注水井负压酸化解堵技术.doc

中石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）题 目： 注水井负压酸化解堵技术 学习中心: 吉林松原奥鹏学习中心 年级专业: 0703石油工程高起专 学生姓名：郝山川 学号： 002584中 石 油 大 学 （北京） 现 代 远 程 与 继 续 教 育 学 院论文完成时间：2008年12月24日摘 要 对于注水开发油田，注入能力的降低必然导致注水井注入压力的升高，而注入水水质是影响注水开发效果的主要原因。提高水质所需资金又很巨大。因而，注水井的降压增注工作成为注水开发油田的重要课题。针对注入压力升高的原因和对以往增注措施（如：酸化、强负压解堵、正水击）的分析得出：单纯的某一种措施使用范围比较小，措施效果不理想，难以满足目前开发的需要。而负压酸化解堵技术实现了对上述三种技术的有机结合，很好地解决了上述问题，并且经济效益显著。该项技术具有以下几大特点：1. 改以往的酸化为油管酸化，减少酸液腐蚀，降低二次堵塞；2. 瞬间释放酸液酸化油层；3. 将酸化与强负压解堵技术相结合，提高措施效果；4. 一次性作业管柱，降低施工强度；5. 降压增注效果明显，成本低，见效快。总之,此工艺就是通过分析注水井的堵塞原因，结合酸化、强负压技术与正水击三项技术，设计成一次性作业管柱，并通过现场施工的分析，进一步完善此项技术,此工艺也大大提高了油田的开发效果。关键词 负压酸化解堵、新型技术、降压增注、提高采收率概 述 由于原油的储层特点、注水水质差等种种原因，目前吉林油田扶余采油厂注水井的平均注入压力逐年上升，部分注水井难以达到配注水量。经分析认为，对于扶余采油厂西区来说，注入水水质差是影响注水开发效果的主要原因。在目前工艺流程条件下，投入大量资金用来提高水质难度很大。而提高注水泵出口泵压又将导致注水系统效率降低，单位注水成本上升。因而，注水井的降压增注工作已经成为影响扶余采油厂西区注水开发效果的重要课题。从已有的资料显示，注水井降压增注的方法很多，如：补孔、压裂、酸化、强负压解堵技术、正水击技术等等。但由于选井条件严格导致应用的普及面比较小，效果差异较大。而本文将重点研究负压酸化解堵技术一种新型的复合解堵技术。它集酸化技术、强负压解堵技术、正水击技术于一身，针对扶余油田的地质特点，对引起注入压力升高的各种堵塞有很好的处理作用。并具备施工工艺简单、费用低、处理效果好、有效期长、对地层伤害小等许多特点，具有广阔的发展前景。1 高压注水的原因及危害11、注入压力升高的原因吉林油田扶余油藏属于多裂缝非均质细砂岩油藏。扶余采油厂西区于1973年开始进行注水开发，到目前已经注水30年。日注水量已升至12000m3/d。在此期间虽经过大小数次工程调改，但由于采用污水回注方式，注入水水质始终未能达标，目前注入水水质状况如下：表一 水质 情 况 调 查 表 地点机杂含铁含油含氧腐生菌硫酸菌硫化物 CO2PH值注入水252.234.00.40103-104104-105042.167普遍认为，注水井的注水能力主要受下列三种因素的限制:（1） 水产生地层伤害；（2） 层本身性质差；（3） 产层薄。可以归结为与注水有关的潜在的伤害机理有以下几点：（1） 力学方面讲有： a)注入了固体； b)速率引起了伤害（微粒运移）以及微粒造成堵塞；（2） 从注入水与地层岩石相互作用方面讲：a）粘土膨胀；b）粘土反絮凝作用；c）地层溶解（结构溶解）；d)化学吸附与润湿性改变。(3) 从相对渗透率方面来讲:：注入水质量注水成功的关键引自江汉采油工艺1999年第3卷 第1期 a) 废油携带;b) 游离气携带.(4) 从生物学因素讲： a)细菌携带与繁殖.(5) 从注入水与地层水相互作用上讲：a)不溶性垢的产生;b)乳化作用与乳液堵塞;c)沉淀作用; d)蜡和沥青沉淀.就目前我厂西区注水井堵塞的原因进行探讨，可以分析出以下几个方面：表二 注水井堵塞原因调查表序号堵塞类型堵塞物质堵塞机理发生源1机械杂质泥浆、油、砂、铁锈大于孔喉尺寸的颗粒在岩石表面形成滤饼，且颗粒进入孔喉钻井、注水、作业2结垢无机垢离子反应向沉淀产生的方向进行钻井、注水、作业3细菌细菌及其代谢产物细菌颗粒及其代谢产物注水4储层颗粒运移粘土岩石孔喉壁面受流动环境作用，物质脱落、堵塞孔道注水、作业5储层粘土水化膨胀粘土粘土矿物的水化膨胀，孔喉缩小钻井、注水、作业6酸敏Fe(OH)3、CaF2、MgF2及不溶于酸的沉淀物质酸化过程中产生的二次沉淀堵塞孔喉酸化、注水7盐敏粘土粘土与入井液进行离子交换后膨胀注水、作业8综合堵塞各种堵塞物的不同组合物质各种堵塞的复合钻井、注水、作业从上述分析可以看出：几乎所有的与注入能力有关的问题，最终都可以归结为与注入水水质有关的问题。1.2注入压力升高的危害由于西区注入水水质严重超标，近几年虽然不断采取降压增注措施,但注水井的平均注入压力依然不断上升。详见下表：表三 历年注水井平均注入压力数据表年份2002200320042005200620072008注入压力（MPa)4.784.854.874.944.995.005.02目前全厂的平均干线压力7.26 Mpa,平均注入压力上升到5.02Mpa，详见下表：表四 注入压力分级情况统计表压力2.02.1-3.03.1-4.04.1-5.05.1-6.06.1-7.07.0井数48275475238由于注入水水质的不合格,使注入水在井底产生堵塞,堵塞过程的特点是：较大的微粒直接占据了井筒与地层交界处的地层表面,并形成了所谓“外”滤饼。较小的微粒则是侵入地层很深，并不知不觉地形成了所谓“内”滤饼。这种内滤饼的所在位置离井筒的距离可达到几厘米以上。由于它极力排斥流体进入，往往造成常规的力学和化学增注失败。因而，一般来讲，它可以比外滤饼造成更严重的地层伤害。根据有关资料显示，所观察到的堵塞和注入能力减弱的严重程度受下列因素所控制：（1） 悬浮固体的浓度；（2） 悬浮固体的注入速度；（3） 注入液所进地层的孔隙大小及分布。注水过程中造成地层堵塞的各种堵塞物大体分为两大类：一类是无机堵塞物，其中可被盐酸溶解的主要有CaCO3，FeS，及Fe（OH）3。泥质堵塞物虽然不溶于盐酸，但土酸对它有较大的溶解能力。另一类是有机堵塞物，即残余油、溶解气、藻类和细菌。特别是细菌的注入，在井底周围生长繁殖，要清除它们的堵塞，就要在井底附近采取杀菌措施。由于注入压力的上升，主要对注水系统产生如下危害：（1） 注水井的注入压力上升，部分高压注水井需要接近该井的地层破裂压力的注入压力才能够注入水或者达到配注；（2） 由于部分高压注水井的存在，对注水干压要求较高，从而降低了注水系统效率，提高了单位注水费用；（3） 给这部分注水井的管理带来很大难度。由于注入压力较高，不能进行正常的分层测调试工作，严重影响了注水开发的效果；（4） 由于西区注水开发多年，干线、支干线、单井管线腐蚀严重。由于干线压力的升高，管线漏失增多，造成停产停注事故频繁。2 几种降压增注方法的研究目前常用的注水井降压增注的方法很多，比较常见的方法有补孔、压裂、酸化、强负压解堵技术、正水击技术等等。负压酸化解堵技术是一项综合的降压增注技术，它集酸化技术、强负压解堵技术、正水击技术于一身，针对扶余油田的地质特点，很好地解决了引起注入压力升高的各种堵塞。下面对它的解堵机理进行研究：2.1 酸化解堵机理目前，文献推导的酸化技术很多，但就其主体来说多时以岩石有较强溶蚀能力的土酸为主。利用土酸与钙质、镁质、铁质的反应，溶解堵塞物。因此，我们确定选用活性酸作为酸化的主体配方体系。在配方上基本采用扶余采油厂原有的酸化配方工艺，为更好地控制酸-岩反应速度，在一些添加剂上略作调整，在用量上减少2/3左右。主要目的是解除无机堵塞物。重点是注水过程中产生的钙垢、铁锈和各种沉淀物。2.2 强负压解堵机理借鉴强负压采油工艺技术，以套管作为工作筒，以油管作为活动杆，以封隔器作为密封件，下入套管内的射孔顶部。套变井即下至套变顶部10米20米之内。在上冲程，由后投凡尔球座封，从而使上行管柱对油层产生负压作用，使井眼附近的近井地带的油层堵塞物受正向压差作用而流入井底；下冲程，被上冲程抽吸出来的液面在某一时刻与下行的井下工具底面产生强烈的冲击，低频而强力的水力冲击波双向作用于油层。经过多次的双向抽吸振动，使近井地带的堵塞物被抽出油层。从而疏松了油层，解除了堵塞物，达到了降压增注的目的。2.3 正水击解堵机理正水击解堵技术作为吉林油田钻采院的成型技术，在吉林油田油水井上施工多次，取得了宝贵的经验数据。它主要原理是：将正水击发生器连接在管柱底部，下至预处理层段，导液花管对准油层中部，做好专用井口。利用泵车打压，当泵压大于定压器的剪切压力时突然爆破，高压液柱冲出油管，液柱的压能迅速转换成动能，冲至底部丝堵后，动能又转换成压能，迅速作用在油层上，从而产生对油层的冲击。由于正水击产生的冲击压力高于油层的破裂压力，且对油层作用速度极快，基本不受地应力高低的限制，因而瞬间可以产生多条不规则微裂缝，击开堵塞的各种滤饼，包括“内滤饼”和“外滤饼”。提高油层的导流能力。2.4 负压酸化解堵技术的性能特点上述三种解堵技术在应用过程中各有利弊。（1） 酸化技术最为完善，从几年的解堵效果来看也是最好的，但存在着较严重的二次堵塞，残液和反应产物不易排出。同时使用的酸液剂量大，成本高，对管线和井口腐蚀严重。（2） 强负压解堵技术成本最低，见效最快。但由于作用半径比较小，有效期比较短。（3） 单纯的正水击解堵技术主要依靠定压器憋高压爆破来实现的。但作用距离比较小，虽形成的微裂缝，但堵塞物仍然存在井底和近井油层，有效期短。负压酸化解堵技术集上述三项技术于一身，与上述三项技术相比，它具有以下特点：（1）改以往的酸化为油管酸化，降低酸液用量和二次堵塞。以往酸化大多数都是通过油套环形空间进行施工作业，酸液损耗比较大，对注水井本身的腐蚀严重。采取油管酸化后，酸液与管壁的接触面减少，降低了腐蚀；同时酸液用量为酸化用量的1/3，降低了酸液用量，从而也降低了二次堵塞。(2)瞬间释放酸液酸化油层。由于采用了正水击技术，使酸液进入地层由泵车打入改为瞬间释放高压进入，从而提高了酸化的质量。一方面由于正水击产生的微裂缝使酸化更加有效彻底地进行；另一方面酸液也使正水击的作用更加显著。(3)将酸化与强负压解堵技术相结合，提高措施效果。由于酸液与铁锈、钙垢反应后产生二次沉淀，而强负压解堵技术能够将反应后的产物抽吸到井底，举升到地面，从而大大地降低了二次堵塞产生的损害，把酸化对地层的伤害降到最低限度。同时，强负压解堵技术又将不能与酸液反应的各种有机杂质排出，提高了解堵效果。(4)一次性作业管柱，降低施工强度。若一口井同时采取以往的酸化、强负压、正水击三项技术施工，按照传统的作业方法，至少需要起下管柱2-3次。负压酸化解堵技术仅采用一次性作业管柱，从而降低了作业成本和施工费用，也降低了施工强度。(5)降压增注效果明显，成本低，见效快。由于集三项技术于一身，它一方面保留了三项技术的优点；另一方面，它又通过有机地结合，克服了三项技术各自的缺点，因而与三项技术相比，它具有降压增注效果明显，成本低，见效快等特点。2.5 选井条件（1）以往注水效果较好，确认为由于地层堵塞而使注水量下降的井；（2）注水井转注后压力上升较快,在有一定连通性的情况下,由于钻井液导致堵塞的井;（3）酸化效果不明显的注水井.3 负压酸化的施工过程3.1施工作业限位封隔器后投凡尔球定压套卸压花管管柱示意图3.2 施工过程具体施工作业过程如下:（1）修井作业,起出原注水管柱；（2）通井，探砂面，丈量数据；（3）配下上图管柱，限位封隔器避开套管接箍;（4）将管柱内灌入酸液;（5）在井口打压，首先涨封限位封隔器;（6）当压力超过定压器工作压力时销钉剪断,瞬间高压将酸击入油层;（7）投入后投凡尔球;（8）起落管柱7-10米(在油管接箍范围内),强负压排液解堵一次;（9）往复数次或数十次;（10）起出管柱,配下原注水管柱；（11）座好注水井口完井。4 负压酸化的现场试验根据目前掌握的情况，扶余采油厂西区注入压力高于6。0 MPa的注水井总数31口。经分析，符合负压酸化解堵技术选井条件的井有8口。2008年1月份施工3口，二月份施工2口，3月份施工3口。由于影响解堵效果的因素很多，自然处理后的效果就存在一定差异。但总体效果很好。见下表：表五 负压解堵技术效果统计表序号井 号施工日期配注水量(m3)措施前措施后注水压力(MPa)日注水量(m3)注水压力(MPa)日注水量(m3)1+24-01.25307.2 11 5.6 30 237-261.25557.0 30 6.4 54 39-201.25256.5 0 6.5 0 429-20.22.11456.8 425.1 43 5+24-42.11207.6 0 6.4 20 629-18.23.27307.2 27 5.5 30 7+14-00.23.27557.0 32 6.4 48 8+22-13.27307.39 7.3 27 累计施工8口井，有效7口井,总有效率为87.5%，平均单井注入压力由措施前的7.1 MPa下降到6.2 MPa，平均单井注水量由19上升到31有效的7口井中，基本上全部达到配注。累计增油480吨。5 经济效益评价在扶余采油厂，负压酸化解堵技术累计施工8口井，截止就月末累计增油480吨,预计年底增油将达到600吨。 经济效益分析: （1）创总产值：（原油售价1445元/吨）1445480 = 69.36万元（2）投入产出比单井投入为15000元总投入815000 = 12.00万元投入产出比=12.0/69.36=1:5.78（4） 创经济效益原油成本为900元/吨,吨油效益为1445 - 900 = 545元/吨.总效益