伊拉克BU油田碳酸鹽巖儲層復合解堵技術研究與應用*

崔波, 馮浦涌，榮新明，王達，張強，陳軍

(中海油田服務股份有限公司 油田生產事業部，天津 300452)

伊拉克BU油田儲量豐富，主力開發層系是中高孔-中低滲孔隙型碳酸鹽巖油藏。儲層巖性以灰巖為主，埋深3800～4000 m，原始地層壓力系數1.17～1.18 MPa/(100 m)。經過近40年的開發生產，目前地層壓力系數降為0.7～0.8 MPa/(100 m)。

該油田依靠自噴衰竭式開采，近幾年隨著新鉆井數量的增多，地層壓力和氣油比快速下降，導致原油中的瀝青質、石蠟等重質組分在井筒中析出、沉積，并與地層礦物結合形成嚴重的有機、無機混合沉淀，堵塞近井地帶、射孔段甚至油管，導致油井產量迅速下降甚至停噴。另外，瀝青質、石蠟的析出也會導致地層乳化傷害及潤濕性變化，導致儲層滲透率的進一步降低。該油田原有溶劑閃點低、安全性差且處理后有效期短，無法滿足現場作業需要。亟待開展針對性研究，開發新型有機解堵體系及與其配套的復合解堵技術，提高油井產量。

1 地質油藏特征

BU油田目前地層溫度約為112 ℃，地層壓力約為30 MPa，屬于正常溫壓系統。儲集空間以孔隙溶洞為主，孔隙度10%～19%，滲透率一到幾百毫達西。巖性以灰巖為主，夾雜少量的黏土和石英，巖石礦物種類和含量見表1。地下原油黏度0.6～1.0 MPa·s，飽和壓力13.7～22.6 MPa，溶解氣油比92.6～126.9 m3。地層原油具有飽和壓力高、溶解氣油比中等、原油黏度中等的特點。原油為中-重質原油，原油中瀝青質質量分數3.6%～11.7%，蠟質量分數0～2.9%，部分井瀝青質和石蠟質量分數見圖1。

表1 巖石礦物種類和質量分數%樣品編號石英重晶石方解石白云石石鹽黏土總量B-82H0.8—95.13.9—0.2B-83H0.5—96.22.7—0.6B-100H0.60.493.12.52.50.9

圖1 BU油田部分井瀝青質和石蠟質量分數 圖2 巖石薄片分析

BU油田碳酸鹽巖儲層儲集空間類型以孔隙、溶洞為主，微裂縫發育。主要發育晶間孔，局部見溶孔和溶洞發育，巖石薄片分析見圖2。

2 儲層改造技術難點及對策

該油田經過長時間自噴開采，地層壓力下降嚴重，以瀝青質和石蠟為主的有機垢在井筒及近井地帶大量沉積，導致油井產量快速降低甚至停噴。由于瀝青質含量高，隨著含水的升高，原油極易發生乳化增黏，增大原油的流動阻力。另外瀝青質在儲層巖石表面上的吸附會導致潤濕性從親水向親油方向改變，從而造成儲層巖石的油相相對滲透率下降[1]。針對該油田存在的有機垢沉積問題，進行了取樣分析，發現瀝青質含量高達37%，有機垢成分分析見圖3。該油田原有溶劑閃點低、安全性差且處理后有效期短，無法滿足現場作業需要。

圖3 有機垢成分分析

針對BU油田存在有機垢沉積及其衍生的乳化傷害、潤濕性變化問題，通過相應的基礎理論研究和技術研發配套，創新性地提出“有機溶解+長效預防+無機溶蝕”相結合的方式。通過新型綠色環保有機解堵劑對瀝青質和石蠟有機垢快速溶解，有機垢抑制劑在生產管柱內壁長效吸附，預防有機垢沉積，結合酸化溶蝕造蚓孔及復配的高效添加劑解除乳化傷害、保持地層水潤濕，形成了針對伊拉克BU油田碳酸鹽巖儲層的復合解堵技術，如表2所示。

3 有機解堵體系的研發

常用的清除瀝青質、石蠟沉積的方法是在油井中注入溶劑或分散劑，一般使用的溶劑為芳香族化合物如苯、甲苯、二甲苯等。二甲苯對瀝青的溶解能力優于柴油、生物柴油、甲苯[2]。但由于二甲苯的閃點只有29 ℃，伊拉克夏季溫度可達55 ℃，現場施工安全隱患大，需要研發安全環保的有機解堵劑體系，見表3。

(1)新型綠色環保有機解堵劑：從蠟、膠質瀝青質分子結構入手，根據相似相容原理，并結合蠟、膠質瀝青質分散時類膠體溶液性質，研發出有類似結構的有機解堵劑。新型綠色環保有機解堵劑溶瀝青質速率高達0.04 g/min，溶石蠟速率大于0.02 g/min。閃點大于61 ℃，安全性高，屬于綠色環保藥劑。(2)新型有機垢抑制劑：依靠其與瀝青質分子形成更穩定的相互作用能或者形成空間位阻，從而破壞締合體中瀝青質分子間的相互作用，達到抑制瀝青質聚沉的效果。(3)有機解堵體系配方：有機解堵劑+有機垢抑制劑。

4 酸液體系的優選

4.1 碳酸鹽巖儲層改造酸液體系

目前國內外碳酸鹽巖儲層改造酸液體系有：膠凝酸體系、交聯酸體系、溫控變黏酸體系、清潔自轉向酸體系、乳化酸體系和聚合物泡沫酸體系等[3]。清潔自轉向酸體系對儲層傷害小，能對非均質儲層有效改造。考慮儲層滲透率極差>10，優選清潔自轉向酸體系，通過體系增黏，降低酸巖反應速度和液體濾失速度，實現儲層的深部處理、均勻處理。酸液體系中復配高效破乳劑和潤濕反轉多效添加劑，解除乳化傷害，保持地層水潤濕。

表3 有機解堵體系性能指標實驗參數本有機解堵體系常規體系溶瀝青質速率/(g/min)≥0.040<0.035溶蠟速率/(g/min)≥0.020<0.017表面張力/(mN/m)<28>32界面張力/(mN/m)<0.8>1.0瀝青質抑制率/%>80不具備閃點/℃≥61≤48環保不含苯、甲苯含苯、甲苯

4.2 清潔自轉向酸體系

清潔自轉向酸體系配方：20%HCl+8%黏彈性表面活性劑+2%高溫緩蝕劑+1%鐵穩劑+1%破乳劑+1%黏穩劑+1%潤濕反轉多效添加劑。(1)黏彈性表面活性劑：酸液注入進地層時，優先進入高滲透層，隨酸液的消耗，pH值升高，同時酸巖反應產生游離的二價金屬陽離子(Ca2+、Mg2+)。在pH值和金屬陽離子的共同作用下，黏彈性表面活性劑的結構發生變化，使體系黏度劇增，酸液在高滲透層的阻力增大，迫使后續酸液進入低滲透層，從而實現對酸液的分流轉向作用和儲層的均勻處理[4]。(2)潤濕反轉多效添加劑：界面活性優異，可將油水界面張力降至10-2mN/m數量級；經過潤濕反轉多效添加劑處理后，碳酸鹽巖表面由油濕轉變為水濕；作為入井流體添加劑使用時可以降低恒定壓力下的水侵速度，并且通過降低油驅水的壓力，可有效解除水鎖傷害，具有良好的助排性能和防水鎖傷害的能力。

5 儲層改造工藝優化

考慮到井筒堵塞嚴重，在施工工藝上需要確保井筒和儲層污染得到有效解除。解堵作業分兩步進行：有機解堵+酸化解堵。(1)有機解堵階段：連續油管注入并用旋轉噴頭清洗，連續油管下入過程中采用有機解堵體系循環清洗井筒，下入到射孔段后注入有機解堵體系浸泡井筒和近井地帶24 h，解除有機垢傷害，氣舉返排求產。(2)酸化解堵階段：油管注入，采用清潔自轉向酸及復配高效添加劑，通過溶蝕產生蚓孔，溝通遠處的縫洞系統，大幅降低表皮系數，進一步提高油井產量。

5.1 處理液規模優化

儲層流體徑向流入井內時，80%～90%的壓力損耗發生在井筒周圍10 m的范圍內。酸化可使天然裂縫重新打開，并在井筒附近產生高滲流通道的酸蝕孔洞，碳酸鹽巖酸化常使表皮系數變為負值，在相同的生產壓差下可大幅度增加單井產量。根據徑向流達西滲流公式，假設處理區域內的滲透率為無限大，則有[5]：S=(K/Ks-1)ln(rs/rw)=-ln(rac/rw)。式中：S為表皮系數，無量綱；K為儲層滲透率，mD；Ks為儲層受傷害后滲透率，mD；rs為儲層傷害半徑，m；rw為井筒半徑，m；rac為酸化半徑，m。

通過此公式計算可得出不同處理半徑所對應的表皮系數，處理半徑越大對應的表皮系數越低。處理半徑為2 m時，表皮系數為-3.1，繼續增大處理半徑，表皮系數降低變緩，而每米油層用液量和成本則大幅增加。綜合考慮成本因素，優選有機解堵處理半徑為2 m，酸化解堵處理半徑為3 m。

5.2 施工排量優化

有機解堵施工排量：有機解堵體系根據相似相容原理溶解瀝青質和石蠟有機垢，且采用1.75″連續油管注入(配套旋轉噴頭清洗)，注入速度不宜過快，排量設計為0.2～0.3 m3/min。

酸化解堵施工排量：通過軟件模擬，可得到不同注入速度下的二維徑向溶解孔隙度，見圖4。模擬結果可知注入速度對溶解形態影響很大。當注入速度較大時(圖4d)，形成均一溶蝕，雖然大部分區域都被溶蝕，但是無法得到足夠大的滲透率；當注入速度較小時(圖4a)，形成面溶蝕，溶蝕所需酸量大；當注入速度適當時(圖4b, 圖4c)，形成蚓孔結果與Frick等[6]所得實驗結果相吻合。蚓孔突破標志著注入酸穿透了污染區域，使井筒與未污染的地層相連，蚓孔成為高滲透通道，當蚓孔穿透傷害帶時，認為地層傷害完全得到解除。根據模擬結果優選注酸排量1～2 m3/min。

a 注入排量0.5 m3/min b 注入排量1 m3/min c 注入排量2 m3/min d 注入排量3.0 m3/min

B-41井2016年6月—10月產量快速下降，產油量從240 m3/d下降為37 m3/d，鋼絲作業發現井下有機垢沉積嚴重，急需進行解堵作業提高油井產量。該井采用“有機溶解+長效預防+無機溶蝕”相結合的復合解堵技術進行現場作業，施工參數見表4。

表4 復合解堵施工參數有機解堵酸化解堵處理半徑2.0 m3.0 m處理液規模20 m3(其中6 m3處理井筒)35 m3作業方式連續油管注入+旋轉噴頭清洗油管注入注入排量0.25 m3/min1.2 m3/min

復合解堵施工后產量數據見表5。表中可以看出新型有機解堵體系解堵后產量大幅提升，增產效果明顯優于常規溶劑，表明儲層中的有機垢已被清除。采用清潔自轉向酸酸化解堵后，產量進一步提高，表明酸液通過溶蝕產生蚓孔，溝通了遠處的縫洞系統，極大地改善了地層的滲流通道，大幅降低表皮系數。

表5 復合解堵后產量作業類型產量/(m3/d)作業前產量37常規溶劑解堵后54新型有機解堵體系解堵后195酸化解堵后291

該技術在現場累計應用20余井次，作業后單井平均增油量140 m3/d，作業平均有效期從之前的5個月延長到了12個月，增產效果顯著。

7 結論

(1)針對BU油田存在嚴重的有機垢沉積及其衍生的乳化傷害、潤濕性變化問題，提出了“有機溶解+長效預防+無機溶蝕”相結合的解堵方式，形成了針對伊拉克BU油田碳酸鹽巖儲層的復合解堵技術。

(2)考慮到井筒堵塞嚴重，在施工工藝上需要確保井筒和儲層污染得到有效解除，解堵作業分有機解堵+酸化解堵兩步進行。有機解堵階段采用連續油管注入+旋轉噴頭清洗，解除有機垢傷害，恢復油井產量。酸化解堵階段采用油管注入，通過清潔自轉向酸及復配高效添加劑，溶蝕造蚓孔，溝通遠處的縫洞系統，大幅降低表皮系數，進一步提高油井產量。

(3)BU油田井采用復合解堵技術進行施工后增產效果顯著。該技術在現場累計應用20余井次，作業后單井平均增油量140 m3/d，作業平均有效期從之前的5個月延長到了12個月。

(4)該技術的成功實施可為碳酸鹽巖或砂巖儲層存在類似有機+無機混合垢的解堵作業提供借鑒。