油水井王水酸酸化解堵技术及应用

高 磊，周亚东，孙 昆

(延长油田股份有限公司 永宁采油厂，陕西 延安 716000)

酸化工艺技术作为油田投产、增产措施，历来受到油田的重视并得到了广泛应用。油井酸化解堵主要是针对钻井过程和固井过程的钻井液和完井液以及水泥浆对油层的污染，水井增注主要是针对回注污水水质不达标对油层所造成的伤害，以解除近井地带的堵塞为主要目的。长期以来，酸化工艺的实施都是借助于HCl、HF、磷酸、甲酸等有机酸和无机酸来溶解除外来形成的堵塞物、地层矿物分散形成的堵塞物、地层岩石矿物等，从而达到疏通油气通道的目的。堵塞油层的原因很多，主要有有机物堵塞、无机物堵塞、微生物堵塞等。至今已形成了针对无机堵塞类型的酸化解堵、针对有机堵塞类型的复合解堵工艺系列。这些新工艺在现场已见到较好的增油、增注效果，经济效益显著。研制一种能解开上述多种堵塞物的新酸液体系，是有关研究人员一直致力研究的课题。

1 延长油田永宁采油厂开发现状

1.1 永宁采油厂勘探开发历程

志丹县政府于1990年4月在无职工、无资料、无技术、无资金、无办公场所的情况成立了永宁钻采公司。公司依照“旧井垫底、贷款起步、以油养油、滚动发展”的方针，“优先开发永宁区块、逐步向外推进”的工作思路。1991年至1992年布井13口，均在侏罗系获得较好工业油流，取得了侏罗系勘探突破，从而确保永宁勘探开发新局面。1993年，公司借助三普勘探大队，并邀请有关领导和石油专家进一步对志丹县境内石油分布规律和今后勘探整体思路作了详细的分析和论证，得出科学合理的指导思想。“开发永宁、探明双河、勘探西川”使志丹地区石油勘探取得突破性进展，从而发现双河长6油层整装油田，纸坊长2油层含油区块，杏河李家湾长6油层含油区块以及金丁长6油层含油区块，截止2006年底，累计完成探采井3435口，勘探面积2050 km2，探明地质储量2.3×108t，累计完成原油产量590.38×104t，销售收入101.95亿元，实现利税费50.58亿元，上缴财政41.72亿元，建成年产110×104t规模的国家中型油田(见表1)。

表1 勘探历程年度表

1.2 勘探开发现状

永宁采油厂共有五个含油区块，分别为永宁含油区块、双河含油区块、纸坊含油区块、金丁含油区块、杏河李家湾含油区块。勘探面积2050 km2，其中探明区块544 km2，控制1200 km2，争议区面积306 km2，完成非地震物化探2336 km2，探明储量23027.3 ×104t，可采储量 3732 ×104t，完成各类钻井3435口。目前采油井2932口，个别含油区块以形成注采同步，集输连接全方位开采的配套模式。

1.3 资源勘探现状

目前共完成地质储量计算共5个区块，分别为双河区块、永宁区块、顺宁区块、宜西沟区块、稍园子区块，共探明含油面积 264.5 km2，地质储量23027.3 ×104t，可采储量 3732 ×104t，并编制了相应的油田开发方案，完成非地震物化探面积2336 km2，发现一级异常37个、二级异常40个、三级异常32个，为了更进一步了解油层在空间上和平面上分布特征及富油规律，依托西安石油大学编制了《志丹县侏罗系、三叠系沉积相》报告(见表2)。

2 永宁采油厂酸化技术的发展

2.1 酸化工作液研究

酸化工作液体质量的好坏可能决定油气井酸化增产措施的成败。酸化技术问世以来，人们不断尝试着将各种酸液体系用于施工。目前已发展完善了多种系列化的酸化工作液体系，可满足不同储层条件的施工需要。

酸化添加剂是酸化液研究的基础。经过长期深入细致的配方研究和现场应用，永宁采油厂形成了改进性盐酸解堵体系、耐高温新型土酸体系、乳化酸体系、热化学解堵体系、稠化酸体系、浓缩复合酸体系、互溶土酸体系、缓速酸体系等系列酸液体系，以适应不同地层条件的特殊需要。

2.2 酸化增产措施在油气田勘探、开发中的作用

酸化是油田增产措施之一，油水井化学酸化解堵措施以其高效实用、施工工艺简单、成本低廉等优点，成为近年来在一些油田最常用最有效的解堵增产措施。该措施能够完全溶解油层内的无机污染物质，彻底清洗岩面上烃类及非烃类有机沉淀，改善油层的渗流能力。通过采取酸化措施，有效地去除地层油路通道的堵塞。

根据实验数据统计分析表明，常规酸化措施能清除地层堵塞物的30%－40%，从而改善和提高了地层的渗透能力，增加油井产能。但常规酸化通常受到储层岩性和堵塞物性质的制约，使得去除堵塞物效率低。特别是对于一些特殊岩性如变质岩、粗面岩、花岗岩，常规酸化效果较差。

硝酸粉末酸化工艺技术，是利用固体硝酸粉末与盐酸以一定的比例混合后，生成氧化能力很强的氯化亚硝酰(“王水”，当 HNO3∶HCl=1∶3 时形成)。它能够激烈地局部溶蚀岩石及其堵塞物，而不破坏地层结构，从而疏通油路，提高地层的渗透率.与常规酸化工艺技术相比，硝酸粉末具有解除无机物堵塞、暂堵、穿透深、二次污染小、解除油堵和水堵等作用。现场应用表明，该工艺技术不仅对碳酸盐岩储层有明显的作用，而且对埋藏较深的粗面岩也具有较好的应用效果。

近年来，永宁采油厂在酸化研究领域大胆探索，把酸化工艺技术作为陕甘宁盆地各类储层油气井的投产措施和增产的有效手段。油水井酸化解堵技术的作用机理是，利用有机溶剂和表面活性剂，溶解蜡、胶质，使其形成低粘溶液，解除地层近井地带的有机物堵塞;利用表面活性剂改变岩石表面润湿性，解除因贾敏效应而引起的水锁和气锁;利用添加剂稳定黏土，抑制黏土颗粒的运移和膨胀。该措施能够完全溶解油层内的无机污染物质，彻底清洗岩面上烃类及非烃类有机沉淀，改善油层的渗流能力。

酸化增产措施在油气田开发中的作用主要体现在以下几方面:

(1)解除近井地带污染堵塞，降低油气流动阻力和生产压差，增大油气产量，提高开发速度和效益。

(2)沟通油气富集区，增加储量丰度和可采储量，增大开发效益，保证可持续发展。

(3)利用酸压改造低渗油气藏，特别是碳酸盐岩油气藏，增加开发领域的采收率。

3 王水酸酸液体系的室内研究

通过资料调研我们认为要解决王水酸酸液体系对油管的腐蚀问题，不仅要解决H离子对钢片的铁离子的置换，还要解决它对铁的氧化。经大量的室内研究，我们找到了一种特殊的缓蚀剂和现场施工工艺，已经很好地解决了缓蚀问题。

3.1 油层伤害原因分析

3.1.1 钻井泥浆对储层伤害试验研究

室内研究结果表明:钻井泥浆对岩芯伤害严重，对高渗透层的伤害大于对低渗透层的伤害。

3.1.2 伤害原因分析

(1)低孔低渗储层的伤害。延长油田延安组属低孔低渗储层，孔隙喉道相对较小，连通率低，岩石矿物中蒙脱石含量较高。油田伤害的主要原因在于水敏性矿物的膨胀及贾敏效应，使油相渗透率降低。

(2)高孔高渗储层的伤害。高孔高渗储层孔隙喉道直径相对较大，连通性好，泥交固体颗粒的粒径绝大多数都小于层孔隙喉道直径，固体颗粒较易进入储层，造成近井地带渗透率大幅度降低。

3.2 各类添加剂的研究和筛选

酸液添加剂，就是在酸液中加入除盐酸、氢氟酸(或氟硼酸)以外的其他物质，以改善酸液的性能和防止酸液在地层中产生有害物质，使酸液更适合酸化目的的需要，常用的添加剂有缓蚀剂、稳定剂、络合剂、表面活性剂、粘土稳定剂、缓速剂等。

为了改善酸液性能，防止酸液在油气层中产生有害影响，又因地层组分的复杂性和王水酸液的特殊性，因此添加剂对酸化效果起着举足轻重的作用。

3.2.1 缓蚀剂

缓蚀剂是指那些加到酸液中能大大减少金属腐蚀的化学物质。其缓蚀机理是将缓蚀剂通过物理吸附或化学吸附而吸附在金属表面，从而把金属表面覆盖，避免直接与酸接触，使其腐蚀得到抑制。常用的缓蚀剂包括有机缓蚀剂和无机缓蚀剂。在酸性介质中使用有机缓蚀剂比无机缓蚀剂效果要好得多。以有机阳离子季铵盐化咪唑啉为主体的复合型缓蚀剂，可在金属表面定向排列，使金属腐蚀受到抑制。通过大量的室内研究和筛选，我们研究出了适用于硝酸及王水酸缓蚀的缓蚀剂XH－1。试验表明，在70℃的环境温度、20%的硝酸浓度条件下，用N－80钢片测出的腐蚀速率≤7.8 g/m2·h，该体系有良好的解堵性能。表明“王水”体系具有广谱的解堵性能，适合用于地层温度≤90℃的油水井解堵作业。

但是，我们必须认识到，即使最好的缓蚀剂也不能完全阻止酸对金属的腐蚀。缓蚀剂只是起到允许酸液安全地通过泵、油管进入地层，保证这些设备的完整，不损害其使用寿命。在酸液中添加缓蚀剂，要掌握好尺度，一方面要保持酸蚀效果，另一方面也不能添加过量，否则会引起地层润湿性变化(如油润砂岩)，造成相对渗透率损害。缓蚀剂的油润特性一直是酸化中要考虑的问题之一。

3.2.2 稳定剂

为了减少氢氧化铁沉淀，避免发生堵塞地层的现象而加入的某些化学物质，称为稳定剂。稳定剂能与酸液中的离子结合成能溶于水的六乙酸铁络离子，减少产生沉淀的机会。XLL－7具有防止铁、镁、钙等离子在地层中沉淀，抑制铁盐沉淀的功效。

3.2.3 络合剂

XLL－7具有防止铁、镁、钙等离子在地层中沉淀，抑制铁盐沉淀的功效。

3.2.4 表面活性剂

酸液中加入表面活性剂，其作用主要是:降低界面张力，油酸脱乳，改变地层润湿性，加速返排，防止残渣形成。加入表面活性剂时必须保证它们与缓蚀剂及其它添加剂配伍。根据其作用，主要包括减阻剂，破乳剂，缓速剂，悬浮剂等。在基岩酸化中使用的各种物质应具有兼容性。尤其在酸液中添加了许多具有各种功能的表面活性剂。如果这些表面活性剂与其它添加剂不兼容，不但会失去作用，还会产生相反的作用。

3.2.5 粘土稳定剂

防止粘土膨胀的添加剂，主要有羟基铝，氯氧化锆，阳离子有机聚合物，聚胺，聚季胺等。

3.2.6 互溶剂

互溶剂是在酸化中常用的一类添加剂，之所以要选用互溶剂，是因为它既可在水基(如酸液)中溶解，又可在烃基(如原油)中溶解。酸液中添加互溶剂，可用来处理表面覆一层油膜的堵塞物损害，同时由于它有降低酸液表面张力的作用，可使残酸容易返排，提高酸化效果。但另一方面，由于互溶剂会降低缓蚀剂的缓蚀效果，这样必须增加酸液中缓蚀剂的用量。为了达到互溶剂使用效果，互溶剂的使用量一般为酸液体积的10%，这必须会增加酸化的成本，因此，在酸化中添加互溶剂应权衡以上利弊。

3.2.7 清洗剂

XLQ－3是针对原油含蜡、胶质沥清质的特点开发的一种有机溶剂，能有效地清除有机垢，并能将CaCO3、铁质等有机物转化为水溶液的物质。

3.2.8 王水酸酸液体系综合性能测定

酸液组成:15%HCl+25%HNO3+1.0%XLW－1稳定剂+1.5%XLL－7络合剂+2%XH－1缓蚀剂+0.5%XLQ－3清洗剂+2%助排剂。

3.3 酸化工艺参数优选

酸化解堵主要分油层清洗和主体酸酸化两部分。酸化工艺参数优选就是根据室内酸化试验结果，优选在不同储层条件下的前置液主体酸的用量及排酸量等酸化施工工艺参数。

3.3.1 前置液

前置液主要是低浓度酸、石蜡分散剂、破乳剂、缓蚀剂组成，其目的是在主体酸进入油层前，清除井筒，油管及炮眼附近的铁锈、无机垢和蜡等形成的堵塞。为了将井筒周围稠油推入地层深处，避免酸油接触，形成酸渣。所以使用加防膨胀剂的清洗液，用量为0.5～1.5 m3/m。

3.3.2 主体酸

主体酸液由多元有机酸、胶束互溶剂、缓蚀剂、稳定剂、络合剂、助排剂及其它辅助剂组成，主要原理是利用化学动力学的二级反应，酸液进入油层后缓慢释放H+M，维持体系PH值在0.3以下，有效抑制Fe(OH)3、AL(OH)3和FeS等沉淀物的生成，避免酸敏的发生，同时在低PH值下，还可降低高氟络合物离子浓度，减缓氟硅酸盐等二次沉淀的形成。另外配方体系中含有粘土稳定剂，可有效抑制粘土运移和膨胀，含有的胶束互溶剂及其它表面活性剂，能有效解除胶质、沥青质、蜡质等有机物垢的堵塞，并有助于反应后残液的返排，提高渗透率增加产能。

通过模拟计算可知:当地层伤害较轻(S＜10)时，酸液用量为1.5～3.2 m3/m，排量为0.5～1.2 m3/min，酸后污染区的渗透率由5.2×10－3μm2恢复到45.6×10 μ ，增产倍比为8.76;当地层伤害较严重(S＞15)时，酸液用量为1.8～4.5 m3/m，排量为0.8～1.6 m3/min，酸后污染区的渗透率由5.78×10－3μm2恢复到38.5 ×10－3μm2，增产倍比为18.3。

3.3.3 隔离液

隔离液由清防蜡剂组成，其作用是解堵液和增能液在未进入储层深部之前把它们分隔开等进入油层深部，隔离液逐渐失去作用时两种液接触反应生成大量的热能和气体，有利于把储层的不动油变成可动油从储层中挤入井筒。

3.3.4 后冲洗液

对于低渗透层酸化为了有效将残酸推至地层深处，减少二次伤害，使用加防膨剂的后冲洗液，用量为1.24 m3/m，酸化后尽量快速返排。

4 现场应用效果及评价

4.1 现场施工工序

王水酸酸液体系现场施工工艺比较简单，就是先将硝酸、盐酸配制成同一浓度溶液，施工时先打三份盐酸，后打一份硝酸，由此组成一个施工单元，每单元不超过10方，可视施工井的情况设计成几个施工单元。

4.2 现场试验情况

4.2.1 地理环境

双河油田解胡庄(32 km2)区块位于志丹县境内，属黄土塬地貌。地表为100～200 m厚的黄土覆盖，地形复杂，沟壑纵横，梁峁参差。地面海拔1350～1500 m，地表高差较大(约150～250 m)。气温变化大，四季分明，干旱少雨，属内陆干旱型气候。区内交通有延安—银川主干公路纵贯油田，县级公路沿沟、河、川呈树枝状分布，其余多为乡村土路。

4.2.2 试验结果

污水回注的注水井经过长期生产，井底存在有机和无机堵塞，造成注水压力偏高，常规的酸化解堵无法清除堵塞。注水井储层伤害的主要原因是有机堵塞(包括沥青和石蜡等)、粘土矿物的水化膨胀、内源和外源颗粒造成的速敏伤害。

双河油田解胡庄(32 km2)区块是永宁采油厂的主力区块，随着油田开发的进行，该油藏污水回注井的注人压力不断上升，到1999年已经超过了17 MPa，接近地层破裂压力;同时水井注人量也逐渐下降，影响了油藏的正常生产。因此对双河油田解胡庄(32 km2)区块的注水井进行常规盐酸酸化解堵，随后注水压力有所下降，但短期内即恢复到酸化前水平。通过分析注水井岩矿、孔隙结构和注人水进行储层伤害评价，对注水井采用王水酸酸化解堵工艺，解除了常规酸化无法解除的有机和无机结垢，清除了地层堵塞，使注水压力大幅度下降，保证了油藏的正常生产。

年永宁采油厂采用王水酸解堵技术进行现场施工6井次，其中油井3井次，注水井3井次，均见到了较好的效果，2003年采油厂采用该项酸化工艺现场施工2井次，其中油井和注水井各1井次，均见到了较好的效果。表3是2003年采油一厂王水酸酸化解堵技术现场试验情况。

4.3 试验效果评价

截至2003年12月15日，王水酸酸化施工后顺8井平均增油0.87吨/天，累计增产油量71.34吨，有效期达到82 d;注水井双68酸化后的日注水量不仅满足了地质配注要求，而且注水压力平均下降了4 Mpa以上，该井的注入压力从酸化前的16.7 Mpa降低到了酸化后的12.5 Mpa，日注水量从原来的36 m3/d上升到57.8 m3/d，酸化有效期达到81 d，至今还有增注效果，获得了较好的经济效益。

5 结论

(1)王水酸酸液体系主要适合于钻井用各种防滤失添加剂;完井、修井引起的伤害等;油井长期生产产生的结垢、有机堵塞等;水井长期注水形成的水垢、杂质堵塞等;油水井调堵引起的伤害堵塞等，或解除调堵物等。

(2)王水酸酸液体系对一些难溶物质的溶解能力远远大于其它酸液，能够改善现行酸液体系的解堵效率，具有很好的应用前景。

(3)该项技术的应用为解决注水井污染问题，为老区挖潜、提高油田的最终采收率将起到十分重要的作用。

［1］万仁溥等.采油工程手册［M］.石油工业出版社，2000，193.

［2］张保平等译.油藏增产措施(第三版)［M］.石油工业出版社，2002，669.

［3］汤元春等.非活性硝酸粉末液酸化技术的研究与应用［M］.西南石油学院学报，2002，(2):91.

［4］赵福麟.采油化学［M］.山东东营，石油大学出版社，1989，131.

［5］梁春，原国军.提高油层近井地带处理效果的有效方法［J］.钻采工艺.

［6］蒋绎.热化学油层解堵技术［J］.油田化学，1994，8(2):16－18.

［7］周江，张保忠，古丽米拉.酸化作业的新进展［J］，2006，(2).

［8］王铁林，张建伟，马鹏涛，等.一种新型的物化解堵增产增注工艺［J］.钻井液与完井液，2005，(S1).

［9］蔡长宇，廖代勇，严玉中.硝酸粉末酸化技术研究及现场应用［J］. 钻井液与完井液，2003，(4).

［10］王立中，王杏尊，卢修峰，等.乳化酸+硝酸粉末酸压技术在泥灰岩储层中的应用［J］.石油钻采工艺，2005.

［11］张海，莫成孝，徐少成，等.绥中36－1油田酸化解堵技术研究［J］.天然气工业，2003，(3):64－66.