水力脉冲-化学复合技术在青海尕斯油田的应用

饶 鹏， 蒲春生， 刘 涛， 何举涛， 何志英

(1.中国石油大学(华东) 石油工程学院， 山东 青岛 266580； 2.胜利油田石油开发中心 地质与工艺研究中心， 山东 东营 257001； 3.中国石油长庆油田分公司第二采油厂， 甘肃 庆城 745100)

0 引言

将大功率的振动波与化学解堵剂有机地结合，不仅可以提高化学作用效果，而且可以延长化学作用距离.振动作用可以使井壁周围或炮眼附近堵塞物不能形成或抑制其形成，即为一种“动态解堵”工程，既有利于渗流，又减少或抑制了堵塞物的二次形成，从而保持了化学处理效果，延长作用有效期[1-10].因此，对于中低渗透性及特低渗透性开发油田，采用振动-化学复合解堵增产技术，可以有效地清洗炮眼，解除近井地带堵塞，使单项增产措施的作用效果得到大幅度提高，复合作用远远好于单独作用的效果.本文结合青海尕斯油田的地质特征，对水力脉冲-化学复合技术做了深入研究，并通过现场试验验证了其有效性.

尕斯库勒油田位于青海省柴达木盆地茫崖坳陷区尕斯断陷亚区，是古始新世-上新世的主体沉降区，沉积了巨厚的第三系碎屑沉积岩系.储层有“薄、多、散、杂”的特点.该区注水井注水困难，经研究无机垢和颗粒堵塞是造成注水井注水压力上升的主要原因，基于此我们开展针对性的室内实验.

1 水力脉冲发生器结构及原理

振源是整个振动采油技术的关键.在井下振源振动时，所产生的振动波从振源向油层传播，由于振动频率低，能量在地层传播过程中损失小，效率高，振动能量集中，作用区域强烈，经济实用，安全可靠.

XAPJ-1井下低频水力振源的结构简单，主要由三部分组成：(1)弹簧；(2)活塞缸；(3)下端固定物.其结构如图1所示.其中运动部件是活塞和弹簧.除此以外还需要配有垫片、接头、堵头等附件.

XAPJ-1井下水力振动器是依靠从井口泵入的流体来提供其工作动力.在现场施工时将振动器连接在油管上，下放至所要作业的层位，即可开泵.在不断流入的工作液的作用下，XAPJ-1振动器以两种方式将振动能量作用于地层：

图1 XAPJ-1井下低频水力振源结构示意图

(1)振动器自身纵向上的位移振动.该振动主要来源于振动器内活塞对振源的周期性碰撞.这一振动能量通过水力锚传给套管，再由套管通过水泥环传给地层，从而引起岩层内的弹性位移振动.

(2)脉冲高压水流所产生的横向上的水力冲击波.振源在工作时，高压水流以脉冲方式通过振源的上端泄流孔向周围空间喷射，冲击套管，使其产生形变将能量传入注入层或生产层，同时将会有部分流体通过油层射孔段直接作用于地层，使地层流体产生脉冲波动.

由于活塞在井下作周期性的往复运动，从而产生具有低频、高幅的位移振动和水力冲击波.在上述双重振动波的作用下，可使储层中的微裂缝不断扩延，增加近井地带的流动通道，提高渗透率，同时又能使岩层孔隙内的流体克服束缚力而流动，从而起到了很好的解堵、空化、改善油藏润湿性及剩余油分布的作用，从而达到油井增产、水井增注，提高油藏的最终采收率.

2 复合工艺室内流动试验

实验药品与材料：尕斯油田四种酸液体系A(氢氟酸体系)、B(多氢酸体系)、C(CMH体系)、D(氟硅酸体系)，氯化钠(NaCl)：分析纯(国药集团化学试剂有限公司)；氯化 钙(CaCl2)：分析纯(国药集团化学试剂有限公司)；六水合氯化镁(MgCl2-6H2O)：分析纯(国药集团化学试剂有限公司)，尕斯油田天然岩心.

实验仪器：分析天平(0.000 1 g)，室内水力脉冲发生器，岩心驱替装置，量筒，玻璃棒.

通过选用尕斯油田常用的四种酸液体系A(氢氟酸体系)、B(多氢酸体系)、C(CMH体系)、D(氟硅酸体系)，分别就单独酸化、单独脉冲、先酸化后脉冲、先脉冲后酸化和边脉冲边酸化做了岩心流动性实验，通过对比处理前后的岩心渗透率，优选出了最佳的复合方式.

2.1 单独酸化

在驱替实验中间容器里加入配好的地层水和酸液，在夹持器中放入饱和好基液的岩心，在70 ℃恒温装置中进行岩心流动模拟实验；在用基液测量一定时间的驱替流量，计算得到初始渗透率，之后将10 PV处理酸液反向注入，关闭泵及阀门模拟闷井(1 h)；然后正向开泵注入驱替，再次用基液测酸化以后的渗透率 ，根据 变化评价不同酸液体系的作用能力.

图2 不同体系酸液单独酸化的岩心流动实验结果

由图2可以看出，得到土酸作用效果比其他几种要差；多氢酸的作用效果最好，酸化后约为1.9；其次为多氢酸中的CMH+CMF体系，其约为1.6.因为土酸作用可能导致部分岩石颗粒脱落或形成沉淀物等，而其他酸液对岩心骨架伤害较弱.

2.2 单独脉冲

基本实验条件同2.1，但本实验不注入酸液，而是在普通岩心流动实验基础上，用水力脉冲器辅助驱替.将岩心饱和好地层水放入夹持器内测初始渗透率 ，用水力脉冲器将注入水脉冲驱替进入岩心10 min后立即停止脉冲10 min，脉冲1 h后再用基液测岩心的渗透率 ，相同方法分析性质相近的4块岩心 变化.

图3 单独脉冲岩心流动实验

由图3可以看出，施加脉冲之后渗透率值变化幅度明显增大，分别对应3次水力脉冲，渗透率出现3次最高值，因为在启动脉冲时活塞的运动使泵腔内产生孔隙，因此压差立即降低，渗透率迅速增加，当流体充满孔隙流体后压差又恢复正常值，渗透率也恢复正常.其中，只作用水力脉冲提高渗透率的效果不明显，比值约为1.20，远小于单独酸化效果.

2.3 先脉冲后酸化

实验基本条件同上，首先用地层水测岩心初始渗透率，然后打开水力脉冲器，将地层水驱替进入夹持器，脉冲10 min后立即停止脉冲10 min，循环3次.之后正向开泵驱替4种酸液体系各10 PV进入岩心，再次用地层水测岩心渗透率K，分析变化.

图4 先脉冲后酸化复合岩心流动实验

由图4可以看出，先进行脉冲震荡然后进行酸液处理的效果比只加酸液处理的效果要好，这是因为振动的作用加剧了岩石壁面上垢的破坏以及脱落，乃至在渗流通道中的运移，因此酸液能更有效地处理近井带，增加地层渗透性用.土酸先脉冲后酸化最终渗透率比值最低，为1.71；其次为CMF+CMH体系和H2SiF6体系；CH-59最高，约为2.31.

2.4 先酸化后脉冲

实验条件基本同2.3，不同的是改变注酸和水力脉冲作用顺序.实验首先用地层水测岩心初始渗透率，在注酸和水力脉冲作用后再次用地层水测岩心渗透率，分析变化.

图5 先脉冲后酸化复合岩心流动实验

由图5可以看出，四种酸液体系作用后渗透率最终比值不同，分别约为1.74、2.41、1.96和1.87.对比2.3可知，先进行酸化后进行脉冲的渗透率比值比先脉冲后酸化岩心的渗透率比值大，说明前者解堵效果更好，分析原因认为，先进行酸化岩心后，有利于将岩心变得疏松胶结，再加上振动脉冲效果，更加有利于解除颗粒堵塞物.

2.5 边酸化边脉冲

实验条件基本同2.3，不同的是在驱替酸液体系至岩心同时作用水力脉冲波.实验首先用地层水测岩心初始渗透率K0，在同时注酸和水力脉冲作用后再次用地层水测岩心渗透K，分析K/K0变化.

图6 水力脉冲-化学复合岩心流动实验

由图6可以看出，酸化与水力脉冲复合解堵技术可以将岩心渗透率明显改善.四种酸液体系作用后岩心的渗透率比值各有不同，分别约为1.79、2.71、2.23和1.98.同时进行酸化与水力脉冲措施比分开进行两项措施效果好；分析认为，水力脉冲波与化学酸化复合作用可加快酸化体系与岩石及堵塞物的反应速率，增加有效酸化半径，延长化学酸化效果的有效作用时间，抑制岩石孔隙堵塞物的再次形成，从而在根本上改善酸化作用效果.

2.6 措施效果对比

根据以上各实验，四口井进行各措施后与措施前渗透率比值如图7所示.

图7 措施前后渗透率对比图

由图7可以看出，水力脉冲波辅助酸化降压解堵增注比比单项作业方式前后注水量比大，而且进行酸化与水力脉冲同时结合作业比分开进行单项作业的注水比更大.因此，水力脉冲波辅助酸化降压解堵增注技术可以为中低渗透油田、特低渗透性油田解除近井地带堵塞，清洗射孔产生的堵塞，并大幅度的提高酸化增产作用效果.

3 现场应用

根据水力脉冲-化学深穿透解堵技术的要求，选择了跃525和跃378井进行现场施工，均取得了良好的效果.

2009年9月，跃378和跃525井进行了水力脉冲-化学复合解堵，两个水力脉冲发生器串联使用.施工中打开油套环空，先用45 m3活性水进行纯振动正循环解堵作业，水泥车泵压4 MPa.作业结束后，关闭油套环空用活性水试剂，考虑到设备承压问题，试挤到26 MPa停泵，起出振动管柱，下入混注管柱，进行常规多氢酸酸化.由图8和图9两口井酸化施工效果看出，注水量稳定，达到理论配注量，解堵效果较好.截止目前，两口井仍能达到配注，有效期已达六个月，累计增注9 624 m3.

图8 跃525井注水曲线图

图9 跃378井注水曲线图

4 结束语

(1)通过进行室内实验结果的对比优化，表明边脉冲边酸化的处理方式是最好的处理方法，可以使渗透率得到最大幅度的提高.

(2)矿场试验应用表明，所优选出的水力脉冲-化学复合体系在现场有很好的应用，可做进一步的推广.

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