低渗透油田水井酸化降压技术研究.doc

低渗透油田水井酸化降压技术研究王青海1 刘先麟 谭景超（1.大庆油田有限责任公司第十采油厂 黑龙江大庆 166405）摘要 本文简要介绍了朝阳沟油田的注水状况及历年酸化解堵增注情况，通过朝阳沟油田三类储层地质特征、注入水质、生产历史分析，结合室内模拟试验确定了朝阳沟油田的污染类型，确定适合朝阳沟油田的酸化工艺技术。关键词：酸化 配方体系1 前言朝阳沟油田共有注水井1532口，应开井1355口，吸水状况差甚至不吸水井296口，占注水井应开井数的21.85%。由于地层能量不能及时补充，致使邻近井组地层压力降低，原油产量下降，影响了注水开发效果。为提高注水强度，朝阳沟油田先后采取多种酸化措施，但增注效果均不理想，为提高酸化解堵效果，通过对朝阳沟油田地质、开发、措施资料分析，结合注水井生产动态历史，注入水模拟实验，确定了储层伤害类型；室内对各种主要的酸液体系进行筛选复配，优选各种添加剂，进行配伍性试验，确定了适合朝阳沟油田的酸液体系。2 前期酸化效果分析为提高注水强度，朝阳沟油田先后采取了防敏酸化、地层清洗、复合酸化等多种酸化措施，但增注效果均不理想，措施有效率52.9%，有效期45d，单井增注量312m3。朝阳沟油田前期酸化效果类别施工井数口有效率%初期压降MPa初期增注m3/d有效期d累计增注m3备注防敏酸化520.7735298地层清洗420.86.532270复合酸化851.17.858342合计1752.9%0.97.345312效果不理想受到储层岩性、堵塞物性质和酸化液体系的制约，使得去除堵塞物效率低，具体有以下几点原因：一是对水中原油对储层伤害认识不够,没有较好的处理，储层孔隙内的原油仅通过酸化液中加入破乳剂不能解除堵塞，原油与有机土酸接触会析出以沥青质和胶质为主要成分的沉淀，堵塞地层；二是对水井井筒及近井地带结垢问题考虑不够，较低的pH值和较大的HCl、HF配比，增加了CaF2沉淀的生成；三是酸液体系中仅加入各类络合剂，不能完全解决酸化反应沉淀问题，不排酸酸化影响酸化效果；四是酸化后直接注水，近井地带粘土矿物仍存在膨胀和分散运移问题。3 酸化地质特征分析3.1岩性分析朝阳沟油田储层为不等粒混杂型碎屑硬质长石砂岩，有效孔隙度15-18%，空气渗透率小于2010-3m2，孔隙半径小于0.5m，平均孔喉半径0.303m，储层的孔隙连通性差，孔隙大小分配不均、孔喉弯曲程度较大，容易产生储层污染。以泥质胶结为主，泥质、岩屑含量较高，平均粘土含量14.08，在注水过程中容易产生膨胀、运移，堵塞孔道，造成污染。储层岩石的成熟度很低，在注水过程中易导致水敏、速敏、酸敏；长石、岩屑含量高，在酸化过程中易产生二次沉淀伤害。朝阳沟油田粘土矿物组成成分层系粘土矿物含量伊蒙混层比蒙脱石伊利石高岭石绿泥石伊蒙混蒙脱石伊利石扶余47.617.031.34.117.582.5杨大城子43.05.430.812.823.676.43.2.储层敏感性分析通过储层敏感性分析实验，储层存在强-中水敏和中-弱酸敏。朝阳沟油田储层敏感性 储层敏感性速 敏盐 敏水 敏酸 敏敏感性程度弱-中弱中-强弱-中3.3地层水物性分析地层水化验结果显示K+和Na+的含量不高，酸化过程中形成氟硅酸钠和氟硅酸钾的伤害不严重。地层水矿化度较低，而且由于水井已注水多年，近井地带的地层水已很少，酸化时施工不必要求酸液的矿化度。储层地层水化验结果 K+Na+Ca2+Mg2+Cl-SO42-CO32-HCO3-矿化度pH值水型2019882429673857799765577.6NaHCO33.4原油物性分析朝阳沟油田原油粘度大、胶质沥青质含量高，随地层压力的下降，原油中的胶质、沥青质会析出、沉积。而且储层由于孔喉弯曲，渗透率低，原油在地层中的流动阻力大，部分水井虽注水多年，在近井地带的一些孔隙中仍然存在一部分残留，甚至部分已经乳化。所以采取酸化措施时，需加入破乳剂。朝阳沟油田原油物性统计表密度（g/cm3）粘度（mpas）含蜡量（%）含胶量（%）沥青质（%）0.85-0.8818.8-35.520.6-23.412.8-27.71.6-9.7通过以上分析，朝阳沟油田储层岩石成熟度低、粘土含量高、孔喉半径小、敏感性强、原油物性差，容易产生储层伤害。4 储层伤害机理研究4.1不合格注入水对储层的伤害机理朝阳沟油田储层中粘土矿物含量高、敏感性强、孔喉半径小、原油物性差是储层伤害的内部因素,外来液相及固相的侵入是造成储层伤害的外部因素。4.1.1悬浮颗粒对储层的伤害水中悬浮固体物危害可归纳为三方面：细小微粒侵入地层，在孔道处架桥，堵塞地层；在井筒表面形成滤饼，使井筒变窄；沉积在射孔孔眼内，堵塞入水或出油通道。4.1.2腐蚀对储层的伤害油田注水系统中的腐蚀产物，如氢氧化铁、氧化铁、硫化铁都不溶于水，其微粒会造成注水井堵塞，降低地层的吸水能力。4.1.3水中原油对储层的伤害朝阳沟油田属于特低渗储层，原油粘度高，残余油饱和度较高，以分散或乳化原油的形式存在于孔隙裂缝中，降低储层渗透率。4.1.4细菌对储层的伤害细菌污染造成储层堵塞也是非常严重的。细菌主要包括三种，即硫酸盐还原菌(SRB)、腐生菌和铁细菌。硫酸盐还原菌(SRB)在厌氧环境下将水中无机硫酸盐还原成二价硫离子，进而形成硫化氢，其腐蚀产物硫化亚铁随水注入地层造成堵塞，同时该菌体也可堵塞地层。腐生菌是“异养”型细菌，多存在于低矿化度(不大于5000mg/l)、开式污水处理流程中，它们是从有机物中得到能量，产生粘性物质，累积沉淀可造成堵塞。铁细菌一般与硫酸盐还原菌同存，主要以二价铁离子的形式存在。注入水对储层造成伤害的因素多种多样，损害原因和程度不尽相同，并且这些影响经常是综合性的，存在相互促进作用。4.1.5水井垢样分析综合几口水井垢样分析结果，从检测数据的百分含量可见，主要垢产物为Fe2O3，与酸反应后，产生大量的三价铁离子，在残酸的pH值达到3.5时，会产生大量的Fe(OH)3絮状沉积，堵塞在孔隙喉道，降低储层的渗透率，严重影响酸化效果。其次为因灼烧而减重的产物，通常由有机物组成，在常规酸化中不与酸反应，反而发生乳化，被酸带入储层孔隙，导致储层的伤害。水井垢样分析表项目井 号平均F104-60F144-72F152-8484-68F136-76酸不溶物(%) 9.2211.323.4422.9/11.72灼烧减重(%)13.9614.1616.161.7/11.5 Fe2O3 (%)72.0571.9277.4276.179.475.38AI2O3 (%) 1.891.90.70.88/1.34CaO (%)1.750.71.980.752.451.53MgO (%)0.25001.53.531.06SiO2 (%)/5.035.03其它 (%)/9.599.594.2注入水伤害实验为分析注入水对岩心的损害，进行了两次实验。第一次实验用岩心号为C6611（C441、L30-1）。实验过程是先注现场注入水，测得基准渗透率，然后注3%NH4Cl溶液25倍孔隙体积，观察渗透率的恢复情况。从渗透率的变化看，在注入5倍孔隙体积的现场注入水后，基本达到稳定，后面虽注25倍孔隙体积的3%NH4Cl溶液，渗透率恢复，但是恢复程度有限。注入水伤害实验第二次实验用岩心号为C6612（C442、L30-2）。实验过程是先注3%NH4Cl溶液10倍孔隙体积，测得稳定渗透率，然后注现场注入水25倍孔隙体积，观察渗透率的下降情况，最后再注3%NH4Cl溶液，直至渗透率达到稳定。从渗透率的变化看，在注入3倍孔隙体积的3%NH4Cl溶液后，渗透率基本达到稳定；注入现场注入水后，渗透率开始下降，当注入25倍孔隙体积时，渗透率下降14.5。最后在注入3%NH4Cl溶液，渗透率有所恢复。说明注入水对储层伤害严重。注入水伤害实验从以上两次实验看，现场注入水本身存在对岩心渗透率的伤害，伤害程度小于20%；尽管岩心用3%NH4Cl溶液饱和，但注入现场注入水后，岩心渗透率还是有所降低，只是降幅有限；含粘土稳定剂的注入水一定程度上可恢复岩心的渗透率。5 酸化工作液体系研究朝阳沟油田属于特低渗油气藏，由于孔喉细小，对各种伤害较敏感，酸化增注措施的难度增加，为取得较好的酸化效果，将适宜的酸化工作液注入到目的层，在保持岩石骨架不被破坏的情况下，将近井地带的酸可溶物溶解，将酸不溶的堵塞物返排出来，增大近井地带流动空间，扩大渗流面积，减小在压降漏斗区的压力损耗，从而达到增产增注的目的。5.1技术对策朝阳沟油田属于特低渗油气藏，由于孔喉细小，对各种伤害较敏感，酸化增注措施的难度增加，为取得较好的酸化效果，必须有目的、有针对性地确定适宜的酸体系配方和工艺技术参数。通过以上分析，针对朝阳沟油田酸化存在的主要问题，制定了以下技术对策。朝阳沟油田酸化存在主要问题及技术对策 序号主要存在问题技术对策1粘土含量高优选添加粘土稳定剂2长石、碎屑含量高，易产生二次沉淀，保持较低的PH值,增大HCl、HF配比，缩短反应时间3残余油含量高优选添加破乳剂、表面活性剂及地层清洗剂4酸不溶物及酸化淤渣问题加入硝酸，使工作液具有强酸性和强氧化性，同时可解除有机堵塞5.2酸化工作液的选择基岩酸化的主要目的在于解除伤害，提高储层渗透能力，增加单井产能或注水量。朝阳沟油田砂岩储层水井的伤害主要是由钻井、完井及长期注水造成的粘土膨胀、运移、油污、盐垢、铁离子沉淀和细菌伤害等。酸化用工作液体系应具有针对性，达到解堵的目的；而且在解除堵塞物、溶解部分储层矿物，提高储层渗透性的同时，最大程度地降低酸化作业中造成的二次伤害。主要酸化液体系比较酸体系主要组成主要优点主要缺点适应性常 规土 酸HCl+HF+添加剂成本低，溶解能力强。反应速度快，作用距离短。井筒附近解堵。氟硼酸HCl+HBF4+添加剂作用距离长，稳定粘土。成本高，高温失去缓速作用。无机伤害严重，含高粘土储层。固 体硝 酸柴油+固体硝酸或固体硝酸+添加剂。杀细菌；氧化性，高温，放热降粘。成本高；缓蚀剂要求独特。有机伤害；含铁矿等较多储层。有 机土 酸有机酸+常规土酸缓速，缓蚀，深作用；低pH值。成本高于常规土酸。中温，污染深的储层。胶束酸常规土酸+胶束剂+添加剂降低反应速度，解除一定有机伤害。胶束剂用量大，受温度限制，成本高。适应于稠油储层。浓缩酸H3PO4+HF+添加剂缓速低伤害，防CaF2沉淀，保持低pH值。对缓蚀剂选择性强，高温下失去缓速作用。适应于碳酸盐岩含量高的储层。根据朝阳沟油田特点决定采用粉末硝酸加有机土酸复合酸液体系。由于在酸液体系中加入2%硝酸，使工作液具有强酸性和强氧化性，强烈地溶蚀局部堵塞物，解除无机堵塞同时对稠油和沥青质具有降解作用，降低原油粘度，解除有机堵塞，恢复油层的渗透性。同时加大磷酸的应用，减少CaF2沉淀的生成。利用岩心作了酸溶解率、各种添加剂优选实验。试验过程中，为检验各种添加剂的协同作用、方便施工，把缓蚀剂、铁离子稳定剂、破乳助排剂、互溶剂等多种添加剂形成综合添加剂FL-02。5.3.酸液溶解率为了确定酸液体系的对朝阳沟油田岩石溶解性能，进行了酸溶解率实验。酸液溶解率实验 取心井号酸 液 体 系不同时间的溶解率(%)0.5h1h2h4h6h朝661混合岩心15%HCl4.554.764.774.774.7712%HCl+2.0%HF30.6932.3832.9433.4533.4712%HCl+3.0%HF31.5433.2433.1534.0934.2112%HCl+3%HAC+2.5%HF+2.0%HNO327.6527.7127.8927.9228.03朝52233、44混合岩心15%HCl5.165.345.375.496.0212%HCl+2.0%HF32.1134.0534.6435.0135.0612%HCl+3.0%HF34.6235.4435.8936.2536.3712%HCl+3%HAC+2.5%HF+2.0%HNO329.1429.7930.2232.3532.47长30朝631混合岩心15%HCl5.185.876.046.136.1412%HCl+2.0%HF33.7435.0635.5535.9135.9412%HCl+3.0%HF36.0136.9337.1137.2037.2112%HCl+3%HAC+2.5%HF+2.0%HNO329.4429.7629.9930.2330.83从上表可以看出，选择酸液体系1小时后的岩石溶解率达到25-30%，满足需要。5.4添加剂优选与评价5.4.1缓蚀剂的选择酸化过程中酸和施工设备、井下管柱发生化学反应，当PH值大于2.2时，铁离子与氢氧根离子结合，形成絮状氢氧化铁沉淀，堵塞地层孔隙。为了防止或减小这种伤害，需在酸液中添加缓蚀剂。酸液缓蚀剂评价实验 酸 液温度()腐蚀速度(g/m2.h)15%HCl+1.0%B-125702.5615%HCl+1.0%LG-22.715% HCl+1.0%FL-022.1215%HCl+2.5%FL-022.4712%HCl+3.0%HF+1.0%B-1252.5112%HCl+3.0%HF+1.0%LG-22.5312%HCl+3.0%HF+2.5%FL-022.2812%HCl+3%HAC+1.0%B-1252.5512%HCl+3%HAC+1.0%LG-22.5912%HCl+3%HAC+2.5%FL-022.3012%HCl+3%HAC+2.5%HF+2.0%HNO3 +1.0%B-1252.2512%HCl+3%HAC+2.5%HF+2.0%HNO3 +1.0%LG-22.5812%HCl+3%HAC+2.5%HF+2.0%HNO3 +2.5%FL-022.55根据实验结果，优选FL-02做为缓蚀剂。5.4.2铁离子稳定剂的优选在酸液中增加了缓蚀剂，仍会有部分酸与金属设备和管线反应，形成铁离子，同时酸与地层中的铁化合物（绿泥石）反应也会形成铁离子，从而形成氢氧化铁沉淀，所以应使用铁离子稳定剂，通过对铁离子的络合，使之形成非沉淀的铁鉻合物，达到尽量减小或防止铁离子伤害的目的。铁离子稳定剂评价实验铁离子稳定剂浓度(%)稳定三价铁离子(mg/l)CA0.51246FL-022.51128FW-201.01056FW-202.01279FW-203.01385根据实验结果，优选FL-02做为铁离子稳定剂。5.4.3破乳剂的优选由于储层中蜡、胶质、沥青质含量较高，而且储层孔隙小、孔喉弯曲，在注水过程中，会有较大量的原油停留在井筒附近的储层里，当酸进入地层后，与岩石发生反应同时，也与原油作用，形成乳化液和酸渣，因此需要选用破乳剂。井口取样原油破乳实验 时间(min)酸液51015203015%HCl10.015.025.527.031.015%HCl+0.5%D-5083.593.097.599.0100.015%HCl+2.5%FL-0282.594.096.599.0100.015%HCl+1.0%SPZ-872.081.584.089.093.510%HCl+5%HAC+0.5%D-5081.587.591.097.599.510%HCl+5%HAC+2.5%FL-0282.591.595.099.0100.010%HCl+5%HAC+1.0%990171.079.583.088.592.012%HCl+3%HAC+3.0%HF+2.0%HNO3 +0.5%D-5083.589.593.098.599.512%HCl+3%HAC+3.0%HF+2.0%HNO3 +2.5%FL-0285.092.594.598.0100.012%HCl+3%HAC+3.0%HF+2.0%HNO3 +1.0%990170.080.083.089.089.0根据实验结果，优选FL-02做为破乳剂。5.4.4助排剂的优选在酸液中添加助排剂，有助于降低酸液和残酸的表面、界面张力，减小液体的流动阻力。提高了酸化作用体积，有利于残液返排。助排剂的表/界面张力实验结果 酸 液表面张力(mN/m)界面张力(mN/m)15%HCl+0.5%D-5026.520.6115%HCl+2.5%FL-0227.681.4315%HCl+1.0%SPZ-829.447.4810%HCl+5%HAC+0.5%D-5026.530.6710%HCl+5%HAC+2.5%FL-0227.871.5810%HCl+5%HAC+1.0% SPZ-829.857.4412%HCl+3%HAC+3.0%HF+2.0%HNO3 +0.5%D-5026.640.6312%HCl+3%HAC+3.0%HF+2.0%HNO3 +2.5%FL-0227.921.6412%HCl+3% HAC+3.0%HF+2.0%HNO3 +1.0%SPZ-830.067.13根据实验结果，优选FL-02做为助排剂。5.4.5.粘土稳定剂的优选朝阳沟油田储层岩屑和粘土含量高，为防止酸化过程中造成的粘土分散、运移、膨胀和堵塞，必须采用性能优良的粘土稳定剂。朝661、朝4混合岩心粉末的膨胀实验膨胀(mm)膨胀介质时间(min)2h防膨率(%)1020306090120蒸馏水0.260.460.540.650.690.76/煤油0.070.080.080.090.090.09/蒸馏水+1.0%A-250.070.110.140.210.260.3167.16蒸馏水+1.2%A-250.050.090.110.150.180.2182.09蒸馏水+3%NH4Cl0.200.390.470.620.660.6811.94蒸馏水+2.5%FL-020.210.350.420.490.550.6122.39根据实验结果，优选的粘土稳定剂为A-25。5.4.6水井洗油剂的优选朝阳沟油田储层原油粘度高，由于孔喉弯曲，渗透率低，在近井地带的孔隙孔喉中残留有一定量的重质油，往往通过酸液中的破乳剂不能完全解除它们造成的伤害，特别是酸渣的伤害。因此，在酸化前注入一定的水井清洗剂，能够溶解大部分有机物质，减小酸液与原油成分间的乳化和生成酸渣。油垢清洗实验 油垢来源洗油剂现 象 描 述洗油效率(%)石英砂+井口取样原油柴 油震荡10分钟后还剩一半以上未溶解，放置24 小时仍未溶解。43.8柴 油+甲醇等震荡30分钟才基本溶解，剩下无机质和少量油污。78.7FRL-01震荡10分钟后，固体只剩下微量纤维状物质。95.6根据实验结果，我们优选的洗油剂FRL-01。6 酸化液体系及综合性能评价6.1酸化液体系配方通过酸化工程模拟实验，形成了适宜朝阳沟油田水井酸化的储层配方体系。a、洗油管液：5%HCl+1.0%FL-02b、洗油剂：FRL-01c、前置酸：12%HCl+3%HAC+2.5%FL-02+1.0%A-25d、主体酸：12%HCl+3%HAC+2.5%HF+2.0%HNO3+2.5%FL-02+1.0%A-25e、后置酸：12%HCl+3%HAC+2.5%FL-02+1.0%A-25f、顶替液：3%NH4Cl+0.5%A-256.2酸液体系综合性能评价为了评价复合酸液体系的前置液、主体酸和后置液的综合性能，室内除了评价外观、热稳定性外，还进行了缓蚀性、铁离子稳定性和表/界面张力的测定，评价它们之间的协同效应。前置酸、主体酸性能评价内容前置酸、主体酸、后置液外观红色均匀透明液体，无油状物、不分层稳定性常温静置72h，70静置4h，同上表/界面张力28.46/1.54mN/m腐蚀速度2.32g/m2.h (70，4h)稳定Fe3+1247mg/l6.3长、短岩心的酸化工程模拟实验为综合评价优选的酸液体系对朝阳沟油田的适应性，我们进行了长岩心、短岩心模拟实验，模拟酸化液体系在现场应用的效果。共进行了3次短岩心模拟试验，以C661为例说明短岩心模拟实验情况，实验步骤是注3%NH4Cl溶液（7PV）测岩心的基准渗透率；注前置酸(14PV)，直到无气泡出现为止；注主体酸(21PV)，直到岩心渗透率有明显增加；注后置酸(8PV)，直到将主体酸基本替出岩心；注3%NH4Cl溶液(7PV)测岩心酸后渗透率。共进行了4次长岩心模拟试验，实验步骤与短岩心模拟实验相同。以C4井岩心为例说明长岩心模拟实验情况，分别注入：3%NH4Cl溶液(24PV)、前置酸(38PV)、主体酸(44PV)、后置酸(22PV)、3%NH4Cl溶液(20PV)。试验后渗透率由6.2 (10-3m2)增加8.0 (10-3m2),增加了33.3%。短岩心模拟试验 长岩心模拟试验通过长、短岩心的酸化工程模拟试验，显示了不同储层类型所选酸化工作液配方体系均能较好地增加岩心的渗透率、保持岩心的强度和完整性，而且能有效控制酸化过程中的二次沉淀伤害，满足现场施工条件。7 优化设计及现场应用7.1选井原则目的层必须具有一定的渗流能力，具有一定的累注量；能够判断目的层受到污染，具有较大的表皮系数，确定损害程度。对目的层矿物成份及历年作业措施资料进行分析，确定酸化规模和用酸类型，看是否适宜采用酸化措施。固井质量要好，以免酸化窜层，影响酸化效果。没有套变或套损，以免酸化或以后注水进一步破坏套管。7.2酸化施工工艺优化通过近几年水井酸化施工井效果进行分析，对酸化施工工艺进行了优化，主要体现在三个方面：一是在主体酸液前注入地层清洗剂，溶解部分有机质朝阳沟油田属于特低渗储层，原油粘度高，残余油饱和度较高，由于储层孔隙小、孔喉弯曲，渗透率低及毛管力的圈闭作用，原油以分散或乳化的形式存在于孔隙裂缝中，降低储层渗透率。水驱后，剩余油饱和度较高，由于油膜在岩石表面的吸附，将阻止酸化液与岩石作用；同时酸化液与原油接触会形成乳化液，仅通过酸化液中加入破乳剂不能解除油蜡堵塞，且原油与有机土酸接触会析出以沥青质和胶质为主要成分的沉淀，即酸化淤渣。因此注入地层清洗剂可以提高酸液反应效率，降低酸化过程产生的二次沉淀。二是改不排酸酸化为适当排酸酸化酸液体系中仅加入各类络合剂，不能完全解决酸化反应沉淀问题，影响酸化效果；如排液量过大，随生产制度变化，孔隙中部分油滴开始流动，残余油返吐，易堵塞孔隙，表现为水井泄压返吐后期大量出油现象。因此采取排酸酸化，且返吐液量适当控制。三是酸化后注入顶替液为稳定注水压力，延长措施有效期，利用表面活性剂、地层清洗剂和粘土稳定剂配制顶替液，降低油水界面张力，改变近井地带岩石润湿性，改善水溶液的流动性，降低水流阻力，提高水相相对渗透率；同时粘土稳定剂会吸附在粘土表面形成保护膜，控制后续水驱粘土矿物水化膨胀和分散运移，降低粘土膨胀带