老河口油田酸化充填防砂一體化工藝研究與應用

滕學偉，侯洪濤，伊善利，姜 濤，田 波，賓永鋒

(中國石化勝利油田分公司樁西采油廠，山東東營 257237)

老河口油田酸化充填防砂一體化工藝研究與應用

滕學偉，侯洪濤，伊善利，姜 濤，田 波，賓永鋒

(中國石化勝利油田分公司樁西采油廠，山東東營 257237)

針對老河口油田館陶組疏松砂巖油藏砂體含油面積小、部分井泥質含量高、供液能力差、防砂后降產幅度大等問題，開展了酸化充填防砂一體化工藝技術研究。通過室內實驗，篩選出酸化攜砂液的配方，該體系具有較好的流變性能和攜砂性能，滿足了充填防砂需要；同時，對充填防砂管柱做了改進，配套了犧牲陽極的酸平衡安全工具。2013年酸化充填防砂一體化工藝在老河口油田現場試驗7井次，平均單井累增油976 t；現場應用結果表明，酸化充填防砂一體化工藝對高泥質、低能量油井防砂具有較好的適應性。

老河口油田；酸化；充填防砂；一體化管柱

老河口油田地處灘海地區(qū)，屬于窄河道河流相沉積，油藏類型為高孔高滲復雜巖性油藏，主要開發(fā)層位為館陶組，油層埋深1 350～1 650 m，平均孔隙度35.1%，平均滲透率2 113×10-3μm2，儲層膠結疏松易出砂，因此，油井需采取防砂措施才能正常生產。目前，充填防砂、壓裂防砂是主要的防砂方式[1-9]。但是在油井防砂后，一部分井，特別是處于砂體邊灘部的油井，出現了防砂后供液較差、甚至不出液的問題，分析認為主要有兩方面的原因：

一是因砂體呈窄河道分布，含油面積較小，砂體厚度薄，分布零散，難以建立完善的注采關系，導致地層能量補充不足；二是儲層巖性主要為細砂巖、粉細砂巖，儲層黏土含量高(平均24.3%，其中蒙脫石、伊利石礦物含量高)，整體泥質含量高(5%～10%)，高泥質易發(fā)生黏土水化，使泥質或粉細砂堵塞防砂工具擋砂層，造成堵塞降產，在砂體邊灘部油井該問題特別突出。

為此，開展了酸化結合高壓充填防砂的酸化充填防砂一體化工藝研究，選擇一種交聯酸作為攜砂液，實施高壓充填或者壓裂防砂工藝。該工藝可以在充填防砂過程中進行同步酸化，一方面可以有效解除近井地層傷害和堵塞、制造高滲透條帶，另一方面避免了酸化后出砂加劇的問題，同時，可以簡化施工工序，降低作業(yè)成本，提高高泥質砂巖油藏防砂開采的效果。

1 交聯酸攜砂液體系

考慮老河口油田儲層巖石礦物成分(見表1)，篩選的交聯酸攜砂液體系主體酸所起的作用主要有：延緩酸液消耗以便在井眼周圍獲得足夠的酸穿透，避免反應物在井眼就近沉淀，避免強反應地層注入帶的松散化，避免由于膠結物被溶解而從巖石中解離出來的微粒遷移造成地層傷害。

表1 老河口油田樁106塊黏土礦物含量分析 %

交聯酸攜砂液體系選擇以HCl+HBF4為主體酸液，以稠化劑、交聯劑為酸液主劑，以黏土穩(wěn)定劑、鐵離子穩(wěn)定劑、緩蝕劑、助排劑為酸液助劑。

1.1 主體酸配方優(yōu)化

稱取巖粉20 g，分別按不同質量分數將HCl與HBF4進行復配，在酸液加入巖粉，充分攪拌后使其與酸液混合均勻。將恒溫箱溫度設置為地層溫度65 ℃，然后將量筒放入恒溫箱中，4小時后，將反應后的酸液殘渣用定量濾紙過濾，然后將濾紙烘干，用天平稱取剩余巖粉的質量，計算出溶蝕量，結果見圖1。

由圖1可以看出，HCl+HBF4有較高的溶蝕率。固定HBF4質量分數不變時，隨著HCl質量分數的增大，復合酸的溶蝕率增大；固定HCl質量分數不變時，隨著HBF4質量分數的增大，復合酸的溶蝕率也增大。推薦采用的酸液質量分數為：7%HCl+4%HBF4，此時的溶蝕率為15.98%。

圖1 HCL+ HBF4溶蝕率關系

1.2 酸液主劑篩選與評價

1.2.1 稠化劑

在酸液中加入稠化劑可使酸液黏度增加，有效降低活性酸的濾失，降低氫離子的擴散速度，酸液能進入地層深部，實現緩速酸化。同時，對于疏松砂巖，稠化劑還可以增加攜砂性能。實驗評價了非離子聚丙烯酰胺和胍膠兩種稠化劑。

用微量天平稱取10 g稠化劑，加入到1 000 mL的復合酸溶液中，放入到恒溫箱中，用玻璃棒充分攪拌，1小時后非離子聚丙烯酰胺充分溶解為均勻液體，2小時后胍膠充分溶解為均勻液體，表明兩種稠化劑在復合酸中有很好的溶解性。

將配置好的溶液按照不同質量分數進行稀釋，利用BrookField黏度計測量不同質量分數稠化劑的黏度，結果見圖2。

圖2 不同質量分數稠化劑在酸中的黏度關系

由圖2可以看出，酸液的黏度隨著稠化劑質量分數的增加而增加；在相同的稠化劑質量分數條件下，非離子聚丙烯酰胺配成酸液體系的黏度始終比胍膠高。選擇質量分數0.1%的非離子聚丙烯酰胺為稠化劑，此時酸液的黏度為35.2 mPa·s。

1.2.2 交聯劑

交聯劑選用檸檬酸鋁。由復合酸、非離子聚丙烯酰胺、檸檬酸鋁組成的交聯酸攜砂體系注入地層后，隨著酸化過程的進行，砂粒表面的pH值不斷升高，當上升至合適的pH值(3～6)時，檸檬酸鋁將非離子聚丙烯酰胺交聯形成黏度更大的凍膠膜，該膜能夠很好地控制氫離子的擴散速度，抑制砂粒繼續(xù)被溶蝕，具有緩速作用。此外，該膜隨后變成砂粒接觸處的凍膠，通過凍膠的膠結作用，防止酸化后砂粒的運移，同時起到固砂、防砂的目的[10]。選用檸檬酸鋁的質量分數為0.05%。

1.3 酸液助劑篩選與評價

(1)黏土穩(wěn)定劑 。老河口油田黏土礦物平均含量24.3%，酸液體系中添加黏土穩(wěn)定劑能夠減少黏土礦物膨脹、分散和運移，保護儲層。實驗評價了氯化鉀、聚季銨兩種黏土穩(wěn)定劑。將巖心碾碎，并用60目振動篩篩選，稱取10 g篩選出的巖心粉末，在4 MPa壓力下制成人造巖心，利用頁巖膨脹儀測定蒸餾水下巖心的膨脹率B0。將防膨劑添加到工作液中，加入到人造巖心中，利用頁巖膨脹儀測定其膨脹率B1。比較B0與B1，得到加入防膨劑后巖心的膨脹降低率△B。實驗結果表明，在同樣條件下，氯化鉀比聚季銨的防膨效果好，且防膨效果隨質量分數的增加而增強。選用質量分數3%的氯化鉀作為黏土穩(wěn)定劑，此時的膨脹降低率為32.3%。

(2)緩蝕劑 。實驗評價了甲醛、HJF-94和HX三種緩蝕劑。實驗結果表明，HJF-94緩蝕劑的緩蝕效果比其它兩種緩蝕劑好，在復合酸中加入1% HJF-94緩蝕劑4小時后，對碳鋼的腐蝕效率僅為0.436g/(m2·h)。選用1%HJF-94作為緩蝕劑。

(3)鐵離子穩(wěn)定劑。實驗評價了醋酸、檸檬酸、乳酸三種鐵離子穩(wěn)定劑。實驗結果表明，檸檬酸對鐵離子的穩(wěn)定效果比較好，在pH值為 4、檸檬酸質量分數為1%時，對鐵離子的穩(wěn)定率達到了82%。選用質量分數1%檸檬酸作為鐵離子穩(wěn)定劑。

(4)助排劑。實驗評價了CF-5B、CF-5C、CF-5D三種助排劑。實驗結果表明，三種助排劑分別加入到復合酸中后，均能夠降低酸液的表面張力，但相比較而言，CF-5B更能顯著降低表面張力，提高酸液返排量。加入助排劑前測得復合酸的表面張力為48.4 mN/m，加入質量分數為0.5%的助排劑CF-5B后，此時酸液的表面張力降低為32.5 mN/m。選用質量分數0.5%CF-5B作為助排劑。

1.4 交聯酸攜砂液整體配伍性

將以上實驗篩選出的酸液主劑、助劑按使用質量分數和HCL+HBF4復合酸酸液體系混合均勻，在地層溫度65 ℃條件下靜止4小時，發(fā)現液體體系不分層、無沉淀，說明酸液體系與添加劑配伍性良好。交聯酸攜砂液體系的最優(yōu)配方為：7%HCL+4%HBF4+0.1%非離子聚丙烯酰胺+0.05%檸檬酸鋁+其它助劑。

1.5 交聯酸攜砂液性能評價

1.5.1 流變性能評價

(1) 黏溫曲線。量取并裝入交聯酸攜砂液試樣45 mL，設定剪切速率為170 s-1，由30 ℃開始升溫至待酸化施工的油層溫度65 ℃，采用耐酸旋轉流變儀在升溫過程中測試交聯酸樣品的表觀黏度，實驗結果見圖3。由圖3可以看出，交聯酸攜砂液的黏度隨著溫度的增加在逐漸下降，但65 ℃時黏度仍可達30 mPa·s以上，可滿足充填防砂的要求。

圖3 交聯酸攜砂液黏溫關系曲線

(2)耐剪切實驗。量取并裝入交聯酸液試樣45 mL，設定剪切速率為170 s-1，在30 ℃，45 ℃，60 ℃，75 ℃溫度下，利用耐酸旋轉流變儀進行恒定剪切速率的剪切測試，測試時間為120 min，每個20 min記錄表觀黏度。實驗結果表明，隨著剪切時間的增加，不同溫度下交聯酸的黏度都有所減小，但減小幅度不大，在75 ℃的溫度下剪切120 min后，黏度保留率為61.2%，說明優(yōu)選的交聯酸具有良好的流變性，能夠滿足現場施工要求。

1.5.2 攜砂性能評價

(1)礫石沉降速度。將250 mL交聯酸攜砂液倒入量筒中，置于溫度為30±1 ℃恒溫水浴中，用鑷子取一粒過篩后的石英砂(0.42～0.50 mm)放入液面下2 cm處，松開鑷子，使其自然沉降。記錄石英砂均勻沉降一定距離所需時間，重復三次，相對誤差應小于±5%。實驗結果見圖4。

由圖4可以看出，隨交聯酸質量分數的增大，礫石沉降速度減小，這是由于攜砂液質量分數增大，攜砂液黏度也相應增大，攜砂性能變好。該交聯酸符合充填防砂對靜態(tài)懸砂性能的要求。

圖4 礫石在不同質量分數交聯酸中的沉降速度

(2)懸砂能力。在室溫下，量取500 mL攜砂液倒入1 000 mL燒杯中，用攪拌器攪拌，轉速控制在100～200 r/min，按攜砂比10%，20%，30%，50%加入石英砂(0.40～0.80 mm)，10 min后停止攪拌，觀察混砂均勻程度和懸砂效果，記錄礫石全部沉降至容器底部所需時間。

實驗結果表明，攜砂液在攜砂過程中混砂均勻，沉降速度均一。攜砂比10%時的沉降時間為19.7 min，攜砂比為50%的沉降時間為13.7 min， 具有較好的懸砂性能。

2 酸化充填防砂一體化管柱

酸化充填防砂一體化工藝采用的是一步法充填，防砂管柱應具有較強的耐酸抗腐蝕能力。為此，對傳統(tǒng)一步法高壓充填防砂管柱進行了優(yōu)化改進。防砂管柱主要包括絲堵、短節(jié)、耐沖蝕繞絲篩管、信號篩管、酸平衡安全工具、耐沖蝕充填工具、防腐油管組成(見圖5)。耐沖蝕繞絲篩管采用不銹鋼繞絲和鎳磷鍍保護基管，減少充填及采油過程中的酸腐蝕；酸平衡安全工具采用內置型犧牲陽極保護陰極的防腐措施和打撈安全保護技術，以提高酸充填實施效果；酸充填工具采用高強度鎢合金鍍充填孔、采用高強度鍍膜轉換內腔。

3 現場應用效果

2013年，在老河口油田7口低產低效防砂井上試驗了酸化充填防砂一體化工藝，實施后全部取得成功，其中增產6口井，有效率85.7%，實施前平均日產液9.7 t、日產油3.2 t，措施后日產液29.5 t、日產油8.8 t，平均單井累增油976 t，動液面上升404 m，整體實施效果較好(見表2)。

典型井例：老168-X40井儲層泥質含量高(平均達到16.05%)構造上位于砂體邊灘部，注采對應性差。2010年3月采用0.4～0.8mm石英砂充填防砂投產，初期日產液12 t、日產油8.5 t，此后產能一直下降，治理前降至日產液3.3 t、日產油1.8 t。分析認為主要原因是地層微粒及泥質的運移導致近井地帶和防砂屏障的堵塞。

圖5 酸化充填防砂一體化工藝管柱

該井2013年3月采用酸化充填防砂一體化工藝治理措施，施工共使用交聯酸攜砂液體系100 m3，地層擠入0.4～0.8 mm石英砂20.3 m3，并且提高了施工排量和砂比。治理后日產液21.8 t，日產油8.6 t，含水60.6%，當年累計增油1436 t，取得了較好的試驗效果。

4 結論

(1)針對老河口油田儲層特點，優(yōu)選評價出了酸化攜砂液體系配方：7%HCL+4%HBF4+0.1%非離子聚丙烯酰胺+0.05%檸檬酸鋁+其它助劑。該酸化攜砂液體系具有較好的流變性能、攜砂性能，能夠滿足充填攜砂的需要。

表2 酸化充填防砂一體化工藝實施效果統(tǒng)計

(2)配套的一步法防砂管柱設計簡單、合理，酸平衡安全工具確保了施工的安全，滿足酸化充填防砂的需要。

(3)在老河口油田7口井進行了現場試驗，6口井取得較好的增油效果。研制的酸化充填防砂工藝對高泥質、低能量油井防砂具有較好的適應性。

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編輯：李金華

1673-8217(2017)03-0127-04

2016-12-23

滕學偉，工程師，碩士，1984年生，2009年畢業(yè)于中國石油大學(華東)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，主要從事采油工藝方面研究工作。

TE357

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