紅莊油田水平井泡沫酸化技術(shù)研究及應(yīng)用

1、紅莊油田水平井泡沫酸化技術(shù)應(yīng)用研究裴穎杰 夏海幫 中石化華東分公司采油廠(chǎng)（225300）摘 要 酸化改造是水平井儲(chǔ)層改造的最主要工藝技術(shù)，本文針對(duì)紅莊油田水平井儲(chǔ)層傷害嚴(yán)重的現(xiàn)狀，從儲(chǔ)層、鉆井等方面對(duì)污染堵塞原因進(jìn)行了分析，由于常規(guī)酸化達(dá)不到解除全井段污染堵塞的目的，提出泡沫酸解堵方案，并重點(diǎn)對(duì)泡沫特性、泡沫滲流規(guī)律、泡沫酸液體系構(gòu)成以及配方用量等方面進(jìn)行深入分析和研究。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后取得明顯效果，較好地解決了水平井污染堵塞問(wèn)題，為其他類(lèi)似油田水平井增產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。關(guān)鍵詞 紅莊油田 水平井 泡沫酸化 滲流規(guī)律 應(yīng)用效果 紅莊油田位于溱潼凹陷南部斷階帶中段紅莊構(gòu)造帶，為疏松砂巖油藏，其儲(chǔ)層巖性為

2、中、細(xì)砂巖，儲(chǔ)層物性較差且非均質(zhì)性較強(qiáng)。該區(qū)塊原油具有油稠、凝固點(diǎn)高等特點(diǎn)。地面原油密度0.8812g/cm3，運(yùn)動(dòng)粘度v為131.57(50mm2/s)，含硫0.2284%，凝固點(diǎn)為37.3，地下原油密度0.8439g/cm3，地層原油體積系數(shù)為1.0402。地層水分析：PH為7.53-7.57，水型為CaCl2，礦化度為13.72-14.87g/L。該區(qū)塊油藏屬常溫常壓系統(tǒng)，原始地層壓力22.074MPa，壓力系數(shù)0.98，原始油層溫度78.6-83.44，地溫梯度為2.93/100m。該區(qū)塊水平井污染堵塞嚴(yán)重，需采用泡沫酸化技術(shù)實(shí)施解堵。1 污染堵塞原因分析1.1 儲(chǔ)層因素溱潼凹陷紅莊構(gòu)

3、造儲(chǔ)集層巖性為陸相碎屑巖，砂巖成熟度較低，主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖，具中、細(xì)、粉砂結(jié)構(gòu)，當(dāng)井眼中液柱壓力大于油氣層孔隙壓力時(shí)，固相顆粒就會(huì)隨流體一起進(jìn)入油氣層，在井眼周?chē)蚓g的某些部位沉積下來(lái)，從而縮小油氣層流道尺寸，造成空隙堵塞。同時(shí)膠結(jié)物中的伊利石、蒙脫石、綠泥石等粘土礦物因水化膨脹以及鐵、鈣的化學(xué)沉淀造成地層孔隙堵塞。1.2鉆井因素水平井生產(chǎn)井段較長(zhǎng)，產(chǎn)能一般是直井的3-5倍，但由于鉆井液的長(zhǎng)時(shí)間浸泡，鉆井液中的顆粒及濾液侵入地層引起地層傷害，傷害嚴(yán)重的地層會(huì)直接導(dǎo)致該井產(chǎn)能下降。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面1：（1）鉆井液濾失，使巖石中的粘土礦物膨脹或分散運(yùn)移，導(dǎo)致孔隙喉道堵塞變??；（2）鉆井液

4、侵入儲(chǔ)層改變地層潤(rùn)濕性，從而改變油相在近井地帶的相對(duì)滲透率；（3）鉆井液中的濾液侵入地層后會(huì)引起原油乳化，形成乳化堵塞地層。（4）固相顆粒和鉆柱在井底面的碾磨產(chǎn)生的巖屑侵入地層，在空隙吼道處堆積，造成空隙堵塞。2 常規(guī)酸化技術(shù)難點(diǎn)2.1 布酸難度大水平井生產(chǎn)層段傷害嚴(yán)重且各小層傷害程度不均，按照常規(guī)酸液進(jìn)入地層的自然趨勢(shì)是遵循最小阻力原理，即選擇滲透率最高，傷害最小的地層滲入，而滲透率低且傷害嚴(yán)重的地層得不到應(yīng)有的處理，導(dǎo)致酸化效果差。同時(shí)由于常規(guī)酸化反應(yīng)速度快、緩速性能低，與注酸點(diǎn)附近的地層先反應(yīng)，遠(yuǎn)離注酸點(diǎn)的地層吸酸液能力差，酸化解堵效果不理想。因此，常規(guī)酸化達(dá)不到解除全井段污染堵塞的目的

5、，常規(guī)酸化布酸難度大。2.2 殘酸返排難水平井水平井段長(zhǎng)，用酸量大，酸液在地層中浸泡時(shí)間較長(zhǎng)，常規(guī)酸化后酸液返排困難，致使殘酸不能及時(shí)清除，造成二次傷害，影響了酸化效果。 3 泡沫酸化技術(shù)研究3.1 泡沫流體的特性泡沫流體是以氣體為分散相，液體為連續(xù)相的均勻氣液分散系統(tǒng)，是一種具有密度低、粘度大和壓縮系數(shù)大等特征的非牛頓流體，泡沫流體中的氣相一般為N2、CO2或空氣2。（1）密度低：由于氣體的存在，泡沫的密度較低，適用于能量較低的低壓油氣層，作為酸化施工用液可減小地層漏失，地層污染較小。（2）粘度高：泡沫流體是一種假塑性流體，具有非牛頓流體特性，在低剪切速率下具有很高的表觀(guān)粘度。 （3）壓縮系

6、數(shù)大：由于泡沫流體壓縮系數(shù)較大，具有很好的助排能力，酸化后放噴排液時(shí)可快速有效攜帶殘酸及殘?jiān)蹬拧４送?，因井筒壓力下降，氣泡發(fā)生減壓膨脹，增能返排效果明顯。（4）泡沫懸浮性和攜砂能力強(qiáng)：泡沫的懸浮性和攜砂能力是施工中具有重要作用的一種性能，懸浮性能是指當(dāng)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)對(duì)固體顆粒懸浮的能力，主要受流體靜切力的影響。攜砂能力是指流體在循環(huán)過(guò)程中把固體顆粒從井底或任何井段帶到地面的能力，主要受流體動(dòng)切力和粘度的影響。由于固體顆粒的重量不足以使氣泡變形或大于氣相與液相之間的界面張力，因此，泡沫的懸浮能力和攜砂能力很強(qiáng)。（5）泡沫流體的穩(wěn)定性：泡沫流體的穩(wěn)定性是指泡沫存在時(shí)間的持久性，就是泡沫的壽命

7、，一般用半衰期來(lái)衡量，即從泡沫液中分離出一半體積的液體所需要的時(shí)間。泡沫的穩(wěn)定來(lái)源于液膜，取決于液膜的粘度和彈性，理想的液膜應(yīng)該是高粘度且富有彈性的凝聚膜。影響泡沫穩(wěn)定性的主要因素有起泡劑和穩(wěn)泡劑。3.2 泡沫流體的滲流規(guī)律（1）對(duì)低孔低滲層的選擇性泡沫流體在流經(jīng)大孔隙中時(shí)，其壓力降低，泡沫直徑變大，賈敏效應(yīng)嚴(yán)重，起到堵塞大孔道的作用3。相反泡沫在小孔隙中時(shí)，由于受到阻力，泡沫直徑變小，更容易滲進(jìn)地層，實(shí)施酸化。泡沫具有剪切稀釋特性，在高滲透層時(shí)，巖石對(duì)泡沫的剪切較弱，泡沫的表觀(guān)粘度較大，泡沫趨向于粘附和堵塞地層，從而有利于低滲透層中的泡沫繼續(xù)向前推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)深部酸化。（2）對(duì)油水的選擇性泡沫具

8、有遇油消泡，遇水穩(wěn)定的特點(diǎn)，在油層中泡沫破裂，泡沫酸的粘度降低，一方面有利于泡沫酸的繼續(xù)推進(jìn)，另一方面在排酸和生產(chǎn)中有利于排出，從而利于采油生產(chǎn)。相反，在水層中的泡沫一方面在酸液推進(jìn)中起封堵作用，另一方面，采油時(shí)也把地層水堵在水層中，既阻止了泡沫酸化水層，又控制了含水的快速上升。3.3 泡沫酸的構(gòu)成泡沫酸是以常規(guī)酸液和添加劑為基液，采用耐鹽、耐酸、耐溫的起泡劑和穩(wěn)泡劑，達(dá)到性能穩(wěn)定、酸液配方與地層配伍性良好的泡沫酸化液體系4。泡沫酸的配方包括以下幾個(gè)部分：土酸酸液（3-5%HF、15-18%HCL）+鐵離子穩(wěn)定劑+粘土穩(wěn)定劑+起泡劑+穩(wěn)泡劑+緩蝕劑+N2。（1）土酸砂巖土酸酸化適應(yīng)于油田開(kāi)發(fā)初

9、期高滲透率的地層，砂巖土酸酸化成本較低，配置和施工簡(jiǎn)單，能溶解進(jìn)井砂粒之間的膠結(jié)物和孔隙中的泥質(zhì)堵塞物和結(jié)垢物。（2）緩蝕劑緩蝕劑是通過(guò)中間相的形成起緩蝕作用，如辛炔醇、甲基丁炔醇、甲基戊炔醇和芐基丁炔醇。評(píng)價(jià)酸化緩蝕劑性能按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，酸化允許腐蝕速率規(guī)定見(jiàn)（表1），腐蝕速率用單位金屬表面積和單位時(shí)間內(nèi)金屬鋼片腐蝕量表示5。表1 酸化腐蝕速率規(guī)定序號(hào)井溫，腐蝕速率，g/(m2.h)1605290103120304160605150100（3）防膨劑又稱(chēng)粘土穩(wěn)定劑，常用的有NH4Cl、KCl，它不僅作為防膨劑實(shí)現(xiàn)防膨作用，同時(shí)提供大量的銨離子，抑制六氟硅酸根與鉀、鈉等金屬陽(yáng)離子形成不溶沉淀

10、。3.4 泡沫酸液用量及配方（1）泥漿溶蝕實(shí)驗(yàn)為了正確評(píng)價(jià)泥漿溶蝕速度，確定泡沫酸液配方，進(jìn)行了泥漿溶蝕實(shí)驗(yàn)（表2）。表2 泥漿溶蝕實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)序號(hào)初重量（g）終重量（g）溶蝕速度(%)平均值(%)100ml酸：400ml清水11.42350.901636.734.821.60441.077432.8由表2可見(jiàn)，泥漿溶蝕速度為34.8%，完全可以解除該井泥漿侵入傷害。（2）篩網(wǎng)腐蝕實(shí)驗(yàn)為了測(cè)定篩網(wǎng)腐蝕速度，優(yōu)選出B類(lèi)緩蝕劑進(jìn)行篩網(wǎng)腐蝕實(shí)驗(yàn)（表3）。表3 篩網(wǎng)腐蝕實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)序號(hào)初重量（g）終重量（g）腐蝕率(%)平均值(%)100ml酸：400ml清水12.62652.61930.30.322.629

11、62.62240.3由表3可見(jiàn)，在模擬地層溫度、浸泡8小時(shí)下篩網(wǎng)腐蝕率為0.3%，篩網(wǎng)強(qiáng)度得到保證，防砂有效。（3）泡沫酸液用量、配方的確定酸液用量可根據(jù)處理半徑、油層厚度和油層有效孔隙度來(lái)確定，其計(jì)算公式如下：V=（R2-r2）*h*式中 V酸液用量，m3；r鉆頭半徑，m；油層有效孔隙度，%；R酸化半徑，m；h油層射開(kāi)厚度，m；圓周率。經(jīng)計(jì)算：紅1-P1井，酸化半徑為1.5m，酸化液量為：V=R2*H*=62.60(m3)最終考慮到配酸的方便性，設(shè)計(jì)酸化液量為60m3。紅1-P1井泡沫酸液配方具體為：稀鹽酸：20m3，配方：4%HCl+2%緩蝕劑+1.5%氯化銨+1.5%鐵離子穩(wěn)定劑+18m

12、3清水。稀土酸：40m3，配方：4%HCl+1.2%HF+2%緩蝕劑+1.5%氯化銨+1.5%鐵離子穩(wěn)定劑+35m3清水。4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果4.1 施工程序（1）替漿：下光油管分段替漿至酸洗閥頂界2192.78m，反洗井至出口干凈，泵壓8Mpa，排量300L/min。（2）通井：下116mm2.5m的通井規(guī)通至2192.78m，反洗井，泵壓4MPa，排量400L/min。（3）刮管：下51/2刮管器在1991.22-2029.73m處反復(fù)刮削三次，反洗井，泵壓4MPa，排量400L/min500L/min。（4）完成酸洗管柱：加壓5T插入酸洗閥，完成插管深度：2193.38m（圖1）。地面管線(xiàn)試

13、壓15Mpa，不刺不漏。（5）酸洗：反替復(fù)合緩速酸溶液20m3，反應(yīng)15min；反替復(fù)合緩速酸溶液52m3，排量：400L/min，泵壓9Mpa。反循環(huán)洗井，洗進(jìn)洗井液60m3，返出60m3殘酸及油花。（7）泡沫酸化：第一階段正循環(huán)泡沫鹽酸8m3，正擠泡沫鹽酸2m3+土酸10m3+6m3防膨液，排量200L/min，泵壓：1018Mpa，關(guān)井反應(yīng)20min后從油管放噴。泡沫液大排量反洗井排酸，洗進(jìn)泡沫液80m3，返出殘酸及泡沫液80m3。第二階段正循環(huán)泡沫鹽酸8m3，正擠泡沫鹽酸2m3+土酸30m3+6m3防膨液，排量200L/min，泵壓：1018Mpa，關(guān)井反應(yīng)40min后油管放噴。泡沫液

14、大排量反洗井排酸，洗進(jìn)泡沫70m3，返出殘酸及泡沫液70m3，洗至出口液PH6。（8）反洗：優(yōu)質(zhì)完井泡沫液50m3大排量反循環(huán)洗井，泵壓9Mpa，排量500L/min。防膨洗井液30m3反洗井，泵壓8mpa，排量500L/min，洗至出口干凈。（9）投產(chǎn)：下GLB190-33螺桿泵投產(chǎn)，泵深：1487.64m，油管錨頂深：1498.58m，篩管深：1509.46-1508.16m，絲堵：1519.29m。圖1 紅1-P1井酸洗管柱下深示意圖4.2 效果分析通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，紅1-P1井于2010年6月18日投產(chǎn)，泡沫酸化后效果十分明顯，螺桿泵投產(chǎn)初期日產(chǎn)油8.47t，日產(chǎn)水1.92t，連續(xù)5個(gè)月月

15、產(chǎn)量均在300t左右（圖2）。由于該井采用放噴+反洗井方式，殘酸返排量為112m3，返排率高達(dá)84.8%。圖2 紅1-P1井月度采油曲線(xiàn)5 結(jié)論（1）泡沫流體具有一定的滲流規(guī)律，具有對(duì)低孔低滲儲(chǔ)層和油層強(qiáng)選擇性的特點(diǎn)，從而有利于實(shí)現(xiàn)地層深部酸化。（2）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，泥漿溶蝕速度為34.8%，完全可以解除該井泥漿侵入傷害；在模擬地層溫度、浸泡8小時(shí)下篩網(wǎng)腐蝕率僅為0.3%，篩網(wǎng)強(qiáng)度得到有效保證且防砂有效。（3）根據(jù)紅莊油田的地質(zhì)特征和油藏特點(diǎn)，紅1-P1井泡沫酸液配方按1:2比例，采用稀鹽酸和稀土酸，并添加了緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑等添加劑，酸化效果十分明顯，日產(chǎn)油8.47t。（4）酸化施工中，本井采用放噴+反洗井方式返排殘酸，返排率高達(dá)84.8%，大大減少了對(duì)地層造成的二次傷害。參考文獻(xiàn)【