塔里木盆地迪那2气田井筒解堵液研究及其应用

魏军会 匡韶华 张 宝 景宏涛 杨淑珍 秦 曼

1.中国石油塔里木油田公司油气工程院 2.中国石油辽河油田公司钻采院

迪那2气田是塔里木盆地中地质储量超千亿立方米的大气田[1]。该气田储层属于致密砂岩气藏，储层裂缝发育，非均质性强，岩性以粉砂岩和细砂岩为主。自2009年6月投产以来，一直保持高产稳产态势，为西气东输做出了重要的贡献。随着开采时间和开发程度的增加，生产问题日渐突出，稳产难度越来越大。其中，井筒堵塞是目前面临的主要生产问题之一。

截至2017年，迪那2气田共有21口井出现油压产量异常和通井遇阻情况，分析认为这些井存在井筒堵塞问题。前期在井口取得少量地层砂样，并且油嘴存在冲蚀现象，初步判断地层出砂造成了井筒堵塞。后来在连续油管冲砂及修井过程中取得井筒堵塞物，化验分析后发现了垢及其他物质成分。因此，迪那2气田井筒堵塞是多因素造成的。

针对气井井筒堵塞问题，国内主要采用连续油管疏通和挤注解堵液解堵工艺[2-11]。迪那2气田井先后开展了放喷冲砂、油管穿孔、连续油管疏通和修井换管柱等治理措施，以解决迪那2气田井筒堵塞问题。其中连续油管疏通和修井换管柱措施的治理效果较好，但是费用高、风险大。而挤注解堵液解堵工艺具有施工简单、成本低、风险小、解堵效果好的特点，值得在迪那2气田探索应用。

笔者通过对井筒堵塞物的化验分析，确定了堵塞物类型，有针对性地研制出了高效、安全、低成本的解堵液配方，现场实施效果良好，为迪那2气田井筒堵塞问题的解决提供了重要的技术支持。

1 井筒堵塞物实验分析

1.1 地面取样化验分析

从地面油嘴、井口U型弯管、排污阀等处，多次取得堵塞物（图1）。定性观察堵塞物，主要以砂砾、粉砂为主，含少量堵漏材料和铁屑。实验化验表明，大部分井的堵塞物以二氧化硅为主，含少量铁和钙；DN2-F井的堵塞物以钙为主，有机物含量较高（表1），其中有机物主要是钻井液堵漏材料。因此，判断堵塞物的成分主要是地层砂、垢样和铁屑。

1.2 井筒取样化验分析

DN2-D井井筒堵塞后，采用连续油管钻磨冲砂至井深4 687 m，冲砂返出物呈现两种形态：一种是灰白色片状；另一种为颗粒及粉末状（图2）。取两种形态的井筒堵塞物进行了溶解实验，分析堵塞物成分。

图1 地面取样照片

表1 地面取样化验分析结果表

将片状堵塞物放入8.0%～15.0%的HCl溶液中，溶蚀率非常高，介于80.1%～97.7%，可推断为碳酸盐和硫酸盐，因为砂岩是不能高比例溶于盐酸的，硫酸盐可随盐酸浓度增加溶解量增加。颗粒及粉末状堵塞物化验分析表明，堵塞物中含57.47%硅酸盐和10.34%的铁质成分。

取井筒堵塞物样品3份，进行X射线衍射实验分析（表2）。实验结果表明，堵塞物的主要成分是碳酸盐岩（菱铁矿，方解石、文石等），含有地层砂和铁腐蚀物。但是，地层砂的含量与溶解实验的结果相差较大，可能是XRD检测砂样时，取样点不均匀的缘故。

迪那2气田大部分井采用筛管完井管柱，筛管孔眼直径3 mm。统计数据发现，筛管完井管柱更加容易发生堵塞。修井作业发现，筛管孔眼被砂粒堵死，筛管表面附着一层垢样（图3）。

图2 DN2-D井连续油管冲砂返出物照片

表2 井筒堵塞物X射线衍射定量分析结果表

图3 DN2-G井筛管孔眼堵塞照片

2 解堵液研发

2.1 解堵液研发思路

根据上述分析，可知堵塞物类型主要为地层砂＋垢＋少量铁屑。针对堵塞物类型，确定解堵液研发思路。

1）垢。成分为碳酸盐、硫酸盐等。可用酸、螯合剂等溶解；另外，表面活性剂＋弱酸可清洗砂粒、垢表面油、聚合物，利于溶解垢，且酸性弱，对管柱腐蚀小，较为理想。

2）地层砂。成分为石英、长石、碳酸岩和黏土。必须使用氢氟酸进行溶解，但土酸酸性强，对井腐蚀筒严重，且残酸容易产生二次沉淀，不宜单独使用。螯合剂＋氢氟酸，酸度较低，可以达到完全溶解的效果。

3）铁屑。铁屑含量较少，可在酸液中溶解，无须特殊考虑。

因此，合适的螯合剂配合弱酸是解堵液的基本配方，筛选出好的螯合剂是研制解堵液的关键。

2.2 螯合剂优选

目前用于岩心酸化的常用螯合剂包括EDTA、HEDTA、GLDA、EDTA、Na3EDTA 和 NTA 等。选取5种螯合能力较好的螯合剂，编号为：CA-1，CA-2，CA-3，CA-4，CA-5。其中前3种为胺基多羧酸，后两种为有机磷酸。分别测试它们在弱酸性、弱碱性和3%氢氟酸条件下的螯合值。

弱碱性（pH=10～11）条件下，CA-1对钙和铁离子几乎无螯合能力，CA-5对铁离子螯合值高达417.05，对钙离子螯合值为292.86，比CA-1高两个数量级（表3）。

在弱酸性（pH=3～4）条件下，CA-2对铁离子螯合性能最好，达66.97 mg/g，CA-5次之，有10 mg/g（表 4）。

表3 弱碱性条件下（pH=10～11）5种螯合剂的螯合值表

表4 弱酸性条件下（pH=3～4）5种螯合剂的螯合值表

在3%氢氟酸（ pH=3～4 ）条件下，氢氟酸对螯合剂的螯合能力影响较大（表5）。CA-1加入到氢氟酸中后，直接发生沉淀，不适合用于解堵体系。加入氢氟酸后，CA-2和CA-3对钙离子螯合能力大幅提升，但对铝离子螯合能力大幅下降。CA-4对所有离子的螯合能力整体大幅下降。加入CA-5的氢氟酸体系性能最好，对铁离子螯合能力高达310 mg/g，钙离子达 94.02 mg/g，铝离子在该体系中不发生沉淀。

表5 3%氢氟酸条件下（pH=3～4）5种螯合剂的螯合值表

综合分析5种螯合剂在碱性条件下、酸性条件下以及螯合剂在3%HF体系下分别对Ca2＋、Al3＋、Fe3＋的螯合能力，优选出综合螯合能力最好的螯合剂 ：CA-5。

2.3 解堵液体系优选

采用螯合剂CA-5、CA-2和CA-3与弱酸及氢氟酸复配成不同的解堵液体系，并测试它们对迪那2气田岩心岩粉的溶蚀率。取砂岩岩块，加工成岩粉；将1.5 g岩粉与30 mL酸液混合；放入耐压钢罐中，充氮气，密闭；在高温油浴中（150℃）反应1 h；反应结束后，然后用布氏漏斗过滤，并将反应后剩余的岩粉烘干；称重为w，并计算溶蚀率η=[(1.5－w)/1.5]×100%。

从溶蚀实验结果（表6）可以看到，含有螯合剂CA-5的酸液体系，总体溶蚀效果明显较好，加入氢氟酸过后，部分体系溶蚀率接近土酸甚至超过土酸。其中10%的CA-5和3%HF配合，性价比最好，其次可选10%的CA-5和1%HF配合。在CA-5含量降低到5%时，与5%有机弱酸A1和8%的有机酸A2，配合较好，加入强酸（盐酸）过后溶蚀率可以进一步提升，但强酸需要根据实际情况慎重使用。考虑到有机弱酸A1的钙盐溶解性能没有有机弱酸A2好，我们推荐使用有机弱酸A2的体系。

表6 各酸液体系的岩粉溶蚀能力

通过实验，综合考虑优选出两种高温井筒解堵液体系：8%弱酸A2＋3%HF＋ 5%螯合剂CA-5和3%HF＋10%螯合剂CA-5。

3 解堵液评价

3.1 溶解能力测试

选取了迪那2气田3口井的井筒堵塞物用于测试解堵液体系的溶解能力（表7、表8），其实验结果可以看出，在1 h的条件下，DN2-D井堵塞物溶蚀率最高可以达74%，最低也有33%，对垢样和砂样，均有较好的溶蚀效果。对于DN201井堵塞物，溶解率在34.29%～71.42%之间，溶蚀较好。DN2-H井的堵塞物由于含有钻井液（重晶石等），溶蚀率较低，但也在20%以上。如果继续延长溶蚀时间，溶蚀率会进一步提升。

表7 解堵液对迪那2-D井堵塞物溶蚀情况表（150℃、1 h 条件下）

表8 解堵液对DN2-P井和DN2-H井堵塞物溶蚀情况表（150℃、1 h条件下）

3.2 腐蚀性评价

迪那2气田套管主要采用P110钢级和VM-140HC钢级的碳钢，连续油管材质一般为QT1300材质，油管和筛管采用耐腐蚀性能优良的超级13Cr材质。解堵液体系中加入缓蚀剂KMS-C-1，测试不同材质的腐蚀速率（表9）。可以看到，解堵液体系对3种钢材的腐蚀控制达到行业一级标准，即25 ～ 30 g/(m2·h）。

表9 150℃套管碳钢P110、VM140HC和连续油管QT1300腐蚀速率评价表

3.3 配伍性评价

采用钻井液滤液、环空保护液、酸化液和凝析油四种可能出现的入井流体和地层流体，分别对两种解堵液体系进行配伍性实验。从实验结果（表10）中可以看出，解堵液体系与迪那2气田的入井流体和地层流体具有良好的配伍性，且无沉淀、分层（除凝析油）等现象，具有较好的稳定性。

4 现场应用

DN2-3C 井投产初期，日产气 54×104m3，油压79.81 MPa；因井筒堵塞造成油压产量波动下降；开展了多次放喷排砂解堵措施，效果不明显；对封隔器以下油管进行穿孔作业，油压产量上升后即快速下降，稳产期短。该井为筛管完井管柱，筛管存在严重堵塞，筛管外堆积了大量堵塞物，油管穿孔后，堵塞物进入油管或堵塞穿孔孔眼，导致油管穿孔解堵效果差。2017年从油管中挤注10%CA-5 ＋ 3%HF解堵液体系20 m3，关井反应5 h，对井筒堵塞物进行溶解，然后放喷，油压13.32 MPa↗43.68 MPa、日产油 13 t↗ 32 t、日产气 151283 m3↗ 383765 m3，油压、日产油及日产气增加倍数分别3.3倍、2.5倍及2.5倍。解堵后，累计生产70 d，油压产量稳定，解堵效果良好。

5 认识与结论

1）通过地面取样和井筒取样化验分析，确定迪那2气田井筒堵塞物类型为：地层砂＋垢＋铁屑。

2）针对迪那2气田井筒堵塞物特征，优选出两种解堵液体系：8%弱酸A2＋3%HF＋5%螯合剂CA-5和3%HF＋10%螯合剂CA-5，具有溶蚀率高、解堵效果好、耐高温、腐蚀性小、配伍性好等特点。

3）解堵液体系现场实施效果良好，为迪那2气田井筒解堵提供了重要技术手段；该解堵液体系可以与连续油管冲砂配合使用，实现更好的井筒解堵效果。