聚异丙烯膦酸在长庆油田解堵过程中的研究与应用

郑力军 张 涛 黎晓茸 杨立华

(中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院)

长期以来,长庆油田受其主力油层三叠系长6油藏“三低”物性的限制,在开发过程中,主要采用了油井高强度压裂、稳产以精细注水为基础的技术对策。随着油田开发力度的加大,水驱能量的增加,以及压裂过程、水驱过程外来流体对储层可能会产生一些伤害,在油井的长期开采过程中带来一些新的问题,如在水驱过程中,往往造成地层中细小砂体的运移堵塞出油孔道,以及地层结垢污染出油孔道现象,造成出油孔道的堵塞污染[1,2]。为此,有必要对含油储层(砂岩油藏)进行酸化处理,以恢复或改善地层的渗透性能,降低出油阻力,从而达到增产、增注的效果,以提高原油采收率。

在常规酸化施工过程中,由于酸岩反应速度快、穿透距离短,只能消除近井地带的伤害,对地层深部很难起作用,并且其增产有效期短,对于重复酸化的井,土酸处理的效果更差。为此在已有酸化技术的基础上,研制出针对长庆油田特点的,能提高酸液的缓速及抑制二次沉淀功能的酸液体系,以便增大酸液有效处理半径,解除地层深部伤害,延长措施有效期。这不仅能给长庆油田带来巨大的经济效益,同时对国内外低渗透低压油田的开发具有重大的指导意义。

针对上述问题,为了达到深部缓速酸化,以三氯化磷、丙酮、冰醋酸等为原料合成了一种新型有机酸——聚异丙烯膦酸(IPPA)。

1 聚异丙烯膦酸酸化机理

聚异丙烯膦酸含有多个 H+,在不同的p H值环境下可以逐步电离出 H+。聚异丙烯膦酸在地层高温条件下,可以逐渐电离出 H+,以提供充足的H+与地层堵塞物反应,达到酸化地层的目的[3]。聚异丙烯膦酸的电离反应式如下:

聚异丙烯膦酸具有阴离子表面活性剂的性能,在任何电性的岩石上均能吸附,粘土比表面积高且常含有钙、铁、铝等元素,膦酸分子很容易优先吸附在粘土表面形成厚度约为1μm的覆盖膜,限制氢氟酸与粘土的反应。因此,聚异丙烯膦酸在地层中的总溶蚀速率得以降低,在向地层深部推进的同时,有效的酸岩反应能够在酸处理范围内均匀分布,而不集中发生在井壁附近。

2 聚异丙烯膦酸的性能评价

2.1 溶蚀率实验

将聚异丙烯膦酸配成质量浓度为5%、10%、15%和20%的酸液,分别对SiO2岩粉进行溶蚀率实验,酸化反应体系温度65℃,反应时间4 h。其实验结果见表1。由表1可知,用聚异丙烯膦酸配成的酸液具有一定的缓速性能,但与土酸溶液相比,其对岩粉的溶蚀率要低很多,因此考虑在聚异丙烯膦酸酸液中加入一定浓度的盐酸和氢氟酸,来增加酸液体系的溶蚀能力。

表1 不同浓度聚异丙烯膦酸酸液对SiO2岩粉的溶蚀率

2.2 IPPA酸液/盐酸/氢氟酸混合体系的溶蚀性能

分别配制酸液体系 IPPA-1、IPPA-2和土酸,其中IPPA-1由3%HF和5%聚异丙烯膦酸组成;IPPA-2由3%HF、5%盐酸和5%聚异丙烯膦酸组成;土酸由12%盐酸和3%HF组成。测定它们在65℃下反应4 h后,对长庆油田岩粉及粘土(膨润土)的溶蚀率,实验结果见图1。

由图1可知,反应初期,IPPA酸液对岩样的溶蚀率远远低于土酸的溶蚀率,随着反应时间的增加, IPPA酸液体系的溶蚀率逐渐增长加速,这组实验数据体现了IPPA酸液体系的缓速性能,其结果是IPPA酸液体系不会像土酸一样将酸液大量消耗在井筒附近,它能进入地层深部与岩石反应,有效提高低渗透储层的基质渗透率。

3 IPPA酸化液的酸化实验

IPPA酸液体系以盐酸、聚异丙烯膦酸、氢氟化铵、甲酸为主酸,添加缓蚀剂和防膨剂等酸液添加剂组成,对其综合性能进行了测试。为验证酸液配方对长庆油田地层的适应性,进行了物理模拟实验,通过岩心流动实验,测定该酸液对岩心基质渗透率提高的幅度以及对堵塞解除的程度。

3.1 IPPA酸液综合性能

进行了IPPA酸液二次沉淀测定、界面张力测定、破乳率测定和腐蚀速率测定等实验,并与盐酸和常规土酸进行了对比,实验结果见表2。

表2 IPPA酸液综合性能数据

由表2可见,IPPA酸液对泥浆具有很强的溶蚀能力,具有界面张力低、无二次沉淀、对施工管道腐蚀速率低等特点。

3.2 提高基质渗透率模拟实验

采用长庆靖安油田天然岩心,按标准处理后,挤入8 PV的IPPA酸液,反应10 h,测定反应前后岩心渗透率变化。实验数据见3。

表3 岩心模拟实验数据

由表3可见,采用IPPA酸液处理后,岩心的渗透率提高率平均达98.12%,说明该解堵剂能有效提高长庆油田地层的渗透率,可满足长庆油田酸化解堵的需要。

3.3 解堵模拟实验

采用长庆靖安油田天然岩心,正挤泥浆至压力升高2 MPa以上,然后注入5 PV的酸液,65℃下反应10 h后,测定反应后岩心渗透率,计算渗透率恢复率及提高率。实验数据见表4。

表4 泥浆解堵实验数据

从表4可见,岩心堵塞后,采用IPPA酸液处理后岩心渗透率恢复率平均达128.94%,表明该解堵剂对泥浆具有较强的解除作用,同时还可以提高基质的渗透率。

物理模拟实验表明,IPPA酸化解堵剂对长庆油田天然岩心酸化和解堵效果较好,适合于该油田地层的酸化解堵。

4 现场应用

自2008年10月以来,在靖安油田现场试验8口井,成功率90%,酸化后产液量由施工前的平均2.99 m3/d,上升到施工后的9.04 m3/d,产油量由施工前的平均0.88 m3/d,上升到施工后3.41 m3/ d,平均单井日增油2.53 m3。具体应用效果如表5所示。

表5 缓速酸化技术在靖安油田现场试验效果

5 认 识

(1)利用缓速酸液实现深部处理。低渗透油层要达到经济开采,不但要解除堵塞,同时要对低渗透储层进行基质改造,大幅度提高渗透率,否则产能很难提高。这就要求酸液在性能上要有很大程度的提高,能够满足低渗储层的基质改造需要。所以配方上就要求采用缓速酸,施工规模上要求大型化,缓速酸化技术比较适合长庆油田的低渗透地层条件。

(2)缓速酸酸化技术和暂堵技术的结合。长庆油田三叠系长6油藏除了具有低渗特性外,同时又具有非均质性极强特点,同一井位不同层位以及同一井位同一层位中,岩石渗透率值级差较大,进行常规酸化施工,往往会造成酸化过程中酸液的“指进”现象,而使酸液不能按设计方案进入低渗透层位或污染层位[4]。因此,酸化作业中酸液的合理分流和驱替将是酸化成功的关键环节之一,暂堵酸化技术可以提高低渗透油层的动用程度、达到深部酸化的目的,在缓速酸液中加入暂堵剂将能更好地提高长庆油田酸化效果[5,6]。

1 李静群,王俊旭,李武平,等.砂岩地层酸化可能对地层造成的伤害及预防处理[J].油气井测试,2003 ,12 (4 ):17 -21

2 耿周梅,吴锦平.探井增产酸化工艺及效果分析.天然气工业, 2008 ,28 (5 ):83 -85

3 李 立.大港油田成功应用多氢酸分流深部酸化技术[J].石油钻采工艺,2008 ,30 (1 ):70

4 梁全清,葛抗战,吕长容,等.高效返排缓速酸的深部酸化技术在濮城油田的应用研究.石油与天然气化工,2008 ,37 (4 ):343 -346

5 罗 跃,张 煜,杨祖国,等.长庆低渗油藏暂堵酸化技术研究[J].钻井液与完井液,2008 ,25 (2 ):48 -50

6 刘淑萍,高瑞民,刘亚勇,等.文留油田低渗透砂岩储层重复酸化用酸液及其应用[J].油田化学,2004 ,21 (2 ):106 -10 9