水井大修除垢工艺技术开发与应用

水井大修除垢工艺技术研发与应用国泰公司技术管理部二一三年七月二十九日目 录一、立项背景1二、技术路线及技术目标1三、结垢机理分析与认识2四、酸化设计内容错误！未定义书签。五、酸化设计原则错误！未定义书签。六、黑168区块构造储层特征错误！未定义书签。七、设计所需的原始数据及油井基本情况错误！未定义书签。八、油井分析及措施目的错误！未定义书签。九、施工设计技术思路错误！未定义书签。十、现场材料及工具资料错误！未定义书签。十一、酸化方式错误！未定义书签。十二、施工参数设计错误！未定义书签。十三、其它已知数据错误！未定义书签。十四、完成以下设计计算及内容错误！未定义书签。十五、设计报告装订顺序及格式(统一用word文档A4纸打印)错误！未定义书签。参考资料错误！未定义书签。水井大修除垢工艺技术研发与应用一 立项背景：结垢会给水井带来严重的危害，降低注水系统效率，增加修井次数，腐蚀注水管线，堵塞油层，使注水压力不断上升，损坏注水井井下系统设备，缩短水井的免修期，严重的造成水井报废。尽管采油系统对注水井结垢机理做了大量分析研究实验工作，同时，也提出了许多控垢除垢的方法，但在现实石油行业注采实践活动中，由于众多因素的制约，使得注水井结垢问题，没有得到实质性解决。目前，吉林油田个别采油厂（乾安采油厂、新民采油厂）、戈壁能源公司等采油系统单位，注水井由于腐蚀、沉淀、结胶、积炭、细菌繁殖等造成油套管柱内壁结垢严重，严重影响了注水井的正常生产，导致注水井在日常维护作业过程中管柱拔断,卡管及井下配件卡现象不断发生,使得大修作业井逐年递增，说明水井大修作业市场广泛。多年实践证明，如果解决好水井除垢问题，就可以极大地提升水井大修作业成功率，缩短水井大修作业占井周期，加快恢复水井利用，为实现油田的高效合理增注提供保障。该项目，在为吉林油田技术服务的大修作业施工队伍中，还没有真正地开展此项目工艺技术研究工作，该项目获得成功后，可以实现强化国泰公司大修技术服务能力，加快提高国泰公司水井大修作业水平，拓宽市场占领份额，提升作业经济增长点，具有深远的意义。1.1项目概况通过对戈壁能源公司水井地质基础资料及相关数据分析，垢质、岩心酸化实验验证，结垢机理分析及借鉴以往水井除垢经验基础上，本项目主要针对水井结垢严重的大修施工井，研发应用了机械除垢法、化学除垢法及机械化学联合除垢法，有效地解决清除油套管内壁垢质及井下配件垢质卡钻施工技术难点问题。提升水井大修作业除垢效果，加快井筒垢质处理速度，满足大修工艺需求，减少作业工序，提高大修作业生产时效，缩短水井大修完井周期而开展的技术研发与应用。1.2应用前景通过对项目的研发与应用，开发应用的除垢法可以完全解决戈壁能源公司水井大修除垢问题，机械化学联合除垢法效果极为明显，可以100%实现井下配件整体打捞；特别是通过应用化学除垢法，可以有效地解决水井近井地带堵塞问题，降低了注水压力，增大了吸水指数，实现了高效增注的目的。同时，也为其它地区（乾安采油厂、新民采油厂）结垢严重的水井大修积累了除垢作业经验和一套完整的施工方法。1.3发展趋势项目的研发与应用成功后，不但可以解决吉林油田及合资合作区块不同地区水井大修除垢问题，还可以实行走出去发展战略，以技术制高点占领外部油田水井大修作业市场，开拓大修市场份额；通过基质酸化除垢，解决水井近井地带堵塞问题的技术应用，通过对该项目的进一步完善与挖掘，可以进一步实现延伸拓展应用，达到通过地面工艺技术，向水井实施混合注酸，解决水井深部堵塞的问题。二 技术路线及技术目标：2.1技术路线采取走自我技术创新为主，合作技术创新为辅的技术路线之路，做到实现“四”结合。（1）调研分析与实验验证、筛选优化设计相结合（2）借鉴引入与自主创新相结合（3）实验完善与推广相结合（4）实用高效与成本效益相结合2.2技术目标（1）实现完成研究油套管结垢的成因机理分析。（2）实现完成化学除垢的机理，优化筛选化学除垢剂及配比，优化开发设计除垢工艺技术方案。（3）实现完成优化设计两种机械除垢工具：一种是油套环空除垢工具；一种是清除套管内壁的除垢工具，实现“刮铣通”修井工具一体化（4）实现完成针对结垢严重的水井大修，研究做好机械除垢和化学除垢二者有机结合的工艺技术。（5）实现完成井下配件整体打捞，提高作业时效30% 。（6）实现完成解决水井近井地带堵塞问题三 结垢机理分析与认识：3.1对于垢的认识油田注水系统对于油田稳定、高效的生产具有重要的意义。一般注水管线由注水泵站、注水阀池、配水间、注水井等大致构成。这些部分由于周边环境的影响而有大量的积垢不断产生并带来很多的危害，为深入开展次该项目，因此有必要详细分析这些结垢现象的原因。根据实际的情况看，注水井中采集到的垢样包括各种各样的无机物及以石油和沥青为主的有机物。油田垢（无机垢）产生的最根本的原因是由于注水井的注入水组成复杂如有些油田甚至使用处理并不是很好的污水，在不同的环境中会发生各种不同的物理和化学变化，由此产生的油田垢复杂多样。这种结垢现象最为频繁也最具代表性和危害性。3.2结垢机理及类型分析一种结垢原因是：一些离子结合后会形成在水中不溶、难溶和微溶的物质，这些物质都很容易成为积累的水垢，也就是盐类垢。由于水质的限制，通常这类垢是由碳酸盐和硫酸盐组成。典型的是碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶等。这种垢的形成一般会经历成核长大的过程。先是少数垢核心在管道表面形成、附着，然后更多的其它成垢化合物在这些核心周围聚集，成为更大的垢团。随着水流的冲刷，一部分垢被冲掉，但其它的垢又在生成，最终可能阻塞管道或至卡井下配件。随着环境水温的升高，这些难溶或微溶盐的溶解度下降，就有更多的物质从水中析出，成为水垢。所以在一些井中，当温度高于60时才会出现明显的结垢趋势，温度越高，结垢的趋势越严重。 以碳酸钙为例说明，其它碳酸盐与之类似Ca2+2HCO3-CaCO3+CO2+H2O H+HCO3-H2CO3 2OH-+HCO3-H2O+CO32- 据相关资料及实验表明：当水中钙和碳酸氢根离子含量以及二氧化碳含量适宜时，上面的反应是一个平衡的反应。一旦新的注入水进入，带来过量的钙离子，或周围环境导致二氧化碳的分压降低使平衡被破坏，反应就会向右进行，导致碳酸钙水垢的大量生成。而水中溶入过多的二氧化碳，则会使反应向左进行，抑制了碳酸盐类水垢的生成。同样，注入水的pH值也会通过影响上述平衡来影响成垢趋势。当pH值小于4时，反应向右进行，HCO3-会大量减少，导致反应向左进行，水垢减少；当pH值在410之间时，水中以碳酸氢根为主，这种状态很不稳定，所以有一定的成垢趋势；而当pH值大于10以后，反应明显向右进行，碳酸根离子大量出现，只要水中有合适的钙镁等离子，就会成垢，所以这种状态下为成垢的高危区。水的流速也会明显地影响结垢的趋势。水的流动越缓和，成垢核心生长的环境越稳定。从配水器等井下设施到井筒壁再到地层，流速逐渐降低，水垢出现的几率逐渐提高，流速和流向的突然改变也会使结垢加剧。一类垢型非常重要，这就是腐蚀导致的水垢。这种垢与前面所提的垢不同。这种水垢不是管道之外的介质部分化合沉析出来的，而是由管道本身的材料转化而成的。有些腐蚀介质会将管道中的钢铁氧化，使其形成铁的氧化物、氢氧化物等。水中的溶解氧通过电化学腐蚀的方式来侵蚀管道基体，但是没有其它种类水垢的协助，这种成垢方式难以真正形成。水垢所覆盖的管道表面在电池反应中成为被腐蚀的阳极而逐渐氧化，并向管壁的内部不断侵入，这种水垢需要格外防范。一般来说，注水井的井口溶解氧的含量较高，但并不是注水井的井口才会有严重的腐蚀结垢。水中溶解的硫化氢气体、二氧化碳气体及铁细菌、硫酸还原菌等都可以借助表面水垢的掩护，在垢下腐蚀管道的基体，形成严重的垢下腐蚀产物（碳酸铁、硫化铁等），并生成新的深层水垢。另外，注入水中夹带的固体颗粒和水中微生物排泄可以形成黏泥。这些垢要么聚集在注水井的底部，要么是黏絮状的易清洗物，其存在也会对注水的效率产生影响。综上，与注水井相关的结垢现象非常广泛，集中在注水井附近的地层、注水井底部、井筒壁、配水及封隔系统、油套管内外壁等处。形式以表面化合盐类垢、垢下腐蚀产物和泥砂等为主。3.3结垢带来的危害性1.地面管线及泵站等的结垢明显会降低整个注水系统的流量和效率。 2.结垢堵塞近井通道，油井产量就会降低。 3.井筒结垢会造成泵卡、筛管堵死，井下管柱、井下工具卡（堵）死，作业拔不出、测试仪器下不去，不能实现分注，严重影响油田的正常生产和经济效益。 4.管线结垢使管道（油套管）缩径，流通截面积变小，造成压力损失、排量减小及管道堵塞。结垢导致注水压力升高，注水压力与泵压差值减小，注水困难,导致泵压稍有波动即出现欠注。因注水井欠注、地层压力下降、能量补充不足，导致油井产量下降快，据各油田统计，因注水井欠注造成油产量的月自然递减率为210。 5.结垢诱发注水井管线局部腐蚀，并且因腐蚀导致注水管线漏失频繁，甚至可使注水井管线穿孔，造成破坏性事故。有些油田采油厂因结垢腐蚀每月至少更换2-5条注水井管线。 6.结垢使油水井免修期缩短，修井费用增加造成巨大经济损失，影响油田产能建设。注水井油管结垢严重，必须进行除垢作业，由于条件限制很难清除干净，致使返修率上升。 7.注水系统维修作业耗资巨大，处理一次注水管线漏失一般需几千元，如果一个采油厂漏失严重的注水管网全年漏失在100400次以上，则处理漏失耗资在几百万元。注水井小修作业维修一次在3万5万元左右，大修维修一次在15-70万元左右，再加上材料费，则一个有几十口结垢井的采油厂每年修井费用也要几百万元。如果再加注水泵等各种工具的维修替换费用，一个采油厂光因结垢发生的年费用就会在千万元。 四戈壁能源公司地质状况调研与分析4.1地质调研通过调研戈壁能源公司水井地质基本数据，扶杨油层粘土矿物相对含量，测井、录井资料，X衍射全岩检测报告、水井测调试及水井连通数据，获得真实的第一手资料。便于为实施酸化除垢施工，编写除垢设计方案提供有效基础数据，更好地为优化化学法除垢施工方案提供科学保障。1储层特征：戈壁能源公司开发目的层扶杨油层，油藏中部深度为1773.19m，油层发育六个砂岩组十九个小层，平均单井砂岩厚度33.6 m，平均单井有效厚度15.34 m,平均单井动用砂岩厚度21.08 m，平均单井动用有效厚度13.74 m,孔隙度11.42%，渗透率5.6610-3m2，含水饱和度57.17%。区块原始地层压力20Mpa，目前地层压力17.9Mpa。2岩心分析：从戈壁能源不同区块、不同井的取心情况分析看：岩心岩性为粉砂岩，平均孔隙度9.18%、平均水平空气渗透率0.49m2、平均岩石密度2.41 g/cm3。砂岩层平均泥质含量20.68% 。3其它参数：见下表3.1表一：戈壁能源公司扶杨油层粘土矿物相对含量表项目相对含量（%）平均值伊利石绿泥石蒙脱石伊蒙混层66.184.127.9321.333.2表二：戈壁能源公司扶杨油层原油性质表密度（g/cm3）粘度（mpa.s/50）含蜡（%）胶质（%）沥青（%）含硫（%）蜡熔点（）凝固点（）0.84732.8532.214.81.320.074737.63.3表三：水井指数表（以DK7-8水井为例）井段2012-3-302012-6-292012-8-182012-9-162012-12-142013-2-52013-4-23启动压力吸水指数启动压力吸水指数启动压力吸水指数启动压力吸水指数启动压力吸水指数启动压力吸水指数启动压力吸水指数全井4.56.13.16.53.67.03.95.70.63.94.23.65.15.2一段5.02.13.22.33.62.44.62.0-0.81.215.26.11.3二段4.31.73.11.83.72.04.81.91.61.24.11.46.42.0三段