié)對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用基本沒(méi)有限制，冬季能照常施工，該技術(shù)的成功應(yīng)用為欠注井治理贏取了更多有利時(shí)機(jī)。

YD1-1是目標(biāo)區(qū)的一口注水井，2015年10月投注，初期日配注10m3/d，日實(shí)注10m3/d，井口油壓0.2mPa，2016年5月欠注，實(shí)施補(bǔ)孔酸化增注，2017年3月進(jìn)行自生土酸酸化增注，有效期27 d，配注10m3，日實(shí)注1m3/d，井口油壓13.2mPa，決定對(duì)該井實(shí)施脈沖式在線酸化增注。

為了實(shí)現(xiàn)深部解堵，該井設(shè)計(jì)COA-1S酸液用量為15m3。施工過(guò)程中，當(dāng)酸液到達(dá)地層并出現(xiàn)壓力下降現(xiàn)象后，采取脈沖注入方式進(jìn)行注酸（2min脈沖交替一次（3m3/1m3））,最后采用大排量注入2m3酸液，施工結(jié)束后注入壓力由14.8mPa下降到2.4mPa，酸化效果顯著。目前注入壓力為13.6mPa，日配注13m3，實(shí)注13m3，累計(jì)增注2131m3，有效期已達(dá)188 d。

表3 在線脈沖式酸化增注效果統(tǒng)計(jì)

該工藝具有不返排特點(diǎn)，酸液可隨著注水被推進(jìn)地層深部，有效解決常規(guī)酸化解堵半徑短的問(wèn)題；同時(shí)該酸液具有較好的螯合性能，酸化后二次污染小，從而達(dá)到深穿透、長(zhǎng)距離解堵，延長(zhǎng)解堵有效期。

4 結(jié)論與建議

1.通過(guò)對(duì)酸液體系進(jìn)行優(yōu)化，研制出的COA-1S酸液體系具有較好的沉淀抑制及緩蝕性能，能滿足在線酸化要求。

2.對(duì)現(xiàn)有的在線酸化工藝進(jìn)行改進(jìn)，在施工中改變泵注程序，通過(guò)加入脈沖段塞，在井底建立水力振蕩場(chǎng)，使膠結(jié)堵塞物受到振蕩力而脫落，完全暴露在酸液中，更加充分地溶解堵塞物；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，降壓增注效果明顯。

3.該工藝將常規(guī)酸化施工周期縮短至7.0～12.0 h，通過(guò)施工設(shè)備集約優(yōu)化后改裝成車載撬裝一體式，降低了設(shè)備動(dòng)遷困難，并加裝了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，提高了作業(yè)精準(zhǔn)度和作業(yè)效率，建議推廣應(yīng)用。