控释酸酸化技术研究应用

2013-03-03 10:25杨琪贾跃立张燕利
石油天然气学报 2013年11期
关键词:酸化岩心储层

杨琪,贾跃立,张燕利

李晓龙,陈雪梅 (中石化河南油田分公司石油工程技术研究院,河南 南阳 473132)

翁霞 (中石化河南油田分公司石油勘探开发研究院,河南 南阳 473132)

近年来开发的缓速酸体系主要有稠化酸、自生酸、活性酸、乳化酸等,其中控制H+扩散速度的是稠化酸、自生酸,控制H+与岩石表面反应的是泡沫酸、活性酸、乳化酸等,酸化时可针对不同地层采用相应的酸液体系[1~4]。

宝浪、江河油田属于低孔、特低渗储层,开发已进入中高含水期,产量递减幅度加大。近年来,由于固井质量差、各种高压作业措施频繁等多种原因,造成井下状况逐年变差。因受储层结构、物性及井下状况的制约,酸化效果逐年下降。针对宝浪油田的油水井堵塞问题,开发控释酸酸化技术,从而为砂岩储层的伤害提供一种有效的治理手段。控释酸是通过酶催化有机酯产生H+,与含氟盐中的F-结合生成HF酸,对黏土矿物进行溶蚀而达到改造储层的目的。它具有分散性好、腐蚀低、反应时间可控、耐温性好等一系列特点,能够实现既不腐蚀管柱及地面设备,又能对储层进行改造的目的。

1 控释酸反应体系研究

控释酸中的生酸前体是由不同种类的酯构成,酯是羧酸的一类衍生物,可在酯酶的催化下经由水解作用分解成酸类与醇类。在该次研究中,筛选出的酯酶既具有高效的降解酯功能,又能适应油藏高温环境,在宝浪油田地层温度下有良好的应用前景。而且在强化采油中,有目的性地控制酯水解正向反应,生成大量的酸,可对岩石胶结物或地层孔隙、裂缝内堵塞物等进行溶解和溶蚀,恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性能。

根据宝浪和江河老区的储层条件,初步筛选了含有丙酸丙酯 (A)、甲酸异戊酯 (B)、甲酸甲酯(C)以及酯酶 (D)等6种控释酸反应体系,其中酯酶质量浓度均为60mg/L。将酸体系与碳酸钙粉末在90℃下反应一段时间后冷却至室温,测得消耗碳酸钙的量,再计算出H+的浓度,根据相同条件下H+的浓度的多少确定最终配方体系,结果见表1。

从表1中看出,在宝浪油田地层要求的温度、压力、矿化度条件下,由15% (质量分数,下同)丙酸丙酯、30%甲酸异戊酯和0.1%甲酸甲酯构成的酸体系3,释放H+浓度达到2.8mol/L (与质量分数10%的HCl相当),能够满足现场施工的需要,因此初步确定体系3为控释酸反应体系。

表1 不同反应时间下各体系生酸浓度比较

2 控释酸性能评价

2.1 控释酸分散性

为了评价控释酸体系在地层水中的分散性,分别在20、60、90、110℃下与地层水进行混合,观察其形态 (表2)。结果表明控释酸体系溶解性好,反应前后均没有产生分层现象,在地层水中具有较好的分散性。

表2 控释酸与地层水分散性评价试验结果

2.2 温度对产酸浓度的影响

宝浪、江河油田储层埋藏深 (2100~3000m)、温度高 (95~125℃),为了解控释酸在注入过程中温度变化对其反应影响的程度,测试了不同温度下、反应2h控释酸体系H+浓度。由图1可看出,控释酸在60℃以下时产生H+浓度不到0.5mol/L;超过60℃后,H+浓度随着温度的上升而大幅线性增加,到90℃时达到2.88mol/L。说明低温下产生的 H+浓度较低,该体系与酸敏矿物反应速度慢,在90℃以上体系产生的H+浓度较高,反应速度明显加快。

图1 生酸体系产酸浓度随温度变化

2.3 低温下控释酸pH值的测定

由于宝浪、江河油田储层物性差,酸化措施排量小,作业时间长,加上日趋变差的井下状况,要求在酸化过程中尽量降低酸液对地面设备、管线的腐蚀。而地面设备管线所处的温度环境基本在10~50℃范围内,为评价控释酸在该温度范围内的酸性腐蚀状况,测试了低温下pH值的变化,结果见图2。

图2中结果表明,在10~50℃条件下,控释酸体系比较稳定,pH值波动范围较小,4h以内体系pH值基本保持在6.0~6.5之间,表明生酸体系在常温或低温条件下呈中性或弱酸性,对地面或管道的腐蚀性很小。

图2 不同温度下控释酸pH值随时间变化曲线

2.4 控释酸腐蚀评价

为考察控释酸在注入过程中对井下油、套管的腐蚀状况,模拟井下温度场以及挤注过程中控释酸与井下管柱接触时间,测试了控释酸在温度20、60、90、110℃,恒温时间为30、45、60min时对N80钢片的腐蚀性,试验结果见表3。

在20、60℃低温条件下,体系生酸量少,随着时间增加,生酸量增加幅度小,酸与钢片反应速度提高较慢,即时间增加幅度大于钢片失重变化幅度,因此恒温时间延长,钢片的腐蚀速率反而降低。当温度升至90℃以上时,温度的提高使生酸量大大增加,酸对钢片的腐蚀速率也有了明显的增加,但腐蚀速率仍然较低 (小于5g/(m2·h))。90℃为酯分解酶的最佳作用温度,因而产酸量大,腐蚀速率较大。

表3 控释酸钢片腐蚀试验结果

2.5 岩心流动试验评价

由于控释酸只能提供H+,为了满足砂岩储层酸化解堵的需要,试验中采用NH4HF2提供F-作为辅助用剂。为了评价该配方组合对储层岩心的解堵作用效果,以及评价酸液对地层的适应情况,使用洗油处理后的宝浪岩心在90℃条件下进行了岩心流动试验[5]。步骤如下:①使用2%NH4Cl(质量分数,下同)溶液驱替岩心,测得基础渗透率;②驱替控释酸体系4PV,反应4h;③驱替4%NH4HF2溶液4PV,反应2h;④驱替控释酸体系4PV,反应4h;⑤驱替4%NH4HF2溶液4PV,反应2h;⑥使用2%NH4Cl溶液驱替岩心,测得反应后岩心渗透率。试验结果如表4所示。

表4 控释酸复合配方岩心流动模拟试验结果

由表4可知,经过控释酸和NH4HF2溶液处理后,岩心酸化后渗透率是原始渗透率的3.08倍。说明该配方组合对储层岩心有较好的酸化效果。

3 现场试验情况

采用地面低压泵连续注入的方式,先注控释酸作为前置液,反应4h,再注控释酸与NH4HF2的循环段塞作为主体酸,最后注入活性水作为顶替液,关井反应2h。

该技术在江河、宝浪油田现场试验4口井,结果如表5所示,其中2口井采用不动管柱施工,措施有效率100%,截止到目前累计增注6650m3,取得了较好的增注效果。该工艺既降低了高压注不进酸液腐蚀管线的风险,又确保了措施的有效性。

表5 控释酸酸化现场应用效果

4 结论与认识

1)评选出了一种适应宝浪油田储层条件的控释酸复合体系,该体系在温度10~50℃条件下,pH值在6.0~6.4之间,在90℃条件下岩心流动模拟试验渗透率增大3.08倍,可以实现既不腐蚀地面设备和管线,又能达到对地层解堵改造的目的。

2)控释酸现场试验的实施,实现了不动管柱酸化,降低了作业成本,提高了生产时效。

3)该技术现场应用的成功,为解决老井酸化易受效、有效期短、酸化措施频繁、费用高等问题,提供了有效的技术途径。

[1]曲占庆,齐宁,王在强,等 .低渗透油层酸化改造新进展 [J].油气地质与采收率,2006,13(6):93~96.

[2]郑延成,赵修太,王任芳,等 .新型砂岩缓速酸的研制 [J].江汉石油学院学报,1997,19(4):63~66.

[3]谢军德,郑延成,李影,等 .层内CO2产气深部解堵技术研究与应用 [J].石油天然气学报 (江汉石油学院学报),2010,32(1):356~358.

[4]赵静,隋阳,张宁县,等 .一种新型碳酸岩生物控释酸化体系的性能评价 [J].石油钻采工艺,2012,34(2):92~95.

[5]康燕 .缓速酸的岩心流动模拟实验研究 [J].钻采工艺,2005,28(1):89~91.

[编辑] 帅群

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