第四章油水井增產(chǎn)增注措施

1、第四章 油水井增產(chǎn)增注措施在油田開采過程中，經(jīng)常遇到一些低滲透性油層，即使在較大的壓差下，它們也很難獲得高的產(chǎn)量。有的油層在鉆井過程中受到鉆井液侵害，使井底附近油層的滲透串降低，這不僅導(dǎo)致油井產(chǎn)量下降有時甚至無法投產(chǎn)。此外，油水井在生產(chǎn)過程中，也會由于各種原因造成井底附近堵塞，使注水井的注入量或油井的產(chǎn)油量下降，從而影響油田開采速度和采收率的提高，對于非均質(zhì)多油層油田，影響更為嚴(yán)重。在這種情況下，就必須對油層采取各種增產(chǎn)增注措施。本章主要介紹目前礦場上廣泛用于油水并增產(chǎn)增注的兩種措施，即酸化、壓裂處理。第一節(jié) 油層酸處理油層酸處理，是油田上廣泛用于改造油層、提高滲透率的措施。它是利用酸液能溶解

2、巖層中所含鹽類的特性，達(dá)到提高近井地帶的油層滲透率，改善油、氣、水流動狀況，從而增加油、氣產(chǎn)量和水井注入量的目的。目前，我國各油田在油層酸處理方面，廣泛應(yīng)用的有鹽酸處理和土酸處理兩種方法。有些油田還應(yīng)用了“王水”處理、“熱酸”處理與“熱化學(xué)”處理等方法。一、酸處理原理酸處理是依靠向油層擠入酸液并與油層孔隙孔道起化學(xué)溶蝕作用，以擴(kuò)大油流通道，提高油層滲透率；或溶解井壁附近的堵塞物(如泥漿、泥餅、各種雜質(zhì)、沉淀物和細(xì)菌等)，以排除堵塞來提高井的生產(chǎn)能力。由于油層巖石性質(zhì)不同，堵塞物不同，所用酸液的種類也是不同的，廣泛使用的是鹽酸和土酸兩種。鹽酸處理主要用于石灰?guī)r、白云巖和灰質(zhì)膠結(jié)的砂巖等碳酸鹽含量

3、高的地層，鹽酸與地層內(nèi)的碳酸鹽作用時，其反應(yīng)如下。對于石灰?guī)r：對于白云巖：以上反應(yīng)生成的鈣鹽和鎂鹽都易镕于水，生成的CO2也溶于水。對于油并，酸化后可應(yīng)用抽汲或自噴方法將反應(yīng)的廢酸排出地面，以提高油井酸處理效果。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐得知，當(dāng)?shù)貙又兴妓猁}類大于50，如裂縫性石灰?guī)r、白云巖，應(yīng)用鹽酸處理效果較好。對于井底堵塞，應(yīng)根據(jù)堵塞物的物化性質(zhì)，決定是否用鹽酸處理。砂巖的成分與碳酸鹽大不相同。它主要以石英和長石為主，經(jīng)膠結(jié)物膠結(jié)而成。膠結(jié)物多為粘土和碳酸鹽類，膠結(jié)物數(shù)量變化幅度很大，膠結(jié)物中的碳酸鹽類占百分之幾到十幾都有。鹽酸同石英及其他硅酸鹽類基本上不起反應(yīng)，但氫氟酸(HF)對砂巖中的

4、主要成分都有溶解作用。其反應(yīng)式如下。石英與HF的反應(yīng)：粘土)與HF的反應(yīng)：碳酸鹽與HF的反應(yīng)：從以上的反應(yīng)來看，氫氟酸對于石英、硅酸鹽、碳酸鹽都有溶解能力，但反應(yīng)生成物中的CaF2與MgF2會產(chǎn)生沉淀，堵塞地層。所以，砂巖酸化多用土酸，土酸就是鹽酸與氫氟酸的混合酸液，兼有鹽酸與氫氟酸的優(yōu)點(diǎn)，故砂巖的酸處理又稱為土酸處理。根據(jù)玉門地區(qū)對巖心所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室研究表明：對于石英含量占55，長石占10、粘土占15，氧化鐵占10，碳酸鹽占10的含油巖心，應(yīng)用114的鹽酸加3一5的氫氟酸配制的土酸進(jìn)行浸泡，其溶解度比單獨(dú)用鹽酸高46倍。由于土酸中臺有氫氟酸，它們對于粘土、泥漿顆粒和泥餅的溶解能力均大于鹽酸。

5、二、酸處理前的預(yù)處理工作(1) 酸必須稀釋后再向地層中擠壓，否則會造成金屬設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕；(2) 當(dāng)酸中含有的硫酸根(SO42-)大于0.2時，必須加氯化鋇處理；(3) 當(dāng)?shù)貙有枰M(jìn)行土酸處理時，若井底附近碳酸鹽含量大于24時，應(yīng)預(yù)先用稀鹽酸處理后，再進(jìn)行土酸處理；(4) 在含有大量瀝青、膠質(zhì)的稠油層中進(jìn)行注水時，由于巖層表面吸附了環(huán)烷酸、瀝青、膠質(zhì)而形成一層厚膜，影響酸處理效果，所以在酸處理前應(yīng)當(dāng)先用溶劑(汽油)沖洗地(5) 當(dāng)?shù)貙娱g隙水中合有大量的鈉、鉀離子時，在土酸處理前，應(yīng)先用鹽酸加以處理，以免產(chǎn)生硅酸鹽或氟化物沉淀，堵塞油層。三、酸處理所用的添加劑1防腐劑(緩蝕劑)其作用是避免或減輕

6、鹽酸對地面設(shè)備及井下管柱的腐蝕。常用的防腐劑有福爾馬林(即含有甲醛3840的液體)、烷基苯磺酸鈉、油酸乳化物等。在高溫下，使用3甲醛+27623(2烷基吡啶)+3碘化納+0.04氯化亞銅等復(fù)配緩蝕劑也很有效。 2穩(wěn)定劑 鹽酸與金屬氧化物作用后所生成的鹽類與水化合可生成氫氧化物的膠質(zhì)沉淀，如：。這些膠質(zhì)沉淀很容易堵塞地層孔道。為了消除或減輕這種堵塞現(xiàn)象，需要在鹽酸中加穩(wěn)定劑，以抑制氫氧化物沉淀的生成。最常用的穩(wěn)定劑是醋酸，它和鐵離子形成在高pH值下也不沉淀的絡(luò)合物，如： 生成物為能溶于水的六乙酸合鐵(皿)絡(luò)離子。因?yàn)殍F離子和醋酸根的結(jié)合能力比鐵離子和氫氧根的結(jié)合能力強(qiáng)，從而減少了產(chǎn)生Fe(OH)

7、2沉淀的機(jī)會。醋酸的用量一般為酸液量的1左右。另外，還有其他穩(wěn)定劑如：草酸、檸檬酸、乙二胺四乙酸(EDTA)等。3活性劑添加表面活性劑的作用是降低酸液的表面張力和調(diào)節(jié)反應(yīng)速度。常用的表面活性劑有平平加、PP2、烷基苯磺酸鈉、亞硫酸紙漿廢液(CCT)、酒精、雜醇等。具體用量及活性劑類型視被處理井的具體情況而定。4緩速劑為了使酸液不致在剛進(jìn)入地層時就發(fā)生反應(yīng)而降低酸度，除了在工藝上采取快速高壓擠入酸液外，在酸液中加人緩速劑會有更大的緩速效果。緩速劑有氯化鈣、烷基苯磷酸鈉。其中以烷基苯磺酸鈉效果較好，只要在酸中加入0.5，即可使反應(yīng)速度降低1/2。四、提高酸處理效果的途徑實(shí)驗(yàn)室研究指出：酸液注入地層

8、中并非均勻推進(jìn)，而是沿油層中某些裂縫或孔道向油層縱深延伸。所以酸處理的增產(chǎn)作用實(shí)質(zhì)上是：在高壓下將酸液注入油層，溶解油層巖石孔道(裂縫)內(nèi)的可溶性物質(zhì)，并不斷向油層內(nèi)部延伸，溝通了其他油流通道(或裂縫網(wǎng))，從而大大提高油層的滲透率。因此，提高酸處理效果的主要途徑是設(shè)法增加侵蝕孔道的延伸深度。反應(yīng)速度快時，酸液很快消耗完畢，侵蝕孔道無法向縱深延伸，因此必須研究影響反應(yīng)速度的因素，并設(shè)法控制反應(yīng)速度。影響反應(yīng)速度的因素有：(1) 酸液濃度。通常應(yīng)用最廣的酸液濃度為15。濃度大于15，將使一般緩蝕劑的防腐效果變差。近年來，由于解決了設(shè)備防腐蝕問題，趨向使用高濃度酸液。當(dāng)HCl的濃度增到25以前隨著濃

9、度的增加，酸反應(yīng)速度亦增加。這是由于酸液中氫離子濃度增高之故。但當(dāng)濃度繼續(xù)增長，超過25以后，由于氫離子活性減少，反應(yīng)速度反而越來越慢。這將有利于侵蝕孔道的延伸，從而提高酸處理的效果。(2) 溫度和壓力。隨著溫度的增加，防蝕困難，酸與巖石的反應(yīng)速度加快酸消耗得很快，酸處理的作用僅在井眼附近，不易做到深度酸化。目前對深井高溫地層，為了減輕酸的反應(yīng)速度，一般可向油層須注大量冷水，以降低并底溫度，或向酸中加入緩蝕劑。實(shí)踐證明，隨著壓力的增加，反應(yīng)生成的CO2溶于殘酸中使反應(yīng)速度變慢。為此可以在酸液中添加一定量的液態(tài)二氧化碳，使反應(yīng)速度變慢，以提高酸處理效果。壓力對反應(yīng)速度影響不大，一般不考慮。(3)

10、 面容比。HCl與石灰?guī)r之間的反應(yīng)速度和面容比有關(guān)。面容比是指單位體積的酸液在縫隙中與之相反應(yīng)的巖石表面積之比，即：式中：S面容比；A巖石表面積；V酸液體積。面容比與孔隙直徑或裂縫寬度成反比?？紫吨睆交蛄芽p寬度愈小，單位體積的酸液與石接觸面積就愈大，反應(yīng)速度就愈快。(4) 巖石的組成與結(jié)構(gòu)。巖石的組成不同，酸液對它的溶解速度也不同，低溫下石灰?guī)r的反應(yīng)速度是白云巖的1.5倍，高溫下它們的反應(yīng)速度幾乎是相同的。這是因?yàn)樵诎自茙r的晶體表面上常常沉積著一層石英薄膜與鹽酸隔絕，使白云巖的面容比小于石灰?guī)r。另外，MgCO3與HCl的反應(yīng)不及CaCO3的快。(5) 添加劑。酸中添加CO2及反應(yīng)速度慢的酸液(

11、甲酸、乙酸)均會降低酸的反應(yīng)速度。綜上所述，為了提高酸處理效果，必須根據(jù)所處理井的地層條件及酸處理目的，正確選擇酸液種類、酸液濃度和酸的用量。為了減慢酸反應(yīng)速度，增大酸液滲入油層的深度，應(yīng)采用大排量注酸，控制反應(yīng)速度。酸處理后應(yīng)及時排出反應(yīng)過后的廢酸液，以免反應(yīng)產(chǎn)物重新堵塞地層。五、酸處理工藝簡介 在礦場實(shí)踐中，針對酸處理的目的不同，其工藝方法也不同，大體可歸納為三類。1解堵酸化其主要目的是解除井壁附近的各種堵塞。如果只在井壁形成泥餅，一般要用浸泡以便將泥餅溶解掉。如果泥漿侵入地層，考慮到泥漿可能均勻地分布在井底附近地層的孔隙或裂縫中，多采用小型酸處理的辦法。特點(diǎn)是酸液量小，壓力和排量不要求很

12、高，希望酸液能在縱向上均勻地進(jìn)入地層，處理前根據(jù)情況盡可能地排出污物，以提高酸化效果。2層內(nèi)酸化其主要目的是溶解井底周圍油層孔道(或裂縫)表面的礦物或砂粒間的膠結(jié)物的侵蝕孔道，以提高井底周圍的滲透率，多采用大型酸化的方法。特點(diǎn)是用酸量大，要求大排量注酸、使具有足夠濃度的酸液進(jìn)入油層深處、以擴(kuò)大酸液有效作用范圍。 3壓裂酸化其主要針對滲透率極低、巖性致密的石灰?guī)r地層，先用一般壓裂液造縫，然后在高于地層壓力下向地層內(nèi)擠酸，在縫面腐蝕成溝槽，增加縫的導(dǎo)流能力，擴(kuò)大原有裂縫。裂縫是靠縫面被侵蝕后的高點(diǎn)來支撐故一般可以不加砂。 第二節(jié) 油層壓裂水力壓裂是油氣井增產(chǎn)、注水并增注的一項重要技術(shù)措施，從194

13、9年開始就已成為國內(nèi)外坤田增產(chǎn)效果顯著、應(yīng)用廣泛的種方法?，F(xiàn)今的壓裂設(shè)備能力，可壓開6000m的深井，造縫長度可達(dá)1km。 一、水力壓裂的基本原理水力壓裂就是用高壓大排量泵向油層擠注具有一定粘度的液體，當(dāng)擠入液體的速度超過油層的吸收速度時，在井底附近形成足夠高的壓力。這種壓力超過井底附近油層巖石的破裂強(qiáng)度及作用在油層上巖層的壓力時，就會使油層產(chǎn)生裂縫或裂縫張開。此時繼續(xù)擠入液體，已形成的裂縫就會繼續(xù)向油層內(nèi)部擴(kuò)張。擠入油層的液體一方面使裂縫向油層內(nèi)部延伸，另一方面，由于裂縫和油層間存在壓差(破裂壓力與油層壓力之差)，大量的液體經(jīng)過裂縫的壁面滲濾到油層中去，如圖41所示。圖4-1 裂縫形成示意圖

14、當(dāng)進(jìn)入裂縫的液體量大于縫壁的漏失量時，裂縫便不斷延伸，從而滲濾面積增大，通過縫壁的濾失量也增大，則裂縫延伸的速度愈來愈小。當(dāng)進(jìn)入裂縫的液量等于濾失量時，裂縫會重新閉合。為了保持壓開的裂縫處于張開的狀態(tài)，必須在擠入液體中加入支撐劑(如砂子之類)支撐已形成的裂縫。油層中存在有這種支撐劑充填的一條或多條裂縫時，就大大增加了油層的滲透能力，減少油流阻力，油井就能增產(chǎn)。 要想在油層里形成足夠長的裂縫，必須用高壓，大排量的泵和其他設(shè)備；必須用濾失量低，懸砂能力強(qiáng)的壓裂液，以及適宜的支撐劑。地層巖石結(jié)構(gòu)是非均質(zhì)的，并存在微細(xì)的天然裂縫及層理，因而所產(chǎn)生的裂縫數(shù)目和方向從理論上難以準(zhǔn)確預(yù)計。一般取決于巖石所受

15、的地應(yīng)力狀態(tài)。礦場實(shí)驗(yàn)指出：在淺油層(700800 m)可能產(chǎn)生水平裂縫，超過1000 m或1200 m，多半出現(xiàn)垂直裂縫。二、壓裂液類型及其性能要求壓裂液按其物理、化學(xué)性能可分為油基、水基和混合基三種類型。目前國內(nèi)常用的壓裂液為水基壓裂液(由槐樹豆粉、田菁粉以及決明子等配制而成)，也有的采用油水乳狀壓裂液。按施工過程壓裂液的作用，可將它分為預(yù)壓液：起劈裂油層作用；攜砂液：兼有將支撐劑帶入裂縫中，并延伸裂縫的作用；頂替液：將井筒中的攜砂液頂替到裂縫中。壓裂液在壓裂過程中消耗量較大，對它的性能控制和選擇，直接影響到壓裂效果，施工成敗和成本高低。壓裂液主要性能應(yīng)滿足：(1) 滲濾性低，以較少的用量

16、得到較長的裂縫；(2) 懸浮性能好，能將支撐劑全部、均勻地帶入裂縫縫；(3) 摩阻損失少，易于泵送，以降低井口壓力；(4) 同地層原有流體及巖層有較好的配伍性；(5) 粘溫性能、熱穩(wěn)定性好，能適應(yīng)深井高溫高壓的要求；(6) 壓完后廢液易于排出，不堵塞地層；(7) 來源廣、成本低、易于配制。三、支撐劑的類型及其質(zhì)量要求 支撐劑的選用對于壓裂效果有著很大的影響。按支撐劑的性質(zhì)可分為兩大類：一類是韌性的，如金屬球、塑料球、核桃殼。其中金屬球強(qiáng)度大，塑料球、核桃殼球強(qiáng)度較低；另一類是脆性的，如砂子、玻璃球。玻璃球強(qiáng)度較高，砂子強(qiáng)度低，目前應(yīng)用最廣泛的仍然是石英砂，但隨著井的深度增加和地層硬度增大，采用

17、高強(qiáng)度支撐劑逐漸增多。對支撐劑的質(zhì)量要求是：(1) 強(qiáng)度大。支撐劑在裂縫里受到裂縫壁面閉合壓力的巨大壓力，如果強(qiáng)度不夠，則易被壓碎，堵塞了通道，起不到增產(chǎn)的作用。(2) 顆粒均勻，圓球度好。這種支撐劑充填了裂縫之后，具有較大的滲透能力。(3) 雜質(zhì)少，避免堵塞縫隙。(4) 來源廣，價廉。四、壓裂工藝設(shè)計為了使壓裂得到頂期的效果，必須根據(jù)地質(zhì)情況合理地選擇壓裂井、壓裂單位、壓裂液和支撐劑。1選井選層雖然水力壓裂是廣泛使用的一種增產(chǎn)措施，但并不是對所有的井都有效的，一般情況下，下列井適于壓裂：(1) 油層巖石膠結(jié)致密、滲透率低。例如致密砂巖，石灰?guī)r等，壓裂后效果較好。(2) 含油飽和度高，油井壓力

18、高的低產(chǎn)井。壓裂后，產(chǎn)量常常大幅度提高。(3) 井眼附近油層受到堵塞，降低了產(chǎn)量和吸水能力的井。小規(guī)模壓裂對于解除堵塞非常有效。為了提高壓裂效果還可采取油水井對應(yīng)壓裂，以水井為主。這樣能起到送效、引效的作用。此外，還應(yīng)根據(jù)油田的地質(zhì)情況和井網(wǎng)布置，調(diào)整總體規(guī)劃，充分發(fā)揮油水井的作用。對于滲透率很高的井，油水邊緣的井以及固井質(zhì)量不好的井，一般不宜于壓裂。2壓裂液的選擇壓裂液要根據(jù)油層流體特性、巖層的物理、化學(xué)性質(zhì)來選擇。(1) 根據(jù)巖石的化學(xué)性質(zhì)基本上確定壓裂液的類型。對于石灰?guī)r、白云巖，宜選用酸基壓裂液；對于砂巖和低溶解的巖層，宜選用水基壓裂液或油基壓裂液，也可以用在水基壓裂液中添加二價陽離子

19、(如加0.5的CaCl2)。對于注水井，可以采用含鹽的清水做壓裂液，如果產(chǎn)層內(nèi)含有易溶于水的鹽類成分時，也可以用清水。(2) 巖石的物理性質(zhì)(溫度、壓力、滲透率、孔隙度、有無原生孔隙和孔穴等)，特別是溫度和壓力需要很好考慮。一般壓裂液的粘度受溫度的影響較大。例如膠凝原油只能在93以內(nèi)使用；稠化酸在高溫下很快稀釋，當(dāng)溫度高時必須增加稠化劑的用量。在一般油層溫度下，水基壓裂液粘度應(yīng)不低于2000mPas，溫度高時可選用粘溫性能比較好的植物膠或增加植物膠的用量。在高壓井壓裂時，需要選用高相對密度的壓裂液，以克服井底壓力，并能降低地面設(shè)備所需功率。在低壓井壓裂時，應(yīng)選用低粘度、低相對密度液體，壓裂后易于從地層中排出。(3) 所選擇的壓裂液必須與地層流體相適應(yīng)，不會產(chǎn)生有害的乳狀液或沉淀物。對于含有重質(zhì)原油、瀝青或石蠟的油層，最好不用低相對密度原油，而用水基壓裂液或芳香族原油。3支撐劑的選擇 支撐劑的類型選擇取決于巖層性質(zhì)及井深。對于巖石嵌入壓