海上疏松砂巖油田復(fù)合緩速酸解堵工藝優(yōu)化研究

李忠亮 江凱亮

摘 ? ? ?要：渤海A油田三級(jí)儲(chǔ)量較大，但存在儲(chǔ)層膠結(jié)疏松、油井產(chǎn)能遞減較快等問題，現(xiàn)場已經(jīng)嘗試多種增產(chǎn)措施工藝，效果不理想。通過巖心碎片的X射線衍射分析以及儲(chǔ)層敏感性分析實(shí)驗(yàn)，明確了儲(chǔ)層主要損害因素為高生產(chǎn)壓差下黏土礦物易發(fā)生膨脹、微粒運(yùn)移。對(duì)比鹽酸、土酸、復(fù)合氟硼酸、復(fù)合緩速酸體系對(duì)巖粉的溶蝕能力，選擇鹽酸、有機(jī)膦酸、氟硼酸形成的復(fù)合緩速酸體系，溶蝕能力強(qiáng)、緩速性好，更適合渤海A油田現(xiàn)狀。通過室內(nèi)試驗(yàn)優(yōu)選緩蝕劑配方、破乳劑添加劑，評(píng)價(jià)了復(fù)合緩速酸體系的緩速性能。通過礦場試驗(yàn)的6口井產(chǎn)量情況對(duì)比，產(chǎn)液量、產(chǎn)油量均有上升，采液指數(shù)平均增幅406%，采油指數(shù)平均增幅712%，復(fù)合緩釋酸解堵技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)該類油井深部解堵。該研究方法對(duì)海上油田增產(chǎn)措施的研究及礦場運(yùn)用具有重要意義。

關(guān) ?鍵 ?詞：海上疏松砂巖油田;儲(chǔ)層傷害;巖粉溶蝕;復(fù)合酸化解堵

中圖分類號(hào)：TQ 039;TE 53;TE 357.2 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)： 1671-0460（2020）10-2238-05

Abstract： The third-class reserves of Bohai A oilfield are relatively large， but the reservoir is loose in cementation， and the oil well productivity is declining rapidly. A variety of stimulation techniques were tried in the oilfield， and the effect was not ideal. Through the X-ray diffraction analysis and the sensitivity analysis experiments， the main damage factors of reservoir were determined， including the clay minerals prone to swelling and particle migration under high production pressure difference. Compared with the corrosion ability of hydrochloric acid， earth acid， compound fluoboric acid and compound retarded acid to rock powder， the compound retarded acid system formed by hydrochloric acid， organic phosphonic acid and fluoboric acid was selected， which has strong corrosion ability and good retarded speed. The formulation of corrosion inhibitor and demulsifier additive were optimized by laboratory test， and the inhibition performance of the composite system was evaluated. According to the comparison of six wells' production in the field test， the liquid production and oil production were increased， the average increase of liquid production index was 406%， and the average increase of oil production index was 712%. The complex slow-release acid plugging removal technology can well realize the deep plugging removal of such wells. This research method is of great significance to the study of stimulation measures and field application in offshore oil fields.

Key words： Offshore unconsolidated sandstone oilfield; Reservoir damage; Dissolution of rock powder; Complex acidizing and plug removal

油井酸化解堵工藝是砂巖油田、碳酸鹽巖油田增產(chǎn)增注的重要措施，經(jīng)過國內(nèi)礦場實(shí)踐與總結(jié)，國內(nèi)油田已經(jīng)形成了以常規(guī)酸體系、螯合酸體系、緩釋酸體系、復(fù)合酸體系為主的4種酸液體系和對(duì)應(yīng)配套工藝[1-6]。海上油田酸化解堵工藝尤其注重作業(yè)高效、酸化有效期長等特點(diǎn)，多數(shù)學(xué)者[7-9]提出采用螯合酸體系或復(fù)合有機(jī)酸體系，通過鐵離子穩(wěn)定能力、溶蝕性能、緩速能力、腐蝕能力等多方面評(píng)價(jià)性能。

渤海A油田三級(jí)地質(zhì)儲(chǔ)量9.0億t，近年來油井產(chǎn)能下降較快，產(chǎn)量遞減率達(dá)20%以上，因此嘗試不同酸液體系的解堵措施，但效果差異較大，返排液對(duì)處理流程影響很大[10-12]。本文提出的復(fù)合緩速酸酸化解堵體系及配套工藝，已廣泛應(yīng)用于該油田，極大改善了開發(fā)效果，取得了巨大經(jīng)濟(jì)效益。

1 ?儲(chǔ)層敏感性及傷害機(jī)理分析

1.1 ?儲(chǔ)層特征

A油田儲(chǔ)層為細(xì)、中細(xì)巖屑長石石英砂巖，礦物以石英、黏土礦物為主;鑄體薄片和掃描電鏡顯示，儲(chǔ)層孔隙發(fā)育，連通性好，儲(chǔ)集空間以原生粒間孔為主。儲(chǔ)層表現(xiàn)為強(qiáng)非均質(zhì)性，主力油層明化鎮(zhèn)組滲透率變異系數(shù)大于0.5的占78.0%，滲透率級(jí)差大于14的占72.0%;另一主力油層館陶組滲透率變異系數(shù)大于0.5的占94.3%，滲透率級(jí)差大于14的占91.7%。

儲(chǔ)層膠結(jié)程度差，填隙物以泥質(zhì)為主，黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比高達(dá)40%。選取多個(gè)區(qū)塊的巖心碎片做X射線衍射分析（結(jié)果見圖1）。高嶺石質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%，伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)22%，伊蒙混層質(zhì)量分?jǐn)?shù)22%。伊利石呈彎曲片狀、高嶺石呈書頁狀，分布于骨架顆粒間而與顆粒的黏結(jié)不堅(jiān)固，晶體間結(jié)構(gòu)力較弱，因而容易脫落、分散，形成微粒。

1.2 ?儲(chǔ)層敏感性

實(shí)驗(yàn)室對(duì)渤海A油田兩個(gè)主力油層多塊巖心，鹽水采用地層水（MgCl2型，礦化度27 000 mg·L-1），按照SY/T 5358—2010評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行了儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1、表2、表3。

通過對(duì)儲(chǔ)層敏感性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，可得到如下結(jié)論。

1）速敏傷害：儲(chǔ)層速敏傷害率60%以上，損害程度偏強(qiáng)，臨界流速為0.8 mL·min-1;

2）水敏傷害：儲(chǔ)層水敏傷害程度中到偏強(qiáng);

3）酸敏傷害：無鹽酸酸敏，對(duì)土酸為偏強(qiáng)到強(qiáng)酸敏。

1.3 ?有機(jī)垢分析

分別選取A油田1區(qū)、4區(qū)的原油，按照國家標(biāo)準(zhǔn)《原油中蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量測定法》（SYT ?7550—2004）對(duì)40個(gè)原油樣品進(jìn)行了四組分分析，結(jié)果表明：膠質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體偏高，在12%～23%左右;瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，約5%以下;蠟質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。

A油田原油黏度大，主力儲(chǔ)層50 ℃下原油黏度100～300 mPa·s，原油膠質(zhì)成分較高，高黏度原油易攜帶固相顆粒運(yùn)移，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)膠質(zhì)在溫度變化區(qū)域造成重?zé)N類物質(zhì)沉積現(xiàn)象，混合裹挾固相顆粒堵塞近井地帶滲流通道和篩管，導(dǎo)致油井產(chǎn)能大幅降低。多次修井作業(yè)過程中，井下管柱和電泵有不同程度的重?zé)N物質(zhì)聚結(jié)壁面。

1.4 ?儲(chǔ)層傷害機(jī)理

黏土及固相顆粒產(chǎn)生堵塞。油田絕大部分油井生產(chǎn)壓差在6.5 MPa以上，儲(chǔ)層膠結(jié)疏松，高嶺石、伊利石兩者質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)60%，高流速下容易引起黏土礦物分散、運(yùn)移，堵塞孔隙和吼道，造成滲透率降低。

黏土礦物水化膨脹。低鹽度的流體使水敏性黏土礦物水化、膨脹和分散，它們較低的流速下便會(huì)發(fā)生遷移，并可堵塞喉道，從而導(dǎo)致巖臨界流速值減小[13-15];同時(shí)，由于水敏性黏土在低鹽度流體中水化膨脹，在高速流體沖擊下易于分散，這樣不僅釋放更多更細(xì)小的黏土微粒，而且釋放出由黏土礦物作為膠結(jié)的其他礦物顆粒，從而使地層微粒數(shù)量增加，使速敏性增強(qiáng)。同時(shí)2018年以前，注入水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，水中含油量超過要求質(zhì)量分?jǐn)?shù)30 μg·g-1，造成地層滲透率降低。

膠質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，高黏度流體流動(dòng)過程中易攜帶固相顆粒運(yùn)移、聚集，產(chǎn)生儲(chǔ)層堵塞，尤其近井地帶滲流速度較快，容易產(chǎn)生近井周圍儲(chǔ)層傷害和堵死篩管間隙。

2 ?復(fù)合緩速酸解堵體系

根據(jù)儲(chǔ)層特點(diǎn)，酸化解堵體系要能夠有效溶解并穩(wěn)定黏土，較強(qiáng)緩速性，可實(shí)現(xiàn)深部解堵;有效防腐，保證設(shè)備和管柱的安全，解堵體系能夠穩(wěn)定金屬離子，盡可能減少鐵離子的存在對(duì)儲(chǔ)層傷害及地面處理流程影響。

綜合多種酸液體系特點(diǎn)[14-18]，氟硼酸可逐步水解形成氫氟酸，具有很強(qiáng)緩速性能，尤其適用于黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、土酸敏感的儲(chǔ)層;有機(jī)膦酸作為一種緩速酸[19-20]，可與金屬離子絡(luò)合，具有很好阻垢性能。本文提出以鹽酸和乙酸作為前置液充分預(yù)處理，以鹽酸、弱酸緩速酸有機(jī)膦酸、高濃度緩速酸氟硼酸形成復(fù)合緩速酸體系，作用液體搭配黏土穩(wěn)定劑、緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)劑等，形成了高效深部解堵液體系和配套工藝。

2.1 ?巖粉溶蝕能力

選取一塊天然巖心粉碎干燥，根據(jù)靜態(tài)巖心溶蝕法，測試20%HCl、土酸（12%HCl+3%HF）、復(fù)合氟硼酸（10%HCl+10%HBF4）、復(fù)合緩速酸（10%HCl+10%HBF4+3%HP-1）對(duì)巖粉的溶蝕能力，反應(yīng)溫度為油藏溫度65 ℃，反應(yīng)時(shí)間為480 min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2。

從最終溶蝕能力看，質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%HCl對(duì)巖粉溶蝕能力很低;土酸、復(fù)合氟硼酸、復(fù)合緩速酸對(duì)巖粉的溶蝕能力較強(qiáng)，土酸最高可達(dá)35%。反應(yīng)速度看，土酸前期反應(yīng)速度較快，在60 min實(shí)現(xiàn)了24%的溶蝕，但60 min以后反應(yīng)速度明顯減緩;而復(fù)合氟硼酸、復(fù)合緩速酸初期溶蝕能力只有土酸的30%～50%，說明初期反應(yīng)速率比土酸慢，但是反應(yīng)速率前后基本一致。復(fù)合氟硼酸的反應(yīng)速率與復(fù)合緩速酸近似，最終溶蝕能力比復(fù)合緩速酸低5.16%，說明復(fù)合緩速酸能夠?qū)崿F(xiàn)較好的巖粉溶蝕能力，且降低了酸液與砂巖的反應(yīng)速率，能夠深入地層，實(shí)現(xiàn)深度解堵。

2.2 ?緩蝕劑的優(yōu)選

海上油田已逐步實(shí)行不動(dòng)管柱酸化措施，縮短作業(yè)工期，減少作業(yè)費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)。但不動(dòng)管柱酸化作業(yè)，酸液會(huì)直接與油氣井下油管、套管等接觸，造成油管和井下設(shè)備的腐蝕，選擇一種性能良好緩蝕劑非常關(guān)鍵。

基于油田現(xiàn)用藥劑配方，選取硫脲、溴代十六烷基吡啶、咪唑啉季銨鹽3種緩蝕劑進(jìn)行復(fù)配。緩蝕劑評(píng)價(jià)方法參照標(biāo)準(zhǔn)《酸化緩蝕劑評(píng)價(jià)指標(biāo)和試驗(yàn)方法》（SY/T 5405—1996），選擇與油管相同材質(zhì)的N80鋼片，在主體酸中加入緩蝕劑配方與鋼片浸泡2 h，通過掛片失重法計(jì)算緩蝕率。通過3水平3元素正交設(shè)計(jì)優(yōu)選出緩蝕劑配方，硫脲∶溴代十六烷基吡啶∶咪唑啉季銨鹽=1∶3∶1，并優(yōu)選出最佳注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%。

2.3 ?緩速性能評(píng)價(jià)

依照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《緩速酸性能評(píng)價(jià)方法》（SY/T 5886—2012）要求對(duì)復(fù)合緩速酸的緩速性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)用參照酸為土酸，實(shí)驗(yàn)溫度為40、65 ℃。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，復(fù)合緩速酸在油藏溫度65 ℃下的緩速率在43.75%以上，復(fù)合緩速酸在 ?40 ℃下的緩速率略微上漲。這表明復(fù)合緩速酸能夠適應(yīng)溫度變化，可以大幅減緩注入酸液與砂巖的反應(yīng)速率，能夠更深入地層，實(shí)現(xiàn)深部解堵。

2.4 ?破乳劑添加劑

在油井實(shí)施酸化解堵措施后，初期返排液含有鐵離子對(duì)下游處理流程影響很大，造成A油田多次處理流程破乳脫水困難、處理后生產(chǎn)水水質(zhì)下降，返排液如何處理給現(xiàn)場造成很大困擾[21]。配置不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)亞鐵離子的模擬鹽水，與原油按3∶2充分混合攪拌，形成乳狀液，置于85 ℃恒溫水浴中測試乳化液的穩(wěn)定性，觀察120 min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

當(dāng)水相亞鐵離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于500 μg·g-1時(shí)，乳化液開始穩(wěn)定，脫水困難;而油井常規(guī)酸化后初期的返排液亞鐵離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍在2 000 μg·g-1以上，對(duì)處理流程影響很大，非常需要開展相應(yīng)高效破乳劑添加劑的研究。以500 mg·L-1亞鐵離子溶液形成的乳化液，選取冰醋酸、硫酸、雙氧水以及乙二胺四乙酸（EDTA）作為添加劑，考慮其破乳脫水效果，見表6。

結(jié)果表明，4種添加劑均能不同程度改善破乳脫水效果。通過與油田破乳劑TS-7503復(fù)配實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出TS-7503破乳劑200 μg·g-1、硫酸150 μg·g-1、EDTA 100 μg·g-1作為含鐵乳化液的高效破乳劑。

3 ?現(xiàn)場試驗(yàn)及分析

根據(jù)研究成果，A油田形成了標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合緩速酸解堵體系作業(yè)程序，在頂替液I中加入柴油用于溶解管柱或近井地帶的有機(jī)垢。2019年油田開展復(fù)合緩速酸解堵措施6次，措施成功率100%，全年累計(jì)增油量2.57×104 m3，見表7。

將6口油井措施前產(chǎn)量情況與措施后3個(gè)月產(chǎn)量情況做對(duì)比，6口油井的產(chǎn)液量、產(chǎn)油量均有不同程度提高，E38井、E47井單井日增油37 m3，增油效果明顯，證明復(fù)合緩速酸解堵體系能夠較好地解決油井堵塞問題。同時(shí)，5口油井的采液指數(shù)、采油指數(shù)大幅增長（A09壓力計(jì)故障），采液指數(shù)平均增幅406%，采油指數(shù)平均增幅712%，均實(shí)現(xiàn)很好的提液增油效果，見表8、圖3。

4 ?結(jié) 論

1）A油田黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，伊利石呈彎曲片狀、高嶺石呈書頁狀，分布于骨架顆粒間而與顆粒的黏結(jié)不堅(jiān)固，晶體間結(jié)構(gòu)力較弱，因而容易脫落、分散， 形成微粒。高流速下容易引起黏土礦物分散、運(yùn)移，堵塞孔隙和吼道，造成滲透率降低。

2）土酸、復(fù)合氟硼酸、復(fù)合緩速酸對(duì)巖粉的溶蝕能力近似，土酸前期反應(yīng)速率較快，復(fù)合氟硼酸、復(fù)合緩速酸反應(yīng)速率較慢但前后一致，復(fù)合緩速酸既能實(shí)現(xiàn)較好的巖粉溶蝕能力，又一定程度上降低了酸液與砂巖的反應(yīng)速率，能夠深入地層、深度解堵。

3）油井返排液中，當(dāng)水相亞鐵離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于500 μg·g-1時(shí)，乳化液開始穩(wěn)定，脫水困難。優(yōu)選出TS-7503破乳劑200 μg·g-1、硫酸150 μg·g-1、EDTA 100 μg·g-1作為含鐵乳化液的高效破乳劑。

4）6口油井措施前后產(chǎn)量對(duì)比，產(chǎn)液量、產(chǎn)油量均有不同程度提高，增油效果明顯;5口油井的采液指數(shù)、采油指數(shù)大幅增長，采液指數(shù)平均增幅406%，采油指數(shù)平均增幅712%，均實(shí)現(xiàn)很好的提液增油效果。

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