油井不動管柱酸化技術工藝應用

潘萬宏，錢憶春，陶劍清，潘 義，顧曙兵，王 華

（1.中國石化江蘇油田礦業開發總公司，江蘇揚州 225009；2.中國石化江蘇油田分公司試采一廠，江蘇江都 225265）

酸化是一種廣泛使用的解除油井近井地帶地層傷害的增產措施，對于酸化半徑、酸液用量較小的近井地帶的解堵酸化，常規酸化工藝流程存在占井周期長、作業費用高、存在環境污染等缺點。不動管柱酸化工藝是將酸液由油套環空注入地層，酸化完成后殘酸由抽油泵返排出地面，其優點是節省了起下泵掛及酸化管柱的作業工序，降低了作業成本；其次是縮短了油井酸化作業工序的占井周期。

該工藝的技術關鍵是解決殘酸對泵、油管、抽油桿的腐蝕問題，為使不動管柱酸化工藝滿足現場的應用要求，本工藝從兩個方面對關鍵技術進行了攻關研究，一是進行井筒鍍膜劑的研究，鍍膜劑能在油管表面形成一層金屬鍍層，起到降低殘酸對管桿、泵的腐蝕作用；二是進行了殘酸處理劑的研究，在酸液返排期間，通過從環空泵入殘酸處理劑，對殘酸進行中和、絡合處理，提高殘酸的pH值，改善殘酸的流體性質。

1 油井酸化后返排殘酸研究

1.1 殘酸性質分析

通過實驗室模擬現場酸化條件進行模擬試驗，具體方法如下：取生產區塊的地層巖心20 g；油井油管管壁及泵筒的腐蝕樣和垢樣的混合物8 g；200 mL現場所配制的酸液，然后放入65℃的恒溫水浴中，依次反應 3 h、6 h、9 h、12 h、15 h，將所得殘酸液性質進行定量分析（見表1）。

表1 室內制得殘酸性質分析

由表1可知：（1）高殘留濃度、高礦化度、高電導率；（2）酸化15 h后酸化反應趨于緩慢，殘留酸的殘留濃度變化不大。

1.2 殘酸腐蝕速率測試

考慮到返排的殘酸對油管的腐蝕和集輸管線的腐蝕，采用與油管材質和集輸管線材質相同的鋼片，通過實驗測定了殘酸的pH值和腐蝕速率指標，依據石油天然氣行業標準SY/T 5405-1996,測試常壓靜態腐蝕速率，試驗方法：采用四片N80鋼片和四片20號鋼片，在60℃分別懸掛在八份上述殘酸液中，在不同的反應時間段測得失重質量。

表2 不同時間段的殘酸pH值與腐蝕速率

由表2可知：掛片的腐蝕速率普遍偏高均大于5.9 g/（m2×h），并隨反應時間的延長而增高。

1.3 殘酸影響分析

殘酸液對抽油泵及井下管柱的影響主要表現在以下三方面。

1.3.1 造成抽油泵固定凡爾球、凡爾座、柱塞的腐蝕因殘酸的腐蝕作用，抽油泵零部件會發生不同程度的腐蝕問題，現用的抽油泵部件的材質主要為9Cr18Mo合金鋼，為此測試了該材料在殘酸中的腐蝕速率，試驗方法：采用四片9Cr18Mo鋼片，在60℃分別懸掛在四份上述殘酸液中，在不同的反應時間段測得失重質量。

表3 抽油泵材質在殘酸中的腐蝕速率

由表3可知：雖然9Cr18Mo合金鋼片的腐蝕速率比N80鋼片要低，但其較長時間在酸液中的腐蝕速率達到了5.67 g/（m2×h），仍處于較高的水平。

1.3.2 酸液殘渣及其他垢物影響 當地層能量低、負壓，酸液返排困難時。地層殘留酸液與地層基巖發生反應。產生氟化鈣、氟化鋁、硅酸、氫氧化鐵等沉淀物或與原油作用生成瀝青質、膠質等，與其他砂、油泥等共同作用，使地層喉道堵塞、泵固定凡爾球、凡爾座座封不嚴或堵塞抽油泵。無法正常生產。

1.3.3 酸液對油管絲扣的腐蝕 酸液對油管的腐蝕主要集中在兩根油管連接處的絲扣內，由于酸液的滲入，對絲扣內的腐蝕造成油管漏，在一些采用酸化管柱下泵生產的油井，曾出現過開抽后不出液，診斷為油管漏，作業起出油管后發現油管絲扣處腐蝕造成漏失。

2 防腐鍍膜劑篩選研究

通過初步的篩選，確定了二種鍍膜劑產品進行了室內試驗研究。實驗方法為，將N80掛片置于鍍膜劑水溶液中靜置鍍膜4 h后，模擬井筒溫度65℃，放入不同酸液中進行腐蝕速率測試。

2.1 土酸溶液鍍膜效果測試

清水按如下加量加入鍍膜劑，放入N80掛片于65℃水浴下鍍膜4 h，然后將鍍膜后的掛片置于15%HCl+3%HF的配方土酸溶液中，在65℃水浴下評價各時間段掛片的腐蝕性（見表4）。

2.2 鹽酸溶液的鍍膜效果測試

在自來水中按如下加量加入鍍膜劑，放入N80掛片于45℃水浴下鍍膜4 h，然后將鍍膜后的掛片置于15%HCl的配方溶液中，在45℃水浴下評價各時間段掛片的腐蝕性（見表5）。

由表5可知：N80掛片在5%濃度二號鍍膜劑中鍍膜4 h后，在15%HCl和土酸溶液中均具有較好的抗腐蝕性能，在45℃水浴中靜置4 h和3 h后，其腐蝕速率分別為1.01 g/（m2×h）和0.08 g/（m2×h），達到了石油行業標準的A級標準，滿足現場使用要求。

3 殘酸處理劑研究

油井酸化后，pH值1左右的殘酸會隨返排液進入井筒，在舉升過程中會對整個生產系統產生腐蝕現象，為了防止這一現象的發生，必須使殘酸在返排液時pH值從1升至5～6左右，抑制返排液的腐蝕性；同時保持返排液的流體性質較好，能安全順暢的排出，不發生堵塞現象。

表4 土酸溶液鍍膜劑性能測試結果

表5 鹽酸溶液鍍膜劑性能測試結果

表6 殘酸處理劑綜合試驗結果

根據不動管柱酸化工藝的兩方面核心要求，以堿性聚合物聚天冬氨酸鹽（PASP）與堿金屬氫氧化物作中和劑，以大分子有機膦酸鹽多氨基多醚基甲叉膦酸鹽作為絡合劑，以二氫咪唑作為緩蝕劑，利用復配增效的原理合成油井不動管柱酸化工藝所要求的殘酸處理劑產品小樣。

3.1 室內評價試驗

取100 mL不同時段的殘酸與100 mL殘酸處理劑進行室內綜合試驗（見表6）。

從表6數據以及反應現象可以看出，該類藥劑具備用量小，中和、絡合性強、緩蝕效果好的特點，并且處理后殘酸返排液的流體性佳的特點，達到了現場對殘酸處理劑的性能要求。

3.2 殘酸處理劑絡合性能試驗

配置模擬現場酸液，配方為：前置液1 000 mL：10%HCl+酸化添加劑，處理液1 000 mL：10%HCl+10%HBF4+酸化添加劑。將前置液和處理液分別分成5份，每份200 mL于10只塑料瓶，在上述酸液中，加入不同比例的絡合劑，攪拌均勻。

將巖芯和垢樣分別粉碎，稱取10份樣品，每份含巖芯40 g，垢樣8 g。將10份巖芯樣品分別溶于200 mL酸液中，恒溫水浴65℃，反應3 h，取100 mL殘酸加入中和劑使pH值達到6左右，觀察溶液狀態。

從表7結果可看出：在每200 mL前置液和200 mL處理液中加入40 mL絡合劑時，中和后的殘酸溶液透亮，靜置后無沉淀產生。

表7 殘酸絡合劑用量確定

3.3 殘酸處理劑中和性能試驗

配置模擬現場酸液，配方為：前置液400 mL：10%HCl+酸化添加劑+絡合劑80 mL，處理液400 mL：10%HCl+10%HBF4+酸化添加劑+絡合劑80 mL。

將巖芯和垢樣分別粉碎，稱取4份樣品，每份含巖芯40 g，垢樣8 g。將前置液和處理液分成4份，置于4只塑料瓶中，將4份巖芯樣品分別溶于200 mL酸液中，恒溫水浴65℃，反應3 h后，取得殘酸樣備用。

取10 mL上述殘酸樣，將中和劑添加至殘酸中，實時檢測殘酸樣pH值（見表8）。

由表8可知：模擬現場酸化配方情況下，殘酸綜合中和劑與殘酸的當量體積比為1：1時，可將殘酸pH值提高到6左右。

表8 殘酸中和劑用量確定

表9 措施井增油效果統計

4 現場工藝應用與效果

該工藝分別在江蘇油田的 cn2-18、cn3-60和F86-1A，進行了3口井現場試驗，施工成功率100%。施工效果明顯，3口井單井平均日增液9.1 m3，單井平均日增油4 t。截至2012年11月30日累計增油量2 246.6 t（見表9）。

該井生產 Ef3的 16、18、20、23 ～26、29 ～30 號層，從2011年11月開始液量油量逐漸下降，日產液量從13.7 m3下降到4.5 m3，日產油量從9.2 t下降到4.5 t，2011年12月15日，井口不出液，功圖顯示嚴重供液不足。2012年1月1日實施不動管柱酸化工藝，設計酸化半徑0.7 m，緩蝕鍍膜液30 m3，前置液5 m3，處理液 5 m3，絡合劑 2 m3，隔離液 10 m3，殘酸中和劑 13 m3。該井施工前供液不足，不出液，施工后日產液量10.2 t，油量5.8 t，開抽正常，至2012年6月30日累計增油878.9 t。該井生產曲線及井口pH值監測數據（見圖1、圖2）。

5 結論與認識

（1）研制的殘酸處理劑具有保持返排液流體性質、提高殘酸體系的pH值及降低殘酸體系的腐蝕速率等特性，為實現油井不動管柱酸化提供來技術上的可行性。

（2）通過對選井工藝、酸液配方篩選及殘酸防腐蝕性能的評價、井口殘酸返排液的pH值指標在線連續監測等完整配套技術的研究，形成了不動管柱酸化技術及相關配套工藝。

（3）根據不動管柱酸化工藝的應用特點，對于地層能量充足，污染半徑較小且井下泵掛工作狀況良好，無套損問題的油井解堵酸化，應推廣應用該項工藝。

（4）不動管柱酸化大大降低了施工成本、縮短施工周期，滿足原油生產任務和降低生產成本的需要，適應日益嚴格的環保需求，對于降低采油廠作業成本、提高經濟效益具有非常重要的現實意義。

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