提高油井酸处理效果的途径

胡业文 冯鼎 冯耀忠 (中国石化胜利油田分公司纯梁采油厂)

提高油井酸处理效果的途径

胡业文 冯鼎 冯耀忠 (中国石化胜利油田分公司纯梁采油厂)

油井酸处理是一种主要的油井增产方法。论述了影响油井酸处理效果的因素,酸处理的改进措施,以及俄罗斯研制并成功采用的特低渗透层、碎屑岩地层完井、泥侵地层和油水井的盐酸和聚丙烯酸处理等新工艺。

增产处理 酸处理 新工艺效果 措施

油田开发实践表明,酸处理是油井增产、水井增注和提高采收率的一种重要方法。但是,从对油井酸处理的技术经济评价可以看出,其成功率仅为51%～58%,有效期为2.7～4.1个月。为了提高油井的酸处理效果,必须搞清影响油层酸处理效果的地质矿场因素,然后针对油层的具体情况,采取切实可行的油井酸处理改进措施,并不断开发和推广应用油层酸处理增产新工艺。

1 影响油层酸处理效果的地质矿场因素[1]

为了提高油层的酸处理效果,首先必须确定油井的地质矿场状况、近井地带地层的地质和地球物理条件等影响酸处理效果的因素,评价这些因素的重要性和确定酸处理成功因素的最佳值和边界值。通过对该问题的长期研究,得出了如下结论:

◇对目前产量为其最高产量的1%～60%的具有增产潜力的产量不太高的油井,进行酸处理的效果较好。

◇对含水为0%～15%和70%以上的油井进行酸处理效果较好,在酸液中添加非离子和阴离子表面活性剂,可提高含水为30%～60%油井的酸处理效果。

◇在酸组分中添加阳离子活性剂憎水剂,包括憎水剂的烃溶液,可大幅度提高含水高于30%油井的酸处理效果。并且,憎水剂对渗透率大于0.1 μm2的高渗透层的酸处理有良好的效果。

◇多次压井的油井酸处理效果均有所下降,这时最有效的方法是采用含憎水剂的土酸,因为它可将进入地层近井地带的压井液由地层中排出。

◇添加憎水剂的土酸,包括憎水剂的烃溶液,对有6～8个小层的多层非均质地层的油井进行酸处理效果较好。

◇添加非离子和阴离子表面活性剂的土酸对于低含砂 (15%～26%)、低孔隙度 (14.9%～19.0%)和渗透率0.001～0.02μm2的低渗透地层的油井有效,其原因是其中的非离子和阴离子表面活性剂的综合作用可酸蚀地层,并可从地层中排出壳状绿泥石胶结物;

◇添加憎水剂的土酸,对于平均含砂为39%～70%、孔隙度为18.6%～22.7%的高渗透层油井比较有效。憎水剂烃溶液对于高含砂 (70%～93%)和高孔隙度 (20.7%～23.6%)地层的油井有效,因其中的憎水剂可由油井的近井地带排出束缚水,增大地层的渗滤厚度。

◇在酸液中添加非离子和阴离子表面活性剂,可显著提高高含油饱和度 (60%～80%)地层油井的酸处理效果。

2 改进油井酸处理的措施[2]

为了提高油井的酸处理效果,必须针对油井的具体情况,采取切实可行的油井酸处理改进措施,使酸液可处理低渗透油饱和小层,降低酸岩反应速度,最大限度地穿透地层的近井地带。此外,还应保证酸岩反应后不会产生二次沉淀并且采用价廉易购的原料。

为此,人们进行了一系列物理-化学研究和矿场实验,提出了以下油井酸处理改进措施:

◇对于低含水油井,采用含表面活性剂或一元醇和多元醇的酸液进行酸处理,以提高酸处理效果。

◇为了使中等含水油井酸处理后增产和防止含水上升,可首先对油井进行聚二醇或聚甘油预处理,然后再进行酸处理。它最适合于含水为30%～60%的孔隙型地层油井的酸处理。

◇含水低于30%的低产油井的结蜡可使油井减产30%～60%,这时最有效的措施是向地层顺序注入烃溶剂、酸化液和烃溶剂。注入的第一批芳香烃可有效地清蜡,提高酸与油饱和井段岩石的反应速度,后续的烃溶剂处理,可提高地层近井地带的含油饱和度,使油流易于流入井底。

◇对于灰岩地层的高含水油井,可采用同时进行选择性堵水和酸处理的方法。这时可采用将软泥添加到油中,靠磺酸盐活性剂、白垩土和氢氧化钙粉末稳定的高黏乳化液作堵水剂。它具有塑性流变性和极高的抗剪切能力,它只沿裂缝和大孔道渗滤,可封堵裂缝和孔隙出水。而且,其烃外相还可与原油互溶,降低原油黏度,使原油无残余阻力的渗滤。采用该方法对油井进行先堵水后酸处理的作业,可在封堵水渗滤的大裂缝和大孔道之后,向低渗透油饱和地层挤入酸液和烃溶剂,提高酸处理效果和原油在孔隙介质和裂缝网络中的流动性,使油井增产和降低含水。

3 油井酸处理新工艺

为了提高油井的酸处理效果,目前人们已成功开发出特低渗透层、碎屑岩地层完井、泥侵地层和油水井的盐酸和聚丙烯酸处理等新工艺,并进行了应用。

3.1 特低渗透层酸处理[3]

特低渗透层储量的开发和机理的研究表明,影响特低渗透层有效开采的不利因素如下:

◇地层的渗透率特低,使油气水的渗滤阻力增大,通常发生在半径为2 m的近井地带地层的压力损失,可达流体渗滤总压力损失的50%以上。

◇油井生产时的地层温压状态破坏,可使井底压力降至低于原油饱和压力,导致油井和地层结蜡。

因此,要有效开采特低渗透层储量,就必须消除地层的趋肤层和提高近井地带的渗透率,达到地层-油井系统的水力学完善。

从理论上讲,提高地层渗透率的最有效化学剂是土酸,但其酸岩反应速度完全取决于相间接触表面。由于地层的渗透率特低,地层近井地带又有可能被机杂和结蜡堵塞,或被油或水饱和进入,发生黏土膨胀,因此有一部分孔隙是封闭的,土酸根本不能进入。

为了提高酸处理效果,俄罗斯研制成功了一种化学-压降增产处理新工艺。其实质就是用土酸、不同亲油亲水平衡值的有机溶剂、黏土稳定剂、缓蚀剂和破乳剂等组成的酸液处理地层,并用较大的压差从地层中排出反应产物。

为了选择最佳的酸液配方,必须首先对处理层进行研究,确定储层的矿物成分、黏土类型和含量,地层岩石的渗滤和物理机械性能等。然后确定采用的酸液组分和由地层中排出反应产物的最佳条件。

这时采用的酸液为:15%～22%的盐酸、2%～5%的氢氟酸、适量的有机溶剂、缓蚀剂、破乳剂和憎水剂等。其中的酸液浓度可根据地层矿物组成以能保证溶蚀和分散地层岩石和表皮中的硅酸盐、碳酸盐和黏土矿物来选择。这时,可选用烃类作溶剂。根据地层中占优势的黏土矿物,选择黏土稳定剂。另外,还须在酸液中添加少量的缓蚀剂、破乳剂和憎水剂以便溶解地层结蜡和油膜,使酸组分同地层岩石充分反应。同时防止地层黏土膨胀、乳化液堵和水堵等。

该工艺的施工过程比较简单,首先在矿场将计算量的盐酸、氢氟酸、有机溶剂、黏土稳定剂、缓蚀剂、破乳剂和憎水剂等与要求数量的水配制成酸液并注入地层,关井反应确定的时间。最后向井下注入惰性气体,并用喷射泵或抽吸等方法,在建立较大压差的情况下,由地层中强制排出反应产物。

到目前为止,俄罗斯已用该工艺处理了80余口油井,处理后油井的平均产油量上升了4.7～13.5倍,平均有效期为204天,每注入4～6 m3酸处理液,可平均累计增油490 t。

3.2 砂岩地层完井时的酸处理[4]

在打开地质物理性能复杂的地层时,在其近井地带会形成难以排除的由地层淤积、黏土膨胀和其他可大幅度降低油井产能因素造成的堵塞。并且这类地层大多是孔隙类地层,具有低渗滤吸收性能、大的岩石渗滤吸收表面、高泥质含量,及由泥浆和其他措施液体渗滤形成的地层淤积。此外,也会因地层亲水和水合作用使其渗透率下降。因此这类地层的原油储量可以认为是难采储量。

为了优化这类砂岩地层的酸液配方,用岩心实验装置对其进行了实验,以确定最有效的酸液组成、每米地层的用酸量、岩石的酸溶动态、地层渗透率提高程度以及最佳酸岩反应时间。结果表明:

◇由4%HF+14%HCl+4%CH3COOH+1% ABS(烷基苯磺酸钠)组成的酸液,有足够高的酸岩反应速度,其中的醋酸可防止反应产物在近井地带沉淀,ABS可降低地层的亲水性和水合作用,使反应产物易于从地层排出。其结果是可使地层的渗透率有较大的恢复。

◇对于渗透率为0.01～0.05μm2、孔隙度为9%～13%的渗滤吸收性能较低的砂岩地层,注入的土酸体积可采用0.5～0.6 m3/m。对于渗透率为0.05～0.1μm2、孔隙度大于13%的较高渗滤吸收性能地层,可将用酸量适当提高至0.715～0.75 m3/m。

◇土酸与地层的反应时间应随注酸压力的降低而适当延长,可由低渗透层的8 h延长至较高渗透的低泥质含量地层的12～14 h,以保证地层黏土的最佳溶解和分散程度,防止反应产物对地层造成二次堵塞。

◇应以 3.5～3.8 L/min的排量将酸液注入地层。

目前,俄罗斯已用该工艺处理了7口油井,处理后所有的井平均产油量增加了1.5倍。其中有的油井处理后增产了3.5～72 t/d。处理的成功率为100%。

3.3 泥侵地层酸处理[5]

油田的实际生产表明,钻井时钻井液滤液会进入地层的近井地带;注入水与地层水的矿化度不同,特别是注淡水时会使地层黏土膨胀;地层温度和压力下降时,会引起油井和地层结蜡。所有这些因素均会使油井的常规酸处理效果下降。为了提高这类泥侵地层的酸处理效果,必须采用新工艺。

研究结果表明,用于清除泥饼的化学剂应包括各种无机和有机化合物,如可冲洗地层黏土的溶剂和表面活性剂。其作用机理是活性剂可吸附在黏土表面,降低水同黏土阳离子接触的可能性,可有利于分散的黏土由地层中排出,但是其效果也不太理想。其原因是溶解黏土的酸会快速进入高渗透小层的微孔,不能波及低渗透小层。因此,这时较高效的工艺是应对地层进行多级处理,以清除泥饼、清淤和冲洗出黏土颗粒。

该种新工艺的实质就是顺序交替地向地层注入酸和碱组分。其中的酸组分是土酸、溶剂、表面活性剂;碱组分为碱和必要时添加的表面活性剂。采用该工艺可溶解和分散由钻井液带入地层孔隙介质的黏土颗粒并使其脱水,部分溶解地层的胶质-沥青质-石蜡沉积。最后将分散的黏土颗粒和各种堵塞污染物由地层中排出。

该工艺的实施可分三个阶段:

◇油井准备:评价油井生产的可能性,检查井下设备和井底状况,必要时可洗井和冲洗井底。

◇工艺实施:按照设计的注入顺序和剂量,注入设计浓度和体积的化学剂。

◇抽吸投产:待油井生产正常后再进行试井。

目前,俄罗斯已用该工艺处理了7口油井。实验前油井的产油量在2～2.5 t/d之间,含水为0%～44%,地层压力为13～15.6 MPa。注入的化学剂量由地层射孔厚度确定,在12～25 m3之间。处理后油井增产1.3～4.2 t/d,4口井的含水未变, 1口井的含水下降23%,处理的成功率为100%。

3.4 油水井的盐酸和聚丙烯酸处理[6]

灰岩地层的主要组分是碳酸盐,它可很好地溶于酸。因此,用于恢复和提高灰岩地层近井地带渗透率的主剂是盐酸,通常采用的盐酸浓度为8%～15%:其中,用于砂岩和灰岩地层的浓度为8%～10%,用于低压高渗透灰岩的浓度为10%～12%,用于高压低渗透灰岩的浓度为12%～15%。不推荐采用更高的盐酸浓度,因为强烈的腐蚀最终会堵塞地层。

其处理效果由添加的组分确定,盐酸可溶解和排出灰岩成分。而聚丙烯酸的有机羧酸水解,可使黏土物质失去层间水,发生结晶畸变,使含大量的K+、Na+离子的黏土失去膨胀能力。这已被在油水井处理前后对其高效液态色谱图研究和对地层的灰质和泥质的折射研究所证实。

由于在近井地带,该种化学剂和盐酸会发生有机羧酸的脱羧基水解反应:

这时,地层淤积物就可起到反应催化剂的作用。由CO2形成的高压差,可使地层的堵塞物质破坏和沉积破裂,形成易于运移的物质,从而可被注入水挤入地层,或由近井地带采出地表。

用该种新工艺处理地层的特点是,首先进行分解和排出近井地带堵塞物的处理,然后再对其进行强化油流或提高吸水能力的处理,还可在最低渗透小层发生反应,从而可使整个地层的吸水能力和产油量增加。

采用该新工艺综合处理油水井的实验在俄罗斯的肯基亚克油田进行。首先对注水井3109井进行了综合处理。该井的井深为400 m。井身结构:表层套管245 mm×116 m,生产套管168 mm×397.8 m,人工井底387.8 m,射孔段376～371、374～369、361～358、355～351、342～339、321～316.5 m。井下设备:喇叭口293 m;油管73 mm×293 m(31根)。并在处理前测试了该井的吸水能力,在4 MPa的压力下为100 m3/d处理后该井的吸水能力增加到1.5 MPa压力下的540 m3/d。

后来又用该新工艺处理了油井8301井。井底深度为4 302 m。井身结构:表层套管339.7 mm ×1 225.42 m,技术套管244.5 mm×3 768.07 m,生产套管168.3 mm×3 200.10 m,139.7 mm ×3 200.11 m。射孔段为4 296～4 392 m。该井下入88.9 mm(0～2 205 m)和73 mm(2 205～4 205 m)油管。处理后该井的产油量由70 t/d上升到120 t/d。

4 结论与建议

在对油井进行酸处理前,搞清油井酸处理效果的影响因素,针对油井的具体情况,采取改进酸处理的措施和采用特低渗透层、低渗透砂岩地层、砂岩地层完井和泥侵地层的酸处理新工艺,可大幅度提高油井的酸处理效果和原油采收率。

建议国内各油田和科研单位,能借鉴这些油井酸处理新工艺,改进和完善国内的油井酸处理工艺,提高油田开发晚期的开采效果和最终采收率。

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[6] М е д в е д е вА Д,ид р.П р и м е н е н и ек о м б и н и р о в а н н о й т е х н о л о г и ио б р а б о т к ис к в а ж и нк о м п о з и ц и е йн ао с н о в е с о л я н о йк и с л о т ы ир е а г е н т а П А К[J],2008(1):94-95.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.10.005

2009-09-13)