超深負(fù)壓泡洗井工藝研究及現(xiàn)場實(shí)

1、超深負(fù)壓泡沫洗井工藝研究及現(xiàn)場實(shí)施塔里木油田公司開發(fā)事業(yè)部2010年12月 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 0項(xiàng)目背景3 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1技術(shù)難點(diǎn)及總體思路4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 技術(shù)難點(diǎn)4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document .總體思路4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 2技術(shù)方案4 HYP

2、ERLINK l bookmark12 o Current Document 泡沫液優(yōu)選5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 泡沫基液選擇 5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 氣源選擇6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 發(fā)泡劑篩選6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 穩(wěn)泡劑篩選8 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 泡沫液密度9 HYPERLIN

3、K l bookmark24 o Current Document 優(yōu)選結(jié)果9 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 泡沫液在井筒中流動的相關(guān)參數(shù)計(jì)算 10 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 3實(shí)施情況15 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 泡沫洗井地面工藝 15 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 實(shí)施效果174經(jīng)濟(jì)效益 錯(cuò)誤!未定義書簽。 HYPERLINK l bookmark36 o Curre

4、nt Document 5社會效益200項(xiàng)目背景塔里木油田是中國陸上最深油田,油田埋深深度一般45005800米,原始壓力系數(shù)1.011.05,屬于正常溫壓系統(tǒng)。受油田深度限制，為提高開發(fā)效益， 充分利用天然能量等技術(shù)條件限制，油田60%左右的儲量采用天然能量開發(fā)；另 外40%左右的儲量采用注水開發(fā)。即使注水開發(fā)的油藏，合理壓力保持程度設(shè)計(jì) 為7090%（不同油藏壓力保持程度不一致）。即塔里木注水開發(fā)單元的壓力系數(shù) 一般為0.70.95左右。而地層水為高礦化度，地層水比重為 1.121.17。因此， 注水井在用油田產(chǎn)的地層水洗井時(shí)， 必然對地層產(chǎn)生一個(gè)812MPa的壓差，洗 井時(shí)洗井液漏失嚴(yán)重

5、，導(dǎo)致二次污染，洗井作業(yè)效果差。以輪南油田2008年為例，采用常規(guī)注水井洗井方法，統(tǒng)計(jì)洗井16井次，二 次污染9井次。針對這一問題，提出了低密度洗井液負(fù)壓洗井的思路， 實(shí)現(xiàn)地層 邊洗邊吐，改善洗井效果。1技術(shù)難點(diǎn)及總體思路技術(shù)難點(diǎn)針對塔里木超深、低壓條件下，要改善洗井效果，主要存在三個(gè)方面的難點(diǎn)。 第一是井筒密度下降的問題（井筒比重下降至0.7以下），實(shí)現(xiàn)懸浮物返吐。第二 是井深帶來的攜帶懸浮物問題，實(shí)現(xiàn)懸浮物帶得出。第三是返排時(shí)間問題。塔里 木油田井深、井筒容積（7套管）一般100方以上，返排時(shí)間3小時(shí)以上。第四 是安全問題和效益問題，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)條件下，污水不落地、不外排。第五是防濾失 問題。

6、.總體思路塔里木油田先后做了大量的調(diào)研和礦場實(shí)驗(yàn)。2002年進(jìn)行了 3井次的氣化水 洗井，通過向處理后的地層水中加入氮?dú)庾鰹橄淳合淳?，但由于氮?dú)夂偷貙铀换旌?，井筒密度下降有限而未取得顯著效果。2008年準(zhǔn)備用鉆井中使用的玻璃 微珠洗井，但因成本太貴而未開展礦場實(shí)驗(yàn)。2009年在礦場實(shí)驗(yàn)水力噴射泵誘噴 洗井，但存在如果水力噴射泵噴嘴太大， 放大壓差作用小而達(dá)不到誘噴目的； 如 果水力噴射泵噴嘴太小，洗井壓差放大了，但水力噴射泵噴嘴經(jīng)常堵而未成果。2009年在調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了用泡沫液洗井的新思路并獲得了成果，解 決了負(fù)壓下，注水井經(jīng)濟(jì)有效地洗井的難題。2技術(shù)方案泡沫是由空氣、泡沫基液形成的

7、分散體系，其中的液體是連續(xù)相，氣體是不 連續(xù)相。而泡沫基液一般是由水、發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑 （有時(shí)添加一定量膨潤土）按 一定比例配制而成。泡沫生成條件，必須具有一定配比的發(fā)泡劑、液體等組份， 以及發(fā)泡裝置。當(dāng)氣體進(jìn)入混有發(fā)泡的水溶液中，通過發(fā)泡裝置分散成小氣泡， 被水溶液包圍的同時(shí)，氣泡界面的活性劑親水基朝向液相；疏水基伸向氣體內(nèi)部， 按規(guī)律排列成界膜，此時(shí)泡沫由于浮力上升，當(dāng)溢出界面時(shí)，活性劑分子再次定 向，于是形成了雙層活性劑水膜結(jié)構(gòu)的泡沫壁，使泡沫具有一定的穩(wěn)定性能。泡沫液的懸浮攜砂能力是洗井能否達(dá)到效果的重要指標(biāo)。懸浮性受靜切力影 響，攜砂能力主要受動力和粘度的影響。經(jīng)過充分?jǐn)嚢璧呐菽谶\(yùn)動

8、過程中，砂 粒被氣泡承托著，砂粒要下沉，就要使氣泡變形，或擠出一條通道時(shí)才能發(fā)生。由于砂粒的質(zhì)量較輕，不可能使氣泡變形，或其質(zhì)量遠(yuǎn)小于氣液相之間的表面張 力，因此，泡沫液體的懸浮能力很強(qiáng)。均勻的泡沫是乳白色不透明的，泡沫液的粘度比水高，只要有足夠的流量，泡沫液很容易將砂粒攜帶出井筒。由于泡沫的存在阻止了水的濾失，因此，泡沫液具有很好的防濾失作用，相同 條件下，具濾失量比清水要小得多。泡沫直徑越小，液體的濾失量越小。泡沫進(jìn) 入產(chǎn)層巖石孔隙，壓力變化時(shí)氣體可能會膨脹，能防止流體的繼續(xù)進(jìn)入，減少進(jìn) 入產(chǎn)層的流體數(shù)量。泡沫液優(yōu)選泡沫基液選擇陸上油田基液一般有兩種，即地層水和清水。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，清水配制泡沫

9、液不 僅發(fā)泡體積大，泡沫半衰期長等優(yōu)點(diǎn)，而且與污水接觸時(shí)界面穩(wěn)定。地層水礦化 度高達(dá)1525X 104PPa,在選用了 10種泡沫液均存在著發(fā)泡少，泡沫不穩(wěn)定，半 衰期短等問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是選用清水做為基液進(jìn)行配制。圖1:清水、污水配制泡沫液結(jié)果圖氣源選擇生成泡沫流體的氣體主要有空氣、天然氣、氮?dú)?、二氧化碳等?？諝夂吞烊?氣均存在來源方便的優(yōu)勢，但洗井施工的井場均靠近油氣井或油氣處理裝置，存在天然氣爆炸、燃燒等危險(xiǎn)，因此未選用。氣體可以是空氣或天然氣。而氮?dú)獍?全無毒，可以防止天然氣與空氣混合后的爆炸危險(xiǎn)，排出液中氮?dú)獠恍杼幚?。?要缺點(diǎn)是需要專用液氮車運(yùn)輸或制氮設(shè)備生產(chǎn)，需要專用泵入設(shè)備。目前

10、油田制 氮車技術(shù)已經(jīng)成熟配套，而且成本已經(jīng)大幅度下降。因此，塔里木泡沫洗井的氣 源選擇為氮?dú)狻０l(fā)泡劑篩選國內(nèi)外發(fā)泡劑的種類較多，包括陰離子型發(fā)泡劑、陽離子型發(fā)泡劑、非離 子型發(fā)泡劑和兩性發(fā)泡劑。發(fā)泡劑的性能評價(jià)方法很多，筆者采用WaringBlender 法，該方法所用藥品少，實(shí)驗(yàn)周期短，使用條件不受限制，操作簡單，測試速度 快，容易掌握和推廣，可作為標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)方法之一。在室溫條件下 ，將配好的溶液 倒入Waring Blender攪拌器中攪拌1分鐘（轉(zhuǎn)速控制在三擋）。把生成的泡沫倒 入500ml大量筒中。從倒入時(shí)開始記時(shí)并記下泡沫的初始體積，當(dāng)量筒底部有50ml溶液生成時(shí)停止記時(shí)。記下這段時(shí)間

11、，這就是泡沫的半衰期。在其它實(shí)驗(yàn)條件不變下，把溫度提高到60 C ,仍按以上步驟操作，記下半衰期和泡沫體積，具測 試結(jié)果如下表：表1:發(fā)泡劑發(fā)泡能力和泡沫穩(wěn)定性（濃度0.5）發(fā)泡劑種奧代號發(fā)泡體積半衰期非離子型F-A3505.76Y-A9156.82陽離子型Y-B7025.81Y-C7954.42Y-D7153.95Z-A11207.92陰離子型Z-B10406.53Z-C8105.43Z-D5312.48兩性離子L-A6807.10L-B5506.21從表中數(shù)據(jù)可以看出，Z- AK離子型發(fā)泡效果好于其他發(fā)泡劑，筆者以后就圖1:發(fā)泡劑不同濃度下發(fā)泡體積圖2:發(fā)泡劑不同濃度對泡沫穩(wěn)定性的影響由圖

12、1可以看出，起泡劑要超過一定的濃度后才能發(fā)揮作用。濃度太低，不能達(dá)到起泡的目的。當(dāng)超過這一濃度值后，隨著起泡劑濃度的增加，產(chǎn)生泡沫的體積 也隨之增加，且增加趨勢明顯。當(dāng)濃度達(dá)到一定值后，體積不再增加或增加趨勢明 顯減慢。所選用的、一A型最佳濃度為0.5%。由圖2可見，發(fā)泡劑的濃度對溶液的發(fā)泡能力和泡沫的穩(wěn)定性影響很大，隨 發(fā)泡劑含量的增加，發(fā)泡劑穩(wěn)定性增加，但當(dāng)達(dá)到一定濃度后，半衰期又逐步下 降并趨于穩(wěn)定。所選用的Y-A型發(fā)泡劑最穩(wěn)定時(shí)濃度為0.6%,此時(shí)半衰期達(dá)到 8.3min以上的最大值。穩(wěn)泡劑篩選發(fā)泡劑+水體系產(chǎn)生的泡沫不夠穩(wěn)定，泡沫液分容易破裂，需加入穩(wěn)定劑提 高泡沫的穩(wěn)定性。泡沫穩(wěn)定

13、劑按照作用方式可分為兩類：第一類是增強(qiáng)吸附作用 的穩(wěn)泡劑。這類穩(wěn)泡劑作為一種活性物質(zhì)加入起泡液中，通過協(xié)同作用增強(qiáng)表面 吸附分子間的相互作用，使表面吸附膜強(qiáng)度增大，提高薄膜的質(zhì)量，增加薄膜的 彈性，減小泡沫的透氣性，從而提高泡沫的穩(wěn)定性。第二類穩(wěn)泡劑是增粘性穩(wěn)泡 劑，主要是通過提高液相粘度來減緩泡沫的排液速率，提高泡沫的穩(wěn)定性，因而可以明顯延長泡沫的半衰期。研究時(shí)選用了 W- A、W-B W-CH種穩(wěn)泡劑進(jìn)行篩選， 篩選結(jié)果如圖所示。可見 W-A型穩(wěn)泡劑是比較理想的才I泡劑。其半衰期在 0.6% 的濃度下可以達(dá)到250分鐘，可以滿足泡沫洗井時(shí)返排需要。00.10.20.30.40.50.6穩(wěn)泡

14、劑濃度o O5 O2 2 11期衰半505000圖3:穩(wěn)泡劑不同濃度對泡沫穩(wěn)定性的影響泡沫液密度用密度為1.0kg/品的清水做為基液配制泡沫液，泡沫液密度在 0. 30. 9 g/ c川之間調(diào)整十分容易，甚至還可更低（其密度可由注入氣量大小來調(diào)整）。塔里木 油田地層壓力系數(shù)0.70.9 g/ cm 3,泡沫液密度完全滿足洗井液的需要。優(yōu)選結(jié)果經(jīng)過優(yōu)選，初步形成了礦場實(shí)驗(yàn)用的泡沫體系。優(yōu)選結(jié)果見表 3。表3泡沫洗井相關(guān)藥劑及泡沫液性能表基液清水氣源氮?dú)獍l(fā)泡劑Y-A穩(wěn)泡劑W-A外觀淡黃色均勻流體PHE68屬性性能參數(shù)屬性性能參數(shù)與酸液配伍性無沉淀無分層泡沫半裊期min8.3min與鹽水配伍性無沉淀

15、無分層穩(wěn)泡劑半衰期min300min清水起泡能力1120 mL懸浮能力比水大10100tl污水起泡能力138mL耐高溫性c150毒性抗濾失性好生物降解性易于降解金屬腐蝕性|asn F 2VH T) I M JjhflVrilftW LtHi ”im鼻二。mF胃- T) |J NJ年心之*其* i#wn瞽值- iru*.子*壇蛆罰G比麗.圖5:軟件主要界面2該軟件不僅可以直接顯示計(jì)算結(jié)果及圖形， 還可以將計(jì)算的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，與不 同參數(shù)情況下計(jì)算結(jié)果對比井深為4800 m為例，注入壓力為10MPa氮?dú)鈽?biāo)況(1 atm, 20C)排量為 850nVh ,基液排量分別以10m/h、12rrVh、14n3

16、/h、16rrVh、18 m3/h和 20nVh計(jì)算，所得結(jié)果如圖6-7所示。力壓5 0 5 0 54 4 3 3 20 5 02 115圖6泡沫流體的壓力隨井深的變化300 040010002000 井深/m 300040005000o O o OO 9O O 8 成o o O o o O 7 6 5 產(chǎn)R八度密沫泡圖7泡沫流體的密度隨井深的變化泡沫基液排量越大，則泡沫質(zhì)量越小，泡沫液密度越大。隨著泡沫基液排量 增加，泡沫液密度增大，壓力上升。壓力的變化同時(shí)影響了泡沫密度與泡沫質(zhì)量 的變化。同時(shí)，注入壓力的變化將直接影響到井底壓力的變化。通過不同氣液比，不同注入壓力，在保障井底壓力小于地層壓

17、力（輪南油田TI油組43.25MPa）的情況下，計(jì)算出合理的泡沫洗井參數(shù)，見表 4。井口注氣量（m3/h ）850850850850850850井口注入液量（m3/h ）101112131415氣液比857771656157井口最大注入壓力（MPa13.112.51211.611.311計(jì)算井底壓力（MPa43.2143.1543.1143.1343.2143.223實(shí)施情況泡沫洗井地面工藝為方便施工，設(shè)計(jì)了如下工藝流程，見圖8。將配制好的泡沫液通過泵車（水 泥車）和制氮車進(jìn)入泡沫發(fā)生器，產(chǎn)生泡沫后的液體進(jìn)入采油樹進(jìn)行洗井，井口排出的洗井液經(jīng)過節(jié)流管匯后，進(jìn)入地面罐口，加入消泡劑后由罐車?yán)\(yùn)至

18、環(huán)保池。為便于井底贓物的沖洗和攜帶，采用正洗工藝 （油管進(jìn)，套管出）。整個(gè)工 藝流程、管件用卡箍連接制煎車動力車QFEH據(jù)冷4J一上，一. 、 ,3瞬接生黑區(qū)區(qū)匚三戶 X X注水普乳節(jié)流型L圖8氮?dú)馀菽褐谱骱拖淳に嚵鞒痰孛媾菽l(fā)生器是負(fù)壓泡沫洗井的配套工具。結(jié)構(gòu)示意圖見圖 9,主要由進(jìn) 液管、配氣管、進(jìn)氣口、母管、螺旋攪拌塊、排出口等組成。洗井的泡沫液由動 力車泵送至泡沫發(fā)生器，在泡沫發(fā)生器內(nèi)泡沫液與氮?dú)饣旌?，?jīng)過泡沫發(fā)生器時(shí)， 產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流和多次旋轉(zhuǎn)，將氣體破碎成微小直徑的氣泡。氣體被粉碎成微小 氣泡與水混合，攪拌過程越長、切割次數(shù)越多、渦流越強(qiáng)烈、泡沫越均勻、氣泡 直徑越小、泡沫液體

19、越穩(wěn)定?；旌弦撼嗜榘咨呐Ｄ虪钜后w，肉眼看不到氣泡。進(jìn)楣 虻 Rlfl進(jìn)氣I母管 鮑!酗口圖9地面泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖該洗井工藝具有如下特點(diǎn)：1、設(shè)備撬裝化。全部設(shè)備采用撬裝式，設(shè)備輕、占地面積小、穩(wěn)定性好、吊 運(yùn)方便。2、全密閉循環(huán)。工藝流程采用全密閉，實(shí)現(xiàn)了液不落地，油不排空的環(huán)保 要求。3、安全可靠。全套設(shè)備均采用成熟的設(shè)備組合而成，在安全、自控、環(huán)保 等方面均達(dá)到油田相關(guān)要求。采用制氮車配制泡沫，更是安全的雙保險(xiǎn)。2010年3月，優(yōu)化了施工步驟。泡沫洗井施工前擠入一定量的前置液疏通 射孔段炮眼，便于負(fù)壓返排。當(dāng)泡沫洗井洗通后，關(guān)井炯井，觀察油套壓變化情 況，如套壓變化較緩慢則可繼續(xù)泡沫

20、洗井，如此循環(huán) 2-3次，洗井效果更好。實(shí)施效果2009 10月28日，負(fù)壓泡沫洗井工藝首次在LN2-4-2井實(shí)施，該井井身結(jié)構(gòu) 為7套管（井身結(jié)構(gòu)圖），2 7/8 ”油管。注水井段4739.04745.0、4748.0 4755.0m13.4m/2g,地層壓力43.4MPa,油層中深4747.0米，折算壓力系數(shù)0.92, 射孔段至井口環(huán)空容積97.8方。泡沫液體系：Y-A發(fā)泡齊1J 0.5%+W-A急泡齊I0.6%青水配制+制氮車注氮?dú)?。配?120方，注入120泡沫液。施工工藝為正洗，施工時(shí)間14小時(shí)，返出污水及泡沫液400方，說明已達(dá)到地層返吐的目的，洗井后在注水量穩(wěn)定的情況下，井口注水

21、壓力由施工前的 12.5MPa下降到0.0MPa,吸水指數(shù)由8.4m3/(d - Mpa)上升到23.3m3/(d Mpa ,洗井增注效果顯著，詳見表5。圖10 LN2-4-2井洗井前后注水曲線250150000250500 109/01一日注水09/0709/1010/0110/04 時(shí)間 10/07洗井力壓水注219 6 309/04表5 LN2-4-2井洗井前后效果表項(xiàng)目注水量3(m /d)井口注水壓力(MPa)井底流壓(MPa)地層壓力(MPa)吸水壓差(MPa)吸水指數(shù)3(m /d/ MPa)洗井前1858.412.565.543.522.0洗井后1860.051.643.58.12

22、3.0差值1-12.5-13.90-13.914.6負(fù)壓泡沫洗井工藝自2009年10月實(shí)施以來，共洗井21井次，洗井效果成功 率100%洗井后視吸水指數(shù)均有不同程度的提高。統(tǒng)計(jì)21井次，洗井前平均注水量154方/天，洗井后增注有效期內(nèi)平均注水量247方/天，日平均增注93方/天，增 注有效期82天，有效期內(nèi)累計(jì)注水13.31萬方，洗井增注效果堪比基質(zhì)酸化效果。 詳見表6。2010年注水井酸化井次為7井次，較200處減少7井次，大大節(jié)約了酸 化成本。表6 2009-2010年輪南油田泡沫洗井效果表序 號井號洗井日期日注量(吊/d)增注量3(m/d)后效期 (天)平均日增 注(m3)有效期累注 (

23、m3)有效期累 計(jì)增注(mf)備注洗井前洗井后1LN2-4-22009-10-2913818042250424137568752LN2092009-11-21276330543654104244883LN2102009-12-25217237205201132475天后酸化4LN2092010-3-13147277130621301715580415LN2-34-32010-4-13706312618726154930227406LN2-5-152010-4-515335320023420075828400267LN2-3-152010-4-101532055255521129628818LN2-1-18H2010-4-14165175108610151129229LN2-34-42010-4-18106161551305521038725810LN2-3-152010-6-118818799799914808785611LN2-1-162010-7-127