頁巖油結垢堵塞水平井解堵阻垢有機酸體系

引用格式：岳淵洲，馬紅星，劉環宇，鐘建偉，付繼有，田偉東，王一航，劉銀娟. 頁巖油結垢堵塞水平井解堵阻垢有機酸體系［J］. 石油鉆采工藝，2024，46（3）：359-367.

摘要：慶城油田長7 頁巖油藏采用長水平井壓裂、增能、滲吸一體化的體積壓裂技術實現規模效益開發，部分油井近井帶結垢堵塞較為嚴重，導致產量下降較快，采用常規酸液體系恢復產能效果不理想。通過分析井筒沖砂返出的垢質膠結物的結垢特征、化學組分以及采出水離子的組成，探討了地層結垢機理，針對性研發了適合慶城油田頁巖油水平井解堵的長效復合有機酸解堵體系。研究結果表明，采出水中大量成垢離子在近井帶結垢沉淀后包裹支撐劑并逐步填充顆粒縫隙，結垢類型以碳酸鹽類為主，部分井出現硫酸鋇鍶垢。研發的復合有機酸解堵體系對垢樣的溶蝕率達到80% 以上，對N80 鋼材的腐蝕速率低至1.920 g/（m2·h），防垢率大于85%，與地層水的配伍性較好，具有良好的長效解堵性能和防腐蝕性能。在慶城油田頁巖油水平井現場應用5 口，單井增油由3.5 t/d 提高至5.1 t/d，有效期由190 d 提升至450 d 以上，取得了良好的增產效果，為同類頁巖油藏的高效開發提供了技術借鑒。

關鍵詞：頁巖油；非常規油氣；勘探開發；工程技術；長水平井；結垢堵塞；酸化；長效解堵體系；慶城油田

中圖分類號：TE358.5 文獻標識碼： A

0 引言

鄂爾多斯盆地長7 期為湖盆最大湖泛期，半深湖—深湖面積達6.5×104 km2，湖底平原區形成大面積重力流沉積砂體，延長組長7 段自下而上細分為長73 亞段、長72 亞段和長71 亞段，根據巖性組合、砂地比、砂體厚度等因素分為夾層型、紋層型和頁理型3 種類型，長71+2 夾層型頁巖油勘探開發取得重大進展，2019 年探明我國首個整裝10×108 t 級的慶城大油田。2022 年長73 紋層型頁巖油的勘探也取得重大突破，增儲上產空間巨大［1］。

慶城油田頁巖油儲層具有低壓、低脆性指數和微納米孔隙發育的特征，在探索實踐中逐步形成了長水平井壓裂、增能、滲吸一體化體積壓裂技術，單井產量大幅提升，從而實現了慶城油田的規模效益開發［2］。該技術通過高密度細分切割提高人工裂縫控制程度，采用多功能壓裂液實現地層增能和提高油水滲吸置換效率［3］，單井入地液量可以達到2.5 萬m3，加砂量在3 500 m3 以上。此新型開發模式下水平井的初期產能可達到18～20 t/d，隨著開發時間的延長，部分油井產量下降較快，投產3 年內日產油量不到5 t/d 的油井數占比達到10.6%，為此開展了低產井產能恢復技術探索。2021 年實施沖砂清潔井筒措施60 口，平均單井增產2.3 t/d，無效井占比高（大于40%），同時在沖砂過程中發現85% 的油井水平段返出砂垢膠結物，初步判斷壓裂后支撐帶和近井儲層孔隙內存在結垢現象，是造成油井產量下降的重要因素。魏建光等通過實驗研究得出結論，不同性質的外來流體對古龍頁巖油儲層孔隙結構有一定的傷害［4］。壓裂后的細砂、碎屑等可以作為晶體生長位點促使垢沉淀并在燜井后造成部分裂縫因結垢消失［5］。壓裂液與地層水中結垢離子沉淀以及絮凝反應都與溫度、壓力和化學成分的改變有關［6］。

針對結垢堵塞井，酸化是油田開發中最常用的解堵、增注、增產措施，能夠有效解除地層堵塞，恢復地層滲透率。常見酸化工藝有酸洗、基質酸化和酸壓，砂巖油藏酸化研究多以基質酸化為研究對象，酸液注入地層孔隙后產生酸巖反應，溶解儲層中長石、黏土、石英、硅質巖屑等礦物，形成酸蝕蚓孔，從而提高儲層滲透性［7］。國內外在砂巖酸液體系研究中主要有特低滲砂巖油藏增產土酸體系［8］，利用有機酸緩慢釋放氫離子來達到儲層深部解堵的有機緩釋酸體系［9］，用特殊覆膜材料包裹固態酸成膠囊狀來緩慢釋放氫離子的膠囊酸體系［10］，利用氟硼酸在水中多級水解產生氫氟酸來緩慢釋放氫離子的酸液系列［11］。此外常規酸液體系在工藝上需要分前置液、處理液、后置液等進行不同的多個段塞注入，為簡化施工程序，抑制二、三次沉淀，一體化酸逐漸成為研究熱點［12］，其原理是在土酸體系中增加有機酸，達到緩速和螯合金屬離子的目的［13］。目前長慶油田延長組長7 段頁巖油水平井結垢和解堵的研究較少，借鑒長6 段水平井酸化的土酸體系［14］，探索開展酸化解堵6 口，措施后平均單井增產3.5 t/d，措施增產有效期190 d，發生2 起作業管柱腐蝕斷裂落井事故。基質酸化酸液體系中氫氟酸在酸化過程中產生氟化物沉淀，溶蝕石英砂支撐劑，抑制二次結垢性能不強，因此需研制可解除長7 層壓裂支撐帶和儲層內結垢的長效解堵體系，進一步提高酸化效果。

通過油井采出水離子變化趨勢和垢樣化學組成分析，結合巖心流動實驗，明確了頁巖油水平井入地壓裂液可溶蝕鐵白云石等地層礦物，造成采出水成垢離子濃度增加，生產過程中因溫度、壓力的變化在近井儲層及支撐劑縫隙中結垢沉淀并堵塞油氣滲流通道，垢型主要為碳酸鹽類。針對性優化酸液配方，將鹽酸和甲酸、乙酸及草酸等有機酸復配，優選緩蝕劑和長效阻垢劑，得到適合慶城油田頁巖油低產水平井的長效復合有機酸解堵體系，礦場試驗5 口井，平均單井增油5.1 t/d，措施增產有效期在450 d 以上，平均單井累增油2 300 t，解堵增產效果好。