基質(zhì)酸化施工存在的問題及處理

基質(zhì)酸化施工存在的問題及處理陳建剛1郭建春2周小平1羅天雨1（1.西南石油大學(xué)研究生院2.西南石油大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）摘要基質(zhì)酸化是在油氣勘探和開發(fā)中被廣泛應(yīng)用，酸化施工雖然成本較低，但結(jié)果常常不理想。調(diào)研了過去10年在9個(gè)國家進(jìn)行的基質(zhì)酸化處理的施工結(jié)果，急性了詳細(xì)的比較和分析，找出了基質(zhì)酸化施工處理成功和失敗的各種影響因素，并針對(duì)具體的酸化施工中所存在的各種問題進(jìn)行了討論，提出了相應(yīng)的措施及建議。關(guān)鍵詞：砂巖地層碳酸鹽巖地層疏松砂巖基質(zhì)酸化酸化效果所謂基質(zhì)酸化，就是在低于巖石破裂壓力下，將酸注入儲(chǔ)層孔隙（晶間、孔隙或裂縫），其目的是使酸大體沿徑向流入儲(chǔ)層，溶解孔隙空間的顆粒及堵塞物，通過擴(kuò)大孔隙空間，以消除（或穿越井筒附近儲(chǔ)層滲透率降低的不良影響（污染），恢復(fù)和提高哦啊儲(chǔ)層滲透率，從而達(dá)到增產(chǎn)的目的1］。目前酸化施工雖然相對(duì)成本較低，但結(jié)果不盡如人意。主要原因是酸化后相當(dāng)一部分并是無效的（AROC公司統(tǒng)計(jì)三分之一的基質(zhì)酸化是無效的），并且造成增油量不高、產(chǎn)水量過多、殘酸破乳難等。這些問題產(chǎn)生既與處理作業(yè)的設(shè)計(jì)施工參數(shù)有關(guān)，也與油藏本身特性極為相關(guān)。1酸化施工失敗原因分析通過資料調(diào)研⑵，分析了過去10年在9個(gè)不同國家（加拿大、美國、委內(nèi)瑞拉、俄羅斯和中國等）進(jìn)行的基質(zhì)酸化處理的施工結(jié)果。這些并包括初探井、評(píng)價(jià)并、開發(fā)井、和注水并。儲(chǔ)層類型包括砂巖儲(chǔ)層、碳酸鹽巖儲(chǔ)層和固結(jié)疏松砂巖儲(chǔ)層，總計(jì)進(jìn)行了662次基質(zhì)酸化處理的詳細(xì)評(píng)價(jià)。根據(jù)資料顯示：有12%的施工失敗，大約88%的井次施工成功。固結(jié)疏松砂巖的施工成功率最低（約78%?80%），成功率最高的是碳酸鹽巖儲(chǔ)層，為91%。值得注意的是：在這些失敗的施工中，有73%的失敗是由于增產(chǎn)措施工藝不當(dāng)造成的，27%的失敗是由于增產(chǎn)液體類型、體積、添加劑和層序的設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的。這就意味著不得不優(yōu)先考慮提高施工監(jiān)督技術(shù)、實(shí)施評(píng)價(jià)技術(shù)和現(xiàn)場質(zhì)量控制。1.1酸化處理砂巖失敗原因針對(duì)砂巖儲(chǔ)層的初探井、開發(fā)并、注汽或注水并，共施工64次，32次成功，32次失敗。工作液注入地層方式不當(dāng)。由于泥餅的存在，引起注入流體失敗。如果在注入前用擾形管放入井底清洗（或循環(huán)混合酸液）射孔井段，則可取得成功（有4口初探井、3口開發(fā)并、2口注水并取得成功）。所以基質(zhì)酸化所必須遵循的一個(gè)技術(shù)原則就是施工前必須用擾形管清洗井眼。采用15%的鹽酸前置液。用15%HCl前置液對(duì)3口初探井，3口受污染的開發(fā)并進(jìn)行施工，均告以失敗，持續(xù)注入，前置液被迫循環(huán)出并。最有效的增產(chǎn)流體應(yīng)該使用3%?4%HF直接注入到射孔井段。原先的3口初探井出液，3口受污染的開發(fā)并最終的表皮系數(shù)下降到2~5。因此，這種成功的因素應(yīng)考慮盡量避免使用IC1做前置液，尤其是在初探井鉆探過程中的試油時(shí)更應(yīng)注意這點(diǎn)。遺憾的是到目前為止，很多油田和服務(wù)公司沒有注意到這點(diǎn)，繼續(xù)在初探井中使用IC1前置液，經(jīng)常導(dǎo)致施工質(zhì)量問題，進(jìn)而儲(chǔ)層被認(rèn)為低潛能或無產(chǎn)能。許多專家固執(zhí)地堅(jiān)持使用HC1前置液，認(rèn)為可以阻止5%?10%的碳酸鹽巖成分引起的附加傷害。如果由于地層污染已經(jīng)引起地層的不出液，增產(chǎn)施工初期就不可能有注入能力，那么像HC1這一類的無效流體也就很難想象有一個(gè)合適的邏輯支持。注入壓力和速度不當(dāng)。應(yīng)遵循“最大注入壓力和最大注入速率”準(zhǔn)則。有4口施工失敗的開發(fā)并儲(chǔ)層為超大厚油層。經(jīng)作業(yè)后精確的評(píng)估表明，所采用的壓力為147?368kW，而實(shí)際按“最大注入壓力，最大排量”原則所需水馬力應(yīng)為1471?2207kW。二次施工采用同樣的酸液體系，采用“最大壓力，最大排量”，取得了成功，表皮系數(shù)降低到0。射孔未深度穿透。有2口未出液的初探并失敗是因?yàn)樯淇诪榇┩?。?%HF注入到射孔段，但經(jīng)過1?2h的施工，酸液未進(jìn)入目的層。重新射孔，用高壓清洗射孔井眼，獲得了注入能力，基質(zhì)條件恢復(fù)，隨后污染被解除。超過了破裂壓力。4口并（包含一口注水并）失敗是由于現(xiàn)場施工監(jiān)督不力，造成施工超過了破裂壓力。用同樣的工作液在破裂壓力之下施工，取得成功。工作液選擇不當(dāng)。選擇工作液錯(cuò)誤導(dǎo)致了4口井的施工失敗。一口并采用了基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的乙酸。施工結(jié)束后，表皮系數(shù)幾乎是未施工前35的兩倍。用3%HF重復(fù)施工，最終表皮系數(shù)降到5以下。有1口井的情況如下：最初產(chǎn)量為350m3/d，6mon后下降到63.6m3/d。重新射孔后產(chǎn)量上升到318m3/d，然后很快又下降到63.6m3/d左右。用HF酸施工，產(chǎn)量提高僅僅維持了3mon。這種情況經(jīng)研究人員仔細(xì)分析后認(rèn)為是微粒運(yùn)移造成的。采用HBF4酸進(jìn)行增產(chǎn)施工，井的產(chǎn)量以302m3/d維持了5a。浸泡時(shí)間。浸泡時(shí)間持續(xù)太久，會(huì)帶來不利影響。因?yàn)闅浞崤c普通粘土礦物反應(yīng)后，終究會(huì)產(chǎn)生一些不溶性沉淀物。這些沉淀物隨時(shí)間持續(xù)，體積逐漸增長，這跟結(jié)晶現(xiàn)象有些相似。沉淀物的增長速度隨著酸液濃度的升高（及沉淀物過飽和狀態(tài)加?。┒兛臁?.2酸處理碳酸鹽巖失敗原因針對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的初探井、開發(fā)并、注水井，施工共72次。工作液注入地層方式不當(dāng)。有8口并失敗的重要原因是注入增產(chǎn)流體工序而引起的實(shí)效。用擾形管注入鹽酸清洗井眼和射孔段，均獲得了產(chǎn)量。注入壓力和速度不當(dāng)。當(dāng)裂縫寬度給定時(shí)，會(huì)導(dǎo)致酸的有效作用距離增大。但是由于提高注酸排量等于增大了剪切速度，又使酸的反應(yīng)速度加快，當(dāng)酸排量給定時(shí)，裂縫寬度增大，是剪切速度降低，導(dǎo)致了較低的反應(yīng)速度，從而可提供較深的有效作用距離。連續(xù)油管定位不準(zhǔn)確。有兩口初探井施工失敗是由于連續(xù)油管不正確定位造成的（連續(xù)油管定位在射孔段的上方）用28%HCl施工，仍沒得到產(chǎn)量。二次施工，采用精確定位連續(xù)油管方法后，循環(huán)28%HCl體系，得到產(chǎn)量。錯(cuò)誤的酸液循環(huán)。在并深6500m，井底溫度180oC的井中，使用尾管循環(huán)HCl酸處理25m厚的射孔段。施工前，油井每天僅產(chǎn)液47.4m3,表皮系數(shù)大于200。施工后，經(jīng)精確的壓力恢復(fù)分析，表皮系數(shù)仍為45。仔細(xì)分析表明，施工過程酸液循環(huán)停止，混合酸液為從尾管排出。即是說僅僅射孔段的低位部分被酸化出液。尾管機(jī)械性脫落，掉進(jìn)了井底小口徑井眼。用28%HCl注入地層，對(duì)射孔段上部進(jìn)行施工。二次施工壓力恢復(fù)解釋得到的表皮系數(shù)為0，最終產(chǎn)量為470m3/d。另外，基于碳酸鹽巖儲(chǔ)層本身的一般層較厚，縱向非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，要想有效酸化，必須對(duì)注入酸液進(jìn)行有效的分流3］。碳酸鹽巖中的分流一般比砂巖要困難很多，因?yàn)樗嵩谔妓猁}巖基質(zhì)中的孔隙和流道中反應(yīng)會(huì)極大地提高地層滲透率。提高注入速度并使用射孔球密封器可以獲得有效的分流，但能否獲得成功與射孔密度和目的層的位置有關(guān)。碳酸鹽巖基質(zhì)酸化比較有效的分流方式是使用稠化酸和非稠化酸交替注入的方式。工作液選擇不當(dāng)。碳酸鹽巖中經(jīng)常使用的15%和28%HCl。兩者相比，28%HCl溶解的碳酸鹽巖較多，但是需要加入更多的緩蝕劑。28%HCl可能會(huì)產(chǎn)生井壁穩(wěn)定性問題，而且極有可能產(chǎn)生堵塞和乳化。盡管HCl與碳酸鹽巖反應(yīng)很快，尤其是恩度高于65oC時(shí)，但是如果使用28%HCl，采用快速回流（比如在一些白云巖中）可以讓未完全反應(yīng)的酸反排出來。從而達(dá)到對(duì)近井地帶進(jìn)行基質(zhì)酸化，以恢復(fù)和提高其滲透率的目的。一般來說，采用15%HCl進(jìn)行處理會(huì)產(chǎn)生很好的效果，不會(huì)像高濃度酸那樣會(huì)產(chǎn)生潛在的損害。但研究表明：高濃度鹽酸彳主彳主比常用15%鹽酸更有效。一般具有以下特點(diǎn)：酸對(duì)巖石的非均勻腐蝕能力強(qiáng)，活性酸穿透距離長，反應(yīng)酸的CO2體積大。高濃度酸所固有的問題可通過專門的配方或者改變應(yīng)用工藝加以克服。如果想要達(dá)到持續(xù)增產(chǎn)和增注，這些問題必須考慮到，并且逐項(xiàng)做出決定。1.3處理疏松砂巖地層失敗原因注入壓力和速率不當(dāng)。實(shí)踐表明，酸的穿透深度和酸反應(yīng)前緣與酸的注入壓力和速率有很大關(guān)系。注入壓力增大，酸的穿透深度將會(huì)增加。但是由于疏松砂巖地層一般處于淺層，地層靜壓力較低，膠結(jié)程度較差，所以注入速率不當(dāng)，容易引起微粒運(yùn)移，壓開裂縫，破壞其儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)，造成施工失敗。在施工前做好實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)層性質(zhì)評(píng)價(jià)，找出最佳注入速率。工作液選擇不當(dāng)。調(diào)研資料表明，有50%的施工（5口并）失敗是由于工作液選擇不當(dāng)造成的。這些大都采用了“標(biāo)準(zhǔn)酸”（15%+1%HF）。實(shí)驗(yàn)室研究建議采用一些低強(qiáng)度酸如EDTA或蟻酸）可能會(huì)更加有效。而現(xiàn)場施工評(píng)價(jià)結(jié)果顯示這些酸完全能夠滿足解除污染的需要⑷。2處理意見（1）在基質(zhì)酸化施工中，必須提高施工監(jiān)督技術(shù)和加強(qiáng)現(xiàn)場質(zhì)量控制，確保施工按設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行。（2）采用濃度高達(dá)6%的HF酸是可行和安全的。（3）在超大厚層油藏中，施工注入壓力和排量不足，將導(dǎo)致施工失敗。施工設(shè)計(jì)應(yīng)充分遵循“最大壓力，最大排量”原則，且油層過厚可考慮分層處理。（4）實(shí)驗(yàn)室評(píng)估和現(xiàn)場施工效果有一定差距。應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室研究和大量施工實(shí)踐基礎(chǔ)上，優(yōu)化施工設(shè)計(jì)。同時(shí)要提高實(shí)驗(yàn)手段，改進(jìn)試驗(yàn)設(shè)備，從而提高實(shí)驗(yàn)的可參考性。（5）在充分認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層性質(zhì)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化酸液體系，確保施工成功。（6）設(shè)計(jì)最簡單有效的增產(chǎn)施工程序，避免重復(fù)施工、采用暫堵劑、化學(xué)降阻劑等?；瘜W(xué)添加劑最好包括緩蝕劑和有效的互溶劑。（7）提高實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)技術(shù)，建立注入層基質(zhì)條件下的施工目標(biāo)，一旦達(dá)到目的立即返排?；|(zhì)酸化施工結(jié)束不應(yīng)取決罐中的工作液體積，而是看注入層的基質(zhì)酸化目標(biāo)是否已經(jīng)達(dá)到。（8）采用精確的定位儀器，對(duì)酸化施工目的層精確定位。近年來，隨著對(duì)引起損害的來源和地層特征的認(rèn)識(shí)不斷深入，許多新的酸液和添加劑以及酸化工藝相繼出現(xiàn)和應(yīng)用，現(xiàn)場施工的成功率將不斷提高，酸化有效期和酸化產(chǎn)量不斷增長和加大。