堿酸復合解堵技術的研究與應用

張 振 順

（中原油田公司采油三廠，山東莘縣 252429）

堿酸復合解堵技術的研究與應用

張 振 順

（中原油田公司采油三廠，山東莘縣 252429）

針對衛城油田淺層區塊低溫、低壓、低含水率、高黏度井采用常規土酸酸化效果不佳的情況，提出了堿酸復合解堵技術。該技術借鑒綜合了三元復合驅和CO2驅的優點，采用前置驅油體系和后置酸液體系，前置驅油體系主要組分為瓜膠、交聯劑、烷基苯磺酸鈉、Na2CO3和NaHCO3，利用三元復合驅驅油原理，剝離驅替黏附于巖石孔隙表面的原油，避免生成酸渣；后置酸液體系為常規土酸酸液，主要作用是除污擴孔，以及與前置驅油體系反應放出熱量、CO2氣體降黏、促排。室內實驗和現場應用結果表明，堿酸復合解堵技術前置驅油體系能為后置酸液體系解除地層污染創造良好條件，酸堿反應生成大量的CO2氣體及放出的熱量與酸液有效結合能很好解決低溫、低能和低含水井的有機污染和無機污染問題。

堿酸復合解堵；三元復合驅；CO2驅；衛城油田

中原油田采油三廠衛城油田部分淺層區塊（＜ 1 600 m）具有低溫（＜ 60 ℃）、低壓、原油高黏（＞1 500 mPa·s）的特點。在日常維護洗井和作業中，部分低含水井極易受到入井液侵入造成無機污染；生產過程中，原油中少量蠟質、瀝青質析出造成近井地帶有機堵塞污染，該類雙重污染井采用常規土酸工藝解堵效果甚微。分析原因，一是油層巖石孔隙長期被地層原油浸泡，酸液與黏附于巖石孔隙表面原油中的瀝青質混合產生酸渣，此物質不但難以清除，且阻礙酸液和污染物及巖石反應，難以清除污染和擴孔；二是地層能量低，酸渣和反應產物無法有效從地層排出，產生二次污染。針對常規土酸解堵效果差的實際狀況，開展了堿酸復合解堵技術的研究與應用。

1 堿酸復合解堵機理

堿酸復合解堵技術借鑒綜合了三元復合驅和CO2驅的優點，前置驅油體系主要成分為羥丙基瓜膠、交聯劑、烷基苯磺酸鈉、Na2CO3和NaHCO3，后置酸液體系為常規土酸體系［1-4］。

1.1 前置驅油體系的主要作用

前置驅油體系采用羥丙基瓜膠體系，其在堿性條件下交聯，發揮自身效能后，后置酸液體系及化學反應放出的熱量可促使交聯后的羥丙基瓜膠降解，避免造成油層傷害。

1.1.1 驅替作用 前置驅油體系和地層原油流度比接近，可將地層孔隙中的原油驅替至地層深部，避免原油和后置酸液體系接觸產生酸渣，加劇地層污染堵塞。

1.1.2 剝離作用 前置驅油體系具有超低界面張力，可有效剝離黏附于巖石孔隙和污染物表面的原油，使其表面裸露出來，為后置酸液體系充分發揮其效能創造良好的條件，便于酸液與巖石孔隙及污染物表面充分接觸反應，擴孔和清除污染。

1.1.3 轉向作用 前置驅油體系具有較高黏度，可提高后置酸液體系的泵注壓力，迫使后置酸液轉向進入中、低滲透層，防止酸液沿高滲透層竄走，可以更加有效清除中、低滲透層傷害，提高酸液波及范圍和利用率，改善產液剖面。

1.2 后置酸液體系的作用

1.2.1 解除地層污染和擴孔 酸液可與地層巖石和污染物反應，解除污染及擴大地層巖石孔隙和連通性，恢復或提高地層滲透率，降低滲流阻力。

1.2.2 降黏作用 首先，羥丙基瓜膠是在堿性條件下交聯的，酸液可顯著降低其黏度，便于返排；其次，酸液在地層與前置驅油體系中的Na2CO3和NaHCO3接觸反應產生大量的熱量和CO2氣體，熱量使局部溫度迅速升高，降低前置驅油體系和地層原油黏度，從而增加流動性，起到熱解堵的作用；CO2氣體與原油有很好的互溶性，能顯著降低原油黏度，原油初始黏度越高，降低后的黏度差越大，黏度降低后原油流動能力增大，提升原油產量。

1.2.3 膨脹作用 生成的CO2氣體溶解于原油中，可使原油體積膨脹10%～33%，原油體積增加，其結果不僅增加了原油的內動能，而且大大減少了原油流動過程中毛管阻力和流動阻力，大幅提升了原油的流動能力［5-7］。

1.2.4 改善油水流度比、降低油水界面張力 生成的CO2氣體溶于水后，可使水黏度和流度有所增加，同時隨著原油流度的降低，油水流度比和油水界面張力將進一步減小，更利于水驅油。

1.2.5 溶解氣驅作用 當油井開井生產，油層壓力降低，大量的CO2氣體從原油中游離、膨脹而脫出，將原油驅入井筒。

1.2.6 沖刷、攜帶作用 在一定的壓差下，一部分CO2游離氣在向井筒運移過程中，對油層的堵塞物具有較強的沖刷和攜帶作用，可以有效地將酸化副產物驅替返吐出來，疏通因二次污染造成的地層堵塞，恢復單井產能。

2 室內研究

通過巖心驅替實驗和界面張力實驗研究確定前置驅油體系，通過降黏實驗分析研究CO2氣體對原油的降黏效果。

2.1 驅替實驗

2.1.1 實驗儀器 旋轉滴界面張力儀（TEXAS-500），布氏黏度計（BROOK-Ⅱ），巖心驅替裝置（DY-Ⅰ）等。2.1.2 巖心模型 選用三維縱向均質人造巖心（和單一油層物性參數接近），模型尺寸45 cm×45 cm× 1.35 cm，滲透率200 mD，孔隙半徑3.21 μm，孔隙度20.27%。

2.1.3 實驗用水、油及化學劑 實驗用水是實驗室配制的礦化度為6 778 mg/L的模擬地層水，用于模型飽和水。

實驗用油根據地下原油的黏度，由礦場脫水原油與航空煤油按一定比例配制而成，黏度為80～100 mPa·s。

實驗用劑：濮陽宏大化工總廠生產的烷基苯磺酸鈉，響水縣宏潤植物膠有限公司生產的羥丙基瓜膠，NaOH、NaCl、Na2CO3、NaHCO3等均為固體試劑（分析純）。

2.1.4 實驗方法 見表 1。

具體步驟：（1）巖心抽空飽和實驗用水，計算孔隙體積和孔隙度；（2）巖心飽和模擬油，計算含油飽和度；（3）水驅油至出口含水率達90%以上，求水驅采收率；（4）前置體系驅油至出口見前置體系，計算前置體系驅油采收率。上述實驗步驟的驅替速度均為0.4 mL/min。

配置3組前置驅替劑樣品，具體組成見表2。實驗一：進行前置軀替體系與配制模擬油間界面張力對比實驗；實驗二：在飽和油的情況下，分別進行水驅實驗、A、B、C樣品驅替洗油實驗，根據采收率的大小確定最佳配方。

表1 物理模擬驅油實驗方法及要求

表2 復合驅替劑的配方

2.1.5 實驗結果 驅油實驗結果見表3，可以看出，模擬油與前置驅油體系樣品間的界面張力可以達到10–3mN/m數量級；樣品相比地層水具有較好的洗油驅替效果，樣品A界面張力和采收率最佳，但從黏度（地下原油黏度82 mPa·s左右）和成本角度考慮，樣品B相對滿足要求。

表3 物理模擬驅油實驗結果

2.2 降黏實驗

2.2.1 實驗儀器及原油樣品 采用RUSKA落球式黏度計與RUSKA高壓PVT實驗裝置。原油樣品為衛城油田衛58區塊原油，油藏埋深為1 565～1 586 m，原始地層壓力約15.5 MPa，目前地層壓力為9.62 MPa，地層溫度為56 ℃，氣油比為87.2 m3/m3，泡點壓力為10.4 MPa，地下原油黏度為82 mPa·s。

2.2.2 實驗方法 實驗步驟嚴格按照相關行業標準進行［8］：（1）將油氣樣按照氣油比配制油藏流體；（2）根據設計的CO2摩爾分數，向配制油藏流體中充入CO2；（3）將落球式黏度儀用石油醚洗3次后，抽真空30 min；（4）將含CO2的油藏流體壓入落球式黏度儀，加壓直至黏度儀中油為單相；（5）設定溫度為油藏溫度，恒溫4 h；（6）將含CO2的油藏流體加壓至15 MPa，恒定1 h；（7）分別在黏度儀23°、45°、70°的傾斜角度下測定黏度，計算黏度時以3個傾斜角度所得黏度的平均值為準；（8）降壓1 MPa，恒定1 h；（9）以1 MPa為間隔，重復步驟（7）～（8）直至常壓，注意測定低于泡點壓力下的黏度，打開黏度儀放氣閥排氣降壓，且穩定時間應延長4～5 h；（10）重復步驟（2）～（9），測定不同CO2摩爾分數下的原油黏度。

2.2.3 實驗結果與分析 CO2的注入一般可使原油黏度降到原來的10%～70%，有利于解除瀝青質、蠟質析出堵塞污染。從圖1測定結果可以看出，CO2的注入可使實驗油樣黏度降為原來的60%，具有很好的降黏解堵作用。同時還發現，在泡點壓力以上，原油黏度隨壓力的減小而減小；在泡點壓力以下，由于CO2從原油中析出，而且還會抽提出一部分輕質原油組分，使原油黏度隨壓力的減小而迅速增大。另外，隨著CO2注入摩爾分數的增大，原油黏度隨壓力的變化幅度減小。

圖1 不同CO2注入摩爾分數下原油黏度曲線

3 現場應用

衛58塊地層礦物黏土含量較高，易水敏；地面原油黏度為1 619.64～1 944.4 mPa·s，凝固點26 ℃，含蠟量19.8%。2013年以來，在衛城油田58塊應用堿酸復合解堵技術施工8井次，累積增油1 744 t，單井日均增油2.3 t，投入產出比1∶6.52。

衛58-24井，生產層段1 585.6～1 595.6 m，正常情況下日產液6.8 m3，日產油4.5 t，含水33.8%，因蠟卡停井洗井污染，洗井后日產液2.8 m3，日產油1.5 t，含水46.4%。應用堿酸復合解堵技術施工，分5部分注入：（1）12 m3前置驅油體系，成分主要為0.2%羥丙基瓜膠+0.14%交聯劑+2.0% （Na2CO3+NaHCO3）+0.5%表面活性劑，驅替剝離相對高滲層巖石孔隙及其表面的原油；（2）2 m3隔離液，活性劑質量分數為0.5%的水，隔離酸堿，避免在井筒反應；（3）12 m3前置酸，成分主要為10%HCl及相關添加劑，溶蝕部分碳酸鹽類膠結物與無機污染物，以及與前置體系反應釋放出CO2氣體及熱量，降黏、驅油和解除有機污染；（4）12 m3主體酸，8%HCl+2%HF及其他相關酸液添加劑，溶蝕部分黏土類膠結物和硅酸鹽，擴充地層孔隙，提高近井地帶孔隙度與滲透率；（5）6 m3質量分數1%的活性液，將管柱中酸液頂擠至地層。措施后該井日增液6.5 m3，日增油3.6 t效果顯著。

4 結論與認識

（1）堿酸復合解堵技術機理主要是酸液溶蝕擴孔，酸堿反應放熱降黏和生成CO2氣體增能促排，可有效解決低溫、低能、低含水井的有機和無機雙重污染問題，可在一定程度上改善油井產液剖面，挖掘中、低滲透層的潛力，強化差層動用。

（2）堿酸復合解堵技術的成功實施，為解決低溫、低壓油藏油井的作業或洗井污染問題提供一條有效的工藝途徑，建議在類似的油藏推廣應用。

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［8］SY/T 5542—2000，地層原油物性分析方法［S］.

（修改稿收到日期 2014-05-25）

〔編輯 朱 偉〕

Research and application of alkali-acid composite plug removal technology

ZHANG Zhenshun
（No.3Oil Production Plant of SINOPEC Zhongyuan Oilfield Company,Shenxian252429,China）

In view of the fact that conventional mud acid acidizing effect is not satisfactory for wells with low temperature,low pressure,low watercut and high viscosity in shallow blocks of Weicheng Oilfield,this paper presents this alkali-acid composite plug removal technology,which integrates the advantages of ASP flooding and CO2flooding,and uses the previa flooding system and post acid system.The previa flooding system is mainly composed of guar,crosslinking agent,sodium alkyl benzene sulfonate,Na2CO3and NaHCO3,which adopts the principle of ASP flooding,stripping and displacing the crude oil attached to the surface of rocks pore to avoid residues.The post acid system is conventional mud acid liquid,the function of which is to remove dirt,enlarge pores and also react with the previa flooding system to give off heat and CO2to reduce viscosity and enhance emission.Its plug removal effect was studied by micro-model and physical model.The experiment and field application showed that,in the alkali-acid composite plug removal technology,the previa flooding system created favorable conditions for post acid system to remove formation pollution;the reaction between alkali and acid produced large amount of CO2and heat,which combined with acid and effectively solved the problem of organic pollution and inorganic pollution in wells of low temperature,low pressure and low watercut.

alkali-acid composite plug removal;ASP flooding;CO2flooding;Weicheng Oilfield

張振順.堿酸復合解堵技術的研究與應用［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：97-100.

TE357.3

：B

1000–7393（2014）04–0097–04

10.13639/j.odpt.2014.04.024

張振順，1964年生。1987年畢業于武漢地質學院石油地質專業，現從事油田開發工作，高級工程師。電話：0393-4831673。E-mail：yunzhanghe@126.com。