酸化分流技术发展现状

1994 , 陈 冀 嵋(西 南 石 油 大 学 , 四 川 成 都 610500)摘 要 : 系 统 论 述 了 转 向 酸 化 技 术 的 发 展 以 及 目 前 的 进 展 。 较 详 细 介 绍 了 各 种 机 械 转 向 、 泡 沫 转 向 、聚 合 物 转 向 、 黏 弹 性 表 面 活 性 剂 (V u S)转 向 技 术 的 一 些 发 展 情 况 。关 键 词 : 油 田 ; 酸 化 ; 转 向 ; 自 转 向基 质 酸 化 作 业 成 功 的 一 个 关 键 因 素 就 是 酸 液 的适 当 置 放 , 目 的 是 让 所 有 的 产 层 都 能 与 充 足 的 酸 液接 触 到 。 如 果 储 层 非 均 质 性 较 强 , 酸 液 就 会 优 先 流 入到 高 渗 透 层 , 而 低 渗 透 层 则 没 有 受 到 处 理 。 在 储 层 的基 质 酸 化 过 程 中 , 酸 液 在 储 层 断 裂 压 力 下 , 被 注 入 地层 。 如 果 酸 化 是 在 注 入 能 力 相 差 悬 殊 的 多 层 状 油 气藏 中 进 行 , 酸 液 将 沿 着 受 到 阻 力 最 小 的 通 道 运 移 , 进入 最 大 注 入 能 力 的 区 域 。 在 这 些 区 域 内 , 酸 液 溶 解 了碳 酸 盐 或 者 砂 岩 矿 物 , 并 且 产 生 了 蚓 孔 , 这 样 使 这 些区 域 具 有 更 高 的 注 入 能 力 。 最 终 导 致 的 结 果 是 , 大 多数 酸 液 流 入 同 一 蚓 孔 , 而 其 他 目 标 区 域 没 有 得 到 酸化 。 因 此 , 需 要 进 行 转 向 处 理 , 来 保 证 整 个 地 层 进 行了 酸 化 处 理 1 。 转 向 剂 的 作 用 在 于 平 衡 酸 液 流 动 , 以使 不 同 渗 透 率 的 地 层 均 能 达 到 酸 化 。国 外 有 关 分 流 酸 化 技 术 的 发 展 有 着 较 长 的 历史 。 从 1932 年 石 油 工 业 开 始 使 用 盐 酸 对 油 井 进 行 酸化 。 将 酸 液 分 流 进 入 期 望 层 段 , 改 善 油 层 的 吸 酸 剖 面的 问 题 就 马 上 被 提 出 来 , 从 此 , 分 流 酸 化 技 术 就 发 展起 来 。 70 年 代 以 来 研 究 较 为 活 跃 , 有 许 多 研 究 成 果 。国 内 从 80 年 代 初 开 始 在 这 方 面 有 所 研 究 。 目 前 主 要的 工 艺 技 术 有 : 机 械 分 层 技 术 、 化 学 微 粒 分 流 (即 暂堵 酸 化 )技 术 、 泡 沫 分 流 技 术 、 增 稠 酸 分 流 技 术 、 黏 弹性 表 面 活 性 剂 转 向 技 术 等 。机 械 方 法 (包 括 下 封 隔 器 和 堵 球 )是 酸 液 置 放 最有 效 的 方 法 , 机 械 分 流 可 主 要 分 为 封 隔 器 转 向 和 堵球 转 向 。 20 世 纪 40 年 代 , 应 用 井 下 工 具 可 以 探 测 酸液 和 油 层 问 的 接 触 面 。 两 种 液 体 同 时 注 入 可 保 持 接触 面 在 恒 定 的 高 度 , 因 此 有 助 于 选 择 性 地 处 理 某 一井 段 。 1950 年 , 使 用 膨 胀 性 封 隔 器 作 为 跨 式 工 具 , 在不 改 变 完 井 结 构 的 情 况 下 , 可 处 理 封 隔 器 以 下 、 中 间和 以 上 3 个 井 段 , 这 使 分 流 技 术 得 到 提 高 。 1965 年 设计 的 压 裂 挡 圈 , 为 多 层 油 气 藏 提 供 了 更 经 济 的 完 井并 用 回 流 帮 助 浸 泡 , 从 而 使 反 转 的 油 湿 反 转 , 复 原 为水 湿 ; 或 使 乳 化 液 破 乳 , 不 再 是 油 包 水 状 。 油 、 水 分 散 ,解 除 乳 状 液 的 堵 塞 , 使 降 低 的 相 对 渗 透 率 又 复 回 升 。(3)化 学 除 垢 。 水 垢 的 清 除 有 机 械 方 法 , 如 重 炮 射孔 法 可 以 解 决 射 孔 孔 眼 水 垢 。 但 是 应 用 较 多 的 还 是 化学 方 法 : 水 垢 的 清 除 : 用 淡 水 溶 解 氯 化 钠 水 垢 , 盐 水 溶解 石 膏 水 垢 。 酸 溶 性 水 垢 : 盐 酸 或 醋 酸 以 及 甲 酸 、 氨 基 磺 酸可 用 来 清 除 碳 酸 钙 及 铁 盐 水 垢 。此 外 对 于 化 学 不 活 泼 的 水 垢 : 如 硫 酸 铁 、 硫 酸 锶(B ) 不 溶 于 水 , 也 不 溶 于 酸 , 只 好 使 用 炸 药 、 钻磨 、 扩 眼 、 补 孔 等 机 械 方 法 清 除 水 垢 。 不 过 , 最 好 还 方法 是 打 破 注 水 系 统 中 这 类 垢 质 沉 积 的 化 学 环 境 , 防 止此 类 水 垢 的 沉 积 。参 考 文 献 1 张 绍 怀 , 罗 平 亚 等 . 保 护 储 集 层 技 术 M . 石 油工 业 出 版 社 , 1996, (7). 2 刘 恩 新 等 1 低 渗 透 油 田 油 层 伤 害 机 理 及 保 护 措施 研 究 J 1 断 块 油 气 田 , 第 10 卷 第 6 期 2003 年11 月 . 3 靳 秀 菊 , 姚 合 法 等 , 低 渗 致 密 砂 岩 气 田 储 层 损 害评 价 及 保 护 措 施 J 1 现 代 地 质 , 第 16 卷 第 4期 , 2002 年 12 月 . 4 尹 洪 军 , 梁 旭 等 , 低 渗 透 油 藏 考 虑 注 采 比 时 不 稳定 渗 流 规 律 研 究 J 1 特 种 油 气 藏 , 第 10 卷 第 5期 , 2003 年 10 月 . 5 张 琪 . 采 油 工 程 原 理 与 设 计 . 石 油 大 学 出 版 社 ,2000, (3) 蒙 古 石 油 化 工 2008 年 第 7 期 X 收 稿 日 期 : 2008- 01- 12作 者 简 介 : 郭 旭 昀 (1977 )男 , 现 在 就 读 于 西 南 石 油 大 学 石 油 工 程 学 院 , 硕 士 研 究 生 , 专 业 为 油 气 田 开 发 专 业 。 1994 。 可 回 收 的 封 隔 器 已 经 开 发 出 来 , 在 基 质 处 理 时实 现 区 域 隔 离 的 膨 胀 跨 式 封 隔 器 也 已 开 发 出 来 , 这使 得 机 械 置 放 技 术 昂 贵 和 费 时 的 缺 点 得 到 部 分 抵消 。 1956 年 使 用 的 堵 球 , 也 属 于 机 械 置 放 技 术 的 一种 。 在 处 理 时 , 套 管 内 封 堵 射 孔 眼 的 小 球 , 被 加 到 处理 液 中 , 并 被 液 体 带 至 孔 眼 部 位 , 封 堵 接 收 液 体 的 孔眼 2 。 然 而 , 这 需 要 有 足 够 排 量 来 维 持 其 通 过 孔 眼 的压 差 , 才 能 保 持 住 球 的 座 封 。 用 浮 球 代 替 普 通 沉 球 得到 了 较 好 的 效 果 , 由 于 浮 球 浮 力 的 作 用 , 它 们 不 会 留在 井 底 口 袋 的 静 止 液 体 中 。 总 的 说 来 , 运 用 这 些 机 械方 法 , 能 将 液 体 完 全 注 入 到 每 个 处 理 井 段 中 。 然 而 ,机 械 技 术 是 笨 重 的 , 需 要 现 场 的 装 置 设 备 , 既 费 时 又昂 贵 , 其 有 效 性 受 到 孔 眼 圆 度 及 光 滑 度 和 射 孔 数 量的 影 响 , 颗 粒 转 向 剂 也 很 难 排 出 , 容 易 引 起 地 层 伤害 , 并 且 操 作 复 杂 , 不 能 普 遍 使 用 。泡 沫 至 少 从 20 世 纪 60 年 代 就 开 始 用 作 酸 化 作业 的 转 向 。 加 入 气 体 和 表 面 活 性 剂 后 , 酸 就 能 产 生 泡沫 , 泡 沫 也 可 与 酸 交 替 注 入 。 酸 可 为 盐 酸 、 氢 氟 酸 或混 合 酸 , 气 体 可 为 氮 气 、 天 然 气 或 者 二 氧 化 碳 气 , 表面 活 性 剂 包 括 起 泡 剂 和 稳 泡 剂 。 一 旦 进 入 地 层 , 大 部分 水 从 泡 沫 中 分 离 出 来 , 并 且 沿 着 相 同 的 、 狭 窄 的 孔隙 和 裂 隙 流 动 。 在 水 的 流 动 过 程 中 , 水 的 饱 和 度 与 无泡 沫 时 一 致 , 由 无 泡 沫 时 的 相 对 渗 透 率 函 数 K 有 泡 沫 时 的 水 饱 和 度 可 由 达 西 定 律 求 出 有 泡 沫时 水 的 总 流 度 。 由 该 总 流 度 可 推 出 , 泡 沫 转 向 酸 化 是通 过 增 加 气 的 饱 和 度 来 降 低 水 的 饱 和 度 的 , 对 于 这种 转 向 , 当 高 黏 度 流 体 注 入 高 渗 透 地 层 区 域 后 , 其 可阻 止 其 他 流 体 进 入 该 地 层 区 域 , 注 入 压 力 随 之 上 升 ,当 总 的 注 入 压 力 超 过 某 一 压 力 极 限 时 , 低 渗 透 地 层区 域 开 始 接 受 注 入 流 体 。 然 而 用 作 酸 化 转 向 的 泡 沫既 不 强 韧 也 不 持 久 。 油 使 大 多 数 泡 沫 的 强 度 削 弱 甚至 破 坏 。 在 油 润 湿 性 岩 石 中 , 油 对 泡 沫 的 破 坏 作 用 十分 巨 大 。 并 且 由 于 温 度 高 于 93 时 , 大 多 数 泡 沫 不 稳定 , 该 技 术 受 到 温 度 的 严 格 限 制 。 另 外 , 在 极 高 渗 透率 储 层 中 , 存 在 高 渗 漏 现 象 , 泡 沫 的 有 效 文 献 报 道 在 为 2 时 , 聚 合 物 与 胶 联 剂 完 成 反 应 , 形 成 一 种粘 性 凝 胶 , 粘 度 达 到 1000m s, 可 以 性 很 小 在 酸液 中 添 加 聚 合 物 可 提 高 酸 液 的 粘 度 , 因 此 聚 合 物 可以 应 用 于 转 向 酸 化 3 。化 学 微 粒 分 流 法 这 种 技 术 是 在 酸 液 中 加 入 一 种油 溶 的 而 非 水 溶 的 化 学 微 粒 (对 油 井 )。 在 注 入 过 程中 , 这 些 微 粒 在 处 理 层 面 上 形 成 渗 透 率 非 常 小 的 滤饼 , 通 过 滤 饼 来 调 节 各 层 的 注 入 能 力 。 高 渗 透 层 开 始时 注 入 能 力 强 , 滤 饼 形 成 快 , 阻 力 增 加 快 , 使 层 间 差异 逐 渐 减 小 , 最 终 达 到 均 匀 进 酸 。 有 关 分 流 剂 的 资 料最 早 出 现 在 1936 年 , 由 H 司 提 出 专 利 ,使 用 皂 类 溶 液 与 2 反 应 生 成 的 颗 粒 作 为 分 流剂 , 是 一 种 只 溶 于 油 不 溶 于 水 的 脂 肪 酸 钙 4 。 因 其 沉淀 可 能 引 起 永 久 的 储 层 伤 害 , 很 快 为 人 们 所 淘 汰 。 这之 后 出 现 的 洋 槐 豆 橡 胶 , 也 因 具 有 同 样 的 缺 陷 , 而 无法 被 广 泛 接 受 。 本 世 纪 三 十 年 代 后 期 , 开 始 出 现 了 较为 成 熟 的 体 系 。 随 之 采 用 赛 璐 汾 絮 片 悬 浮 在 水 冻 胶的 混 合 体 系 , 完 成 对 高 孔 隙 度 和 高 渗 层 的 封 堵 。 晚 些时 候 , 冻 胶 又 为 油 外 相 的 乳 状 液 代 替 。 至 此 , 化 学 分流 剂 的 使 用 发 生 了 停 滞 , 而 机 械 工 具 分 流 却 迅 速 发展 起 来 。 直 至 30 年 代 , 由 于 其 廉 价 、 省 时 等 优 点 , 人们 才 对 其 发 生 了 兴 趣 。 1954 年 粉 碎 的 灰 岩 、 硼 砂 (有毒 , 很 快 淘 汰 )、 硬 沥 青 、 珍 珠 岩 等 均 取 得 了 一 定 的 成效 , 除 此 之 外 , 瓜 尔 豆 胶 也 由 于 其 高 粘 , 作 为 堵 塞 材料 的 理 想 载 体 。 六 十 年 代 起 , 用 于 生 产 井 的 石 蜡 一 聚合 物 混 合 物 烃 树 脂 ; 在 干 气 井 中 使 用 的 蛋 白 质 、 橡胶 、 糖 酶 的 混 合 物 , 均 在 一 定 条 件 下 可 实 现 暂 堵 分流 。 苯 甲 酸 和 岩 盐 用 于 注 水 井 。 随 着 实 验 设 备 及 科技 的 发 展 , C e 和 H 同 一 种 物 质 一 油 溶性 树 脂 (O 进 行 了 研 制 , 认 为 它 可 做 为 较 为 理 想的 分 流 剂 。 M 1984 年 曾 较 为 全 面 地 描 述 过 这种 方 法 , 并 推 荐 了 常 用 的 分 流 剂 和 浓 度 , 化 学 微 粒 分流 可 以 实 现 一 次 酸 化 同 时 解 开 各 层 伤 害 堵 塞 的 效果 , 其 技 术 难 点 在 分 流 剂 的 类 型 、 粒 径 分 布 确 定 、 化学 上 与 地 层 流 体 的 溶 解 性 。 即 要 实 现 在 酸 液 中 保 持惰 性 , 在 地 层 流 体 中 能 全 部 溶 解 , 且 物 理 上 能 有 效 封堵 储 层 , 形 成 各 层 均 匀 进 酸 的 效 果 。 该 技 术 比 较 成熟 , 国 内 外 都 有 很 多 成 功 的 实 例 , 是 目 前 分 流 酸 化 技术 中 较 成 功 的 技 术 。聚 合 物 转 向 酸 液 一 般 由 酸 溶 性 聚 合 物 、 冲 剂 、 胶 联 剂 (使 体 系 粘 度 增 大 )以 及 破 胶 剂 (使 体 系粘 度 降 低 ) 组 成 。 聚 合 物 一 般 为 聚 丙 烯 酰 胺 类 聚 合物 、 氨 基 聚 合 物 等 ; 胶 联 剂 可 为 锆 盐 和 铁 盐 , 如 三 氯化 铁 等 ; 解 聚 剂 可 为 树 脂 包 覆 的 氟 化 钙 或 是 氯 化 肼等 。 例 如 , 高 聚 物 交 联 凝 胶 酸 已 经 在 油 田 中 作 为 转 向流 体 来 使 用 。 在 此 体 系 中 , 改 变 可 以 激 发 粘 度的 增 加 。 这 是 因 为 改 变 活 化 了 体 系 中 的 金 属试 剂 , 金 属 试 剂 使 聚 合 物 分 子 链 发 生 交 联 , 增 加 了 聚合 物 流 体 的 粘 度 和 流 体 流 动 的 阻 力 。 进 一 步 增 加 钝 化 金 属 试 剂 的 交 联 , 打 破 聚 合 物 的 交 联 , 使 聚合 物 分 子 链 相 互 分 开 , 粘 度 下 降 。 将 新 注 入 的 酸 液 转向 至 没 有 酸 化 的 区 域 。 当 为 4 和 5 之 间 时 , 存 在的 解 聚 剂 使 聚 合 物 和 胶 联 剂 解 体 , 残 酸 的 粘 度 下 降 ,14 2008 年 第 7 期 郭 旭 昀 等 酸 化 分 流 技 术 发 展 现 状 1994 。 裂 缝 中 会 有 部 分聚 合 物 残 余 , 可 降 低 支 撑 剂 填 充 层 的 渗 透 性 , 最 终 导致 压 裂 处 理 有 效 性 降 低 。 据 有 关 返 排 液 的 系 统 分 析表 明 , 酸 化 处 理 过 程 中 , 仅 有 30% 至 45% 的 注 入 高 聚物 在 返 排 阶 段 得 到 回 收 3 。 相 当 多 的 聚 合 物 留 在 地层 中 。 尽 管 尝 试 一 系 列 的 措 施 来 清 除 残 留 聚 合 物 , 然而 收 效 甚 微 。 每 一 种 聚 合 物 胶 联 酸 使 用 的 胶 联 化 学技 术 会 稍 微 有 所 不 同 。 自 转 向 酸 的 粘 弹 性 表 面 活 性剂 溶 液 体 系 是 指 由 长 链 烷 基 季 钱 盐 和 长 链 烷 基 卤 化毗 睫 与 卤 化 物 、 硝 酸 盐 及 有 机 盐 (如 水 杨 酸 钠 、 对 甲基 苯 磺 酸 盐 )等 按 一 定 比 例 混 合 形 成 的 溶 液 , 这 些 体系 在 相 当 低 浓 度 下 就 具 有 很 高 的 粘 度 和 显 著 的 弹性 , 一 些 特 殊 结 构 的 双 子 表 面 活 性 剂 很 容 易 形 成 粘弹 性 溶 液 , 它 们 在 不 加 其 他 组 分 和 浓 度 很 低 时 也 能形 成 粘 弹 性 溶 液 。 粘 弹 性 表 面 活 性 剂 转 向 酸 在 被 高压 挤 入 地 层 之 后 , 首 先 会 沿 着 较 大 的 孔 道 , 进 入 渗 透率 较 大 的 储 层 , 与 碳 酸 盐 岩 发 生 反 应 。 由 于 反 应 , 酸液 升 高 并 产 生 离 子 。 V 向 酸 中 的 表面 活 性 剂 通 常 是 双 子 季 铵 盐 类 表 面 活 性 剂 , 其 特 点就 是 在 较 小 , 离 子 浓 度 较 低 时 , 粘 度 很 小(接 近 水 的 粘 度 ) ; 当 酸 液 增 大 , 并 且 离 子浓 度 也 较 大 时 , V 向 酸 的 粘 度 会 自 动 增 大 , 比在 井 筒 内 时 的 粘 度 要 大 得 多 。 变 粘 后 的 残 酸 还 可 以进 入 较 大 渗 透 率 地 层 , 对 大 孔 道 和 高 渗 透 地 层 进 行堵 塞 。 由 于 酸 岩 反 应 发 生 前 ,V 向 酸 的 粘 度 很小 , 因 此 , 刚 注 入 的 鲜 酸 可 以 入 较 低 渗 透 率 的 地 层 ,实 施 酸 化 作 用 。 另 外 一 方 面 , 残 酸 对 较 大 渗 透 率 的 储层 进 行 暂 堵 , 迫 使 注 入 酸 液 压 力 上 升 。 由 于 上 升 的 压力 , 新 注 入 的 鲜 酸 会 进 入 渗 透 率 较 小 的 储 层 , 并 与 储层 岩 石 进 行 反 应 , 发 生 粘 度 升 高 , 注 入 酸 压 力 升 高 。这 样 , 酸 液 不 仅 对 渗 透 率 较 大 的 储 层 进 行 了 酸 化 , 对渗 透 率 较 小 的 储 层 也 产 生 了 酸 化 作 用 。 V 向 酸的 另 一 个 特 点 是 : 当 酸 液 遇 到 地 层 中 的 烃 类 时 (已 经达 到 酸 化 效 果 ) , V 向 酸 会 自 动 迅 速 地 降 低 其粘 度 , 直 至 其 粘 度 再 次 接 近 水 的 粘 度 。 因 为 V 向 酸 在 遇 到 地 层 烃 类 时 , 可 以 自 动 降 低 粘 度 , 因 此 返排 较 为 彻 底 , 不 会 对 储 层 造 成 伤 害 和 污 染 。 聚 合 物 胶联 转 向 酸 液 的 粘 性 , 主 要 来 自 高 分 子 量 (分 子 量 可 达百 万 ) 的 聚 合 物 分 子 之 间 的 相 互 作 用 。 V 向 酸液 的 粘 性 , 来 自 表 面 活 性 剂 分 子 相 互 聚 集 产 生 的 胶束 结 构 。 胶 束 结 构 是 紧 密 填 充 的 表 面 活 性 剂 分 子 的聚 集 体 , 对 所 使 用 的 表 面 活 性 剂 的 浓 度 ,