華慶長6油層水平井酸化工藝研究與應用

趙小光， 胡東偉， 李立標， 涂學萬， 黃 燕, 孫智成

1中國石油長慶油田分公司第十采油廠 2中國石油長慶油田分公司第二采油廠 3中國石油青海油田采油二廠

0 引言

長6油層是華慶油田主力產層，其滲透率主要介于0.1～0.3 mD之間[1- 2]，屬典型的超低滲透油藏。開發初期采用定向井開發，投產后單井產量較低。自2010年起，開始探索應用水平井技術進行開發，水平井投產后單井產量能達到常規定向井的2～5倍，有效提高了該油藏的平均單井產量。但受限于超低滲透低品位油藏物性條件等因素限制，很多水平井在投產較短時間內出現產量明顯下降的現象。為恢復或提高這些低產水平井產量，如果采用重復壓裂改造，不僅占井周期長影響原油生產，而且投入成本較大。運用常規增產措施恢復或提高單井產量，就成為當前增產工藝的重要手段。本文從華慶油田長6油層儲層地質特征出發，論證了水平井酸化工藝的可行性，進而開始水平井酸化增產工藝設計，并在現場進行了試驗。邊應用邊優化改進，形成了兩種水平井油層酸化工藝方式，共實施51口，實施井平均單井日增油1.2 t，增產效果較好。初步建立起適應華慶長6油層的水平井油層酸化工藝技術體系，對國內同類型油藏水平井酸化增產亦有參考借鑒意義。

1 華慶油田長6油層地質特征概述

華慶油田長6油層巖性主要為極細～細粒長石砂巖；碎屑成份以長石為主，其次為石英和巖屑；填隙物以鐵方解石和鐵白云石為主，其次為硅質膠結和綠泥石膜膠結等；黏土礦物主要為綠泥石和水云母[2]。

華慶油田長6油層儲集空間以殘余粒間孔為主,其次為長石溶蝕孔；屬小孔微喉型孔隙結構；低壓、低滲、低豐度的“三低”特征明顯[3- 5]，儲層物性差、非均質性強[6]。儲層敏感性為無～弱水敏、無～弱速敏、弱～中等酸敏[6- 7]。

從儲層特征看，油層酸處理工藝對華慶油田長6油層是可行的。

2 水平井油層酸化工藝研究與應用

2.1 酸液體系的選擇

目前長慶油田用于油井儲層改造的酸液主要有土酸、多氫酸[8- 9]、乳化酸[10]、膠束酸[11]等，這幾種酸液體系都比較適應砂巖儲層。結合這幾種酸液體系各自特點，分析認為這幾種酸液體系同樣能滿足華慶超低滲油藏水平井油層酸處理工藝要求。

其中，因為土酸中沒有其他較貴的添加劑，最具經濟效益的,所以把水平井酸化所用酸液體系鎖定為土酸。

2.2 水平井油層酸化工藝試驗

從2016年開始長6油層水平井酸化增產工藝試驗，最初借鑒定向井常規酸化工藝經驗，結合水平井特性，進行工藝設計，其中酸液配方為土酸酸液體系，酸化工藝參數設計見表1。共實施3口井，有效率100%，措施后井均日增油2.4 t，當年累計增油639 t(效果統計見表2)，試驗取得初步成功，驗證了在華慶油田長6油層水平井實施酸化增產工藝是可行的。

表2 2016年水平井酸化增產試驗效果統計表

2.3 水平井油層酸化工藝優化改進

2.3.1 酸液體系及單井酸量的優化改進

分析3口先導試驗井中效果相對較差的QPXX井，認為影響油層酸化增產效果因素主要是酸液體系設計及酸量設計，故對酸液體系配方進行了改進、優化，對單井用酸量進行了優化設計。

2.3.1.1 酸液配方的優化改進

土酸的主要成分是鹽酸和氫氟酸，酸巖反應速度較快，酸化后還可能產生二次沉淀傷害，而華慶油田長6油層填隙物以鐵方解石含量為最高，碎屑成份以長石為主，這樣在酸液體系設計時必須考慮鐵離子的影響(Fe3+在pH值大于3以后就會產生絮狀沉淀[12], 形成二次傷害)以及鈣離子的影響(氫氟酸與鈣離子反應生成的氟化鈣難溶于水[12]，形成二次傷害)，按照上述理論分析，結合華慶油田長6油層地質特征，對傳統土酸配方進行了改進與優化。優化前的酸液配方為：12%HCl+3.0%HF+0.5%黏土穩定劑+0.5%鐵離子穩定劑+1.0%緩蝕劑。優化后的酸液配方為：12%HCl+1.5%HF+2.0%乙酸+1.2%A酸+0.5%黏土穩定劑+0.5%鐵離子穩定劑+1.0%緩蝕劑,對改進前后的配方進行了室內溶蝕試驗，試驗過程如下：

垢樣取自華慶油田某井，實驗溫度為常溫,即25 ℃，反應時間3 h，正常大氣壓下，實驗步驟：①將干燥清潔的濾紙先稱重；②稱取一定量的垢樣裝入燒杯；③將配制好的酸液注入燒杯后計時開始；④反應到設計時間后立刻過濾、干燥、稱重；⑤根據記錄的數據計算。

實驗中，優化前后兩種酸液配方體系各做5次小樣酸化反應，求得5次反應結果的平均值作為實驗結論。對比數據顯示，用經過優化改進配方的土酸進行酸化，殘渣剩余量明顯減少，溶蝕效果有較明顯提高，見表3。

表3 優化改進前后的土酸室內實驗結果對比表

2.3.1.2 酸量設計的優化

開展水平井酸化增產工藝先導試驗時參考定向井用酸量計算公式V=π·(R2-r2)·h·Φ[13- 14]對單井用酸量進行計算。但實際上，水平井存在穿越油層距離長(一般長達數百米)、井身軌跡不規則、酸液損失比定向井更多等影響因素，導致按上述公式計算的酸量存在偏差，于是增加了修正系數β，將計算公式修正為：

V=π·(R2-r2)·h·Φ·β

(1)

式中:V—酸化施工中所需的酸液數量,m3；R—設計的處理半徑，m；β—為修正系數；r—井筒半徑,m；h—需處理的油層厚度,m;Φ—油層孔隙度,%。

將單井地質參數帶入式(1)，結合現場實施效果，多次對修正系數進行修訂，最終確定修正系數β值為1.1～1.2是比較適合的。

2.3.1.3 應用情況

繼2016年開展水平井酸化增產工藝先導試驗后，運用改進配方的酸液體系，結合改進的酸量計算公式進行單井酸量設計優化，共實施13口水平井的酸化增產措施，有效11口，當年累計增油3 979 t，平均單井日增油1.2 t，獲得了較好增產效果。

以GPXX- 6井水平井酸化為例，該井位于華慶油田SXX區，投產初期日產液27.0 m3,日產油15.3 t，含水32.4%，動液面949 m。措施前日產液4.15 m3,日產油1.64 t，含水53.0%，動液面1 325 m。該井運用改進后的公式計算，結果為所需酸液75 m3，酸液配方為改進后的酸液配方。具體工藝設計參數見表4。該井于2017年10月20日實施酸化增產措施，10月22日完井，初期日增油2.1 t，至今有效，累計增油1 989 t，提單產效果明顯。

表4 GPXX- 6井酸化增產工藝參數設計表

2.3.2 油層酸化工藝的優化

2.3.2.1 油層酸化工藝方式的優化

在前期試驗基礎上，計劃繼續在華慶油田長6油層水平井實施酸化增產措施，但在2018年年初實施的2口水平井，增產效果不理想，其效果統計如表5所示。

表5 2018年年初實施的2口水平井酸化增產效果統計

分析認為：部分水平井不同噴點段存在著明顯的吸水差異，當酸液在一定壓力下由井筒向地層注入時，酸液優先進入吸水好的層段，而吸水差的層段酸液進入的比較少，這就導致部分層段因進入酸液少而未充分的發揮油層酸處理作用，從而影響了單井的增產效果。為此，對水平井酸化增產工藝設計再次進行優化，提出了分段酸化的工藝方式[15]，共設計出兩種管柱組合：一種是雙封單卡拖動管柱分段酸化管柱組合，另一種是K344封隔器+多級滑套不動管柱分段酸化管柱組合。

2.3.2.2 油層分段酸化工具的優選

對于第一種分段酸化管柱組合，經過分析認為：所用工具既要保證每次的坐封效果，又必須“耐拖動”，能確保順利完成全井分段酸化施工。所以底封選用長慶自主研制的Y211封隔器，上封選用K344鋼帶封隔器，基本管柱結構(自下而上)：堵頭+Y211封隔器+?73 mm工具油管+節流器+?73 mm工具油管+K344封隔器+安全丟手+?73 mm工具油管至井口。

第二種分段酸化管柱的形成，得益于近年新型滑套節流器的產生，基本管柱結構(自下而上)：堵頭+單流閥+滑套座+K344封隔器+滑套節流器+?73 mm工具油管+滑套座+K344封隔器+滑套節流器+?73 mm工具油管+滑套座+K344封隔器+滑套節流器+?73 mm工具油管+K344封隔器+安全丟手+?73 mm工具油管至井口。投球后，井口打壓，一定壓力下滑套打開同時實現封隔器坐封，即可對某一段單獨進行酸化，擠酸完成后，投另一級鋼球，井口打壓就可打開下一級滑套進行另一段擠酸施工。

2.3.2.3 應用情況

目前，在華慶長6油層共進行51口水平井酸化增產措施，有效45口，平均單井日增油1.2 t，累計增油14 925 t；其中分段酸化11口，有效率100%，平均單井日增油1.3 t，取得了較好的提單產效果。

以CHPXX- 15井水平井酸化為例，該井位于華慶油田YXX區，初期日產液12.98 m3，日產油9.87 t，含水9.5%，動液面647 m。措施前日產液0.61 m3，日產油0.39 t，含水24.7%，動液面1 489 m。該井工藝參數設計要點重點考慮三個因素：一是足夠的酸量以滿足儲層酸處理需要；二是因為所需酸液總量較大，就需要適當大的注入排量以便盡快將酸注入地層，減少酸液損失；三是施工壓力必須控制在地層破壓以內。酸化方式采用的是K344封隔器+多級滑套節流器不動管柱分段酸化管柱組合。具體工藝參數設計見表6。該井于2018年12月1日實施分段酸化，12月5日完井，完井后初期日產液6.8 m3，日產油2.71 t，含水率52.6%，初期日增油2.32 t，累計增油1 199 t，至今有效，提單產效果明顯。

表6 CHPXX- 15井分段酸化工藝參數設計表

3 認識與結論

(1)水平井油層酸化工藝設計必須根據儲層特征、歷次措施、生產動態等綜合分析低產機理，優化工藝設計、酸液體系設計和酸化規模設計。

(2)形成了全井段籠統酸化和分段酸化兩種水平井酸化工藝方式，滿足不同井況增產需求。

(3)水平井分段酸化能解決酸液優先進入吸水好的層段，而吸水差的層段酸液進入比較少的問題，確保各射開層段的酸化改造程度能達到設計目的。雙封單卡拖動管柱分段酸化管柱組合和K344封隔器+多級滑套節流器不動管柱分段酸化管柱組合，能滿足分段酸化工藝需求，進一步確保了水平井酸化效果。