低渗油田高压注水井在线酸化技术研究与试验

惠 鑫，黄小峰，刘 虎，马志峰

（延长油田子长采油厂，陕西 延安 716000）

引 言

低渗油田的特点为储层渗透率低，具有较高的非均质性及较低的水驱控制能力，当前大多数低渗油田为达到高效开发的目的，所采取的方式为注水模式，因此需要注水井实施注水[1]。在注水的过程中，由于水内含有结垢及悬浮物等，导致储层随着注水时间的延长逐步堵塞，对于低渗油田注水开发方式的妥善实施不能提供有效的保障[2～4]。为解决以上问题，需采用恰当的解堵方式解除低渗油田高压注水井的堵塞问题，实现对其注入压力的有效降低及地层吸水性的提升，以此达到提高注入量，为低渗油田的安全高效开发提供保障的目的[5]。

酸化技术属于对注水井实施解堵的主要方式。当前较为常用的酸化方式重点为常规酸化模式，此类酸化模式在实际施工中需分别注入有机清洗液、前后置液、顶替液及处理液等，其缺点为施工工序繁琐、协调复杂度高、酸化设备庞大、施工用时较长等[6,7]。为有效规避此类缺陷，需研究更加新颖的酸化技术。在线酸化技术即为一种全新的酸化施工方式，它重点由可囊括常规酸化方式有机清洗液、处理液及前后置液全部功能的复合酸液体系及实时在线监测装置等构成[8]。该技术能够在注水井持续注入的前提下，依据一定比例向注水流程内注入高效复合酸液，经在线稀释所注入酸液后向地层内注入，并在整个注入过程中对施工参数等进行实时在线监控，及时对在线酸化效果予以有效判别。其优点为施工用时短、工序简单、无需大型设备以及安全性高等，其复合酸液体系的选取及性能要求是决定其实际施工效果的关键[9,10]。

基于以上分析，针对低渗油田高压注水井在线酸化技术展开研究与实际应用试验，降低其井口油压及泵注压力，提升其整体施工排量，达到增注降压的实际应用效果，为低渗油田的高效安全开发提供有效帮助。

1 低渗油田高压注水井在线酸化技术研究

1.1 复合酸液体系制备及性能检验

1.1.1 复合酸液体系的制备

通过有机酸、表面活性剂、高性能螯合剂、高效有机溶剂、缓蚀剂以及氟化物等共同制备出复合酸液体系，用于低渗油田高压注水井在线酸化施工中，现实施工应用时无需另行制备其他类别的酸化添加剂，该复合酸液体系囊括了有机清洗液、处理液及前后置液的全部功能。

1.1.2 复合酸液性能的检验方法

实际应用前需通过试验对所制备的复合酸液体系性能实施验证，所需验证的性能包括：①螯合性；②对二次及三次沉淀损害的抑制性；③对在线酸化施工安全性予以保障的缓蚀性；④溶解储层堵塞物的溶蚀性[11]。各性能的试验验证方法为：

（1）螯合性：以铁、钙离子为例，检验有机土酸、多氢酸、土酸及复合酸液对两种铁离子的螯合能力。先分别配制好各种酸溶液，有机土酸、多氢酸及土酸溶液，然后实施检验。具体检验过程为：①对铁离子螯合能力的检验过程：依次由从配制好的有机土酸、多氢酸及土酸溶液内各取出45mL 放入各个锥形瓶内，并分别将等量的1mol/L 的氢氧化钠溶液加入到三种酸液瓶内，将pH 值均调整为2.1，再分别将1.1g 的氯化亚铁溶液添加到各个酸液瓶内，对各酸液瓶内状态实施观测后计算出各酸液对铁离子的螯合能力；由制备好的复合酸液内取出4.5g 酸液装入450mL 的瓶内，将去离子水加入后实施定容，从其中取出4.5mL 向245mL 的锥形瓶内倒入并添加去离子水45mL，分别取两滴2%的磺基水杨酸指示剂与9.5mL 0.1mol/L 的硫酸铁铵溶液加入锥形瓶中，通过0.04mol/L 的乙二胺四乙酸溶液对其实施滴定，直到混合溶液变成黄色为止。②对钙离子螯合能力的检验过程：再次由有机土酸、多氢酸及土酸溶液内各取出45mL 放入各个锥形瓶内，并加入与铁离子检验等量的氢氧化钠溶液，且所调pH值同铁离子检验相同，将1.1g 的氯化钙溶液分别向各个瓶内加入，对各酸液的沉淀状况实施观测后，于88℃环境下放置2.1h，过滤各酸液；通过去离子水溶解所取出的4.5g 复合酸液，向450mL 瓶内倒入，采用移液管由其中移出95mL 向锥形瓶内装入，将氨水- 氯化铵缓冲溶液倒入后将pH 值调整至10.2 上下，然后滴入两滴混合指示剂，直到通过C4H6CaO4溶液将锥形瓶内的混合溶液滴定为紫红色为止。

（2）二次沉淀抑制性：依次从配制的有机土酸、多氢酸及土酸溶液内各取出18mL 溶液，分别放置于各个试管内，并从所制备的复合酸液内取相同量的复合酸液放入另一个试管内，将金属氟化物、氟硅酸盐及氟铝酸盐化合物沉淀物分两次分别加入到各酸液内，对各酸液内不同沉淀物的沉淀状况实施观测，然后向88℃的水浴锅内放置各个试管，直至完全反应之后实施过滤烘干及称量，计算出各酸液的沉淀抑制率。

（3）缓蚀性：通过动态腐蚀仪检验不同酸液对钢片的动态腐蚀情况，以此评价各酸液的缓释性能[12]。试验总用时与温度分别为4.2h 和110℃，所用钢片为n85 型号，每间隔2.1h 检验一次钢片腐蚀率。

（4）溶蚀性：以不同深度储层内的岩粉为例，在88℃的温度下运用四种酸液对不同岩粉实施2.2h的溶蚀试验。

1.2 酸化施工参数确定

令酸液的作用时长得以延伸、酸岩的反应速率下降以及有效将储层损害去除掉即为低渗油田高压注水井储层砂岩在线酸化施工的目标，配液的配比、用量、浓度以及泵压和排量为在线酸化技术所需的施工参数，其中关键施工参数为配液比例、注酸的强度与速度。

1.2.1 配液比例

低渗油田高压注水井在线酸化作业过程中，通过在线稀释向注水过程泵注入浓缩度较高的酸液，直至符合所设定比例后同所注入的水共同到达注水井储层实施酸化解堵。在现实作用中可以目标油田需解堵区间为依据将注酸量确定，并结合单层注水量与浓度比设定所制备酸液同水的配比范围为1.2～1.6；所需注入的总液体量可通过目标油田的整体污染区间确定，并以实际酸化效果为依据，对注入水及酸液的泵注速度予以及时地调节；经由在线酸化监测装置随时记录作业中的表皮系数，当表皮系数长时间处于高值状态时，需对表皮系数实施降低处理，此时可采用降低注水速度并提升注酸速度的方式提升整体酸液浓度实现，以此达到将注水井储层污染堵塞物去除掉的目的。

1.2.2 注酸速度

在对低渗油田高压注水井实施在线酸化施工过程中，为达到深度酸化解堵的目的，需酸液到达注水井的储层深处，为此需将酸液的注入速度尽量提升。为提升酸液的注入速度，应以注水井基质酸化低于底层破裂压力为前提，将理想的注酸速度与压力区间获取到，并对经济予以综合考量后最大限度地提高注水井酸蚀位置的渗透率与半径。根据文献[13]中对注酸速度的分析推导得出施工中在线酸化最高注酸速度运算式，具体如下：

由于在线酸化作业速度L 低于最高注酸速度，因此一般取在线酸化作业速度L 为最高注酸速度的95%，防止作业过程中发生地层压破的事故。

1.2.3 注酸强度

通常注水井储层的污染区间与污染水平、孔隙度及酸岩反应特点等对在线酸化作业中注酸强度存在关键影响。酸液可作用到的区间大小由酸化反应前沿决定，设定酸液所接触到的孔隙中可溶物均会被溶解掉，依据快慢性反应物同酸液之间的反应特点，以及酸液注入时反应前缘所发生的改变，结合反应前沿等能够将注酸强度预估出，具体过程为：

（1）单位岩石孔隙体积内被酸液溶解掉的矿物总量同单位体积岩石内的矿物总量相比，即为酸液能力数Mac，酸液消耗速率同酸液对流速率二者的比值即为达姆科勒数Mda，二者均属于无因次参数，可经由运算获取到。

（2）岩酸反应的无因次前缘位置ωf可通过解堵半径rw获取到，即：

1.3 在线监测装置

在在线酸化作业中通过耐酸泵持续将酸液注入到注水流程内，同时运用在线监测装置对注入过程中的速度与强度实行实时监控，并实时在线记录表皮系数，依据所记录的表皮系数对酸化解堵效果进行判别，在该系数下降到设定值时完成酸液注入过程，实现在线酸化施工中的酸液智能注入。在线监测装置的实时监控过程如图1 所示。由模数转换器、流量与压力测量元件等测得作业中的注酸速度与强度等数字信号，经由计算机传至运算单元计算出实时表皮系数，当计算值比预先设定的表皮系数值高时，则继续实施注酸；当计算值小于或等于预先设定值时，则可结束注酸，完成对在线酸化作业的实时监控过程。

图1 在线监测装置实时监控过程图Fig. 1 The real time monitoring process diagram of online monitoring device

2 试验结果分析

以某低渗油田中任意一个高压注水井作为试验对象，将在线酸化技术应用到此高压注水井上，检验实际应用效果。实际应用前先针对本文所制备的复合酸液体系性能实施检验，应用检验后的复合酸液对试验注水井实施在线酸化施工，检验实际在线酸化效果并展开相应分析。

试验注水井所处油田的埋藏深度较深，9%～21%的孔隙度分布，渗透率平均值范围为1.68×10-3～45.5×10-3μm2，整体渗透性能较低，具有较高程度的成岩，储层的储集范围内包含次生孔与原生粒间孔等，具有十分宽广的孔喉分布区间，其半径平均值为3.01μm，易导致敏感性损害，故其在线酸化施工中所应用的复合酸液，需具备较高的螯合性与二次沉淀抑制性等性能。

2.1 酸液体系性能检验

试验中主要针对有机土酸、多氢酸、土酸以及所制备复合酸液的螯合性、沉淀抑制性、缓蚀性及溶蚀性实施检验，具体如下：

（1）各酸液对铁、钙离子的螯合能力检验结果如图2 所示。由图2 能够得出，复合酸液对铁、钙离子的螯合能力分别为447.3mg/g 与255.1mg/g，而其它三种酸液对两种离子的螯合能力均较低，特别是土酸的螯合能力几乎为0，由此说明，所制备的复合酸液具有较高的螯合性。

选取EGTA、TMA-52、TPEN、及HMC-M1 等6种螯合剂作为对比对象，检验复合酸液及各螯合剂对铁、钙离子的容忍量，对比复合酸液与不同螯合剂的螯合能力，检验对比结果详见表1。通过表1 可看出，与6 种专业的螯合剂相比，复合酸液对铁、钙离子的容忍量依然最高，可见，所制备复合酸液具备显著高效的螯合能力，可对在线酸化作业过程内的铁、钙离子二次沉淀起到一定的预防作用。

表1 复合酸液同各种螯合剂的螯合能力对比Table 1 Comparison of chelating ability of complex acid solution with various chelating agents

（2）各酸液对不同沉淀物的二次沉淀抑制性检验结果详见表2。通过表2 可得出，四种酸液中，土酸的各种沉淀物的沉淀状况均最为严重，且二次沉淀抑制率也均为最低，而本文所制备的复合酸液在两次加入不同沉淀物后依然可保持清澈或微浑浊状态，且对三种沉淀物的二次沉淀抑制率平均值可达到72.42%，可见，所制备的复合酸液具有较好的二次沉淀抑制性能。

表2 各酸液对不同沉淀物的二次沉淀抑制结果Table 2 The secondary precipitation inhibition results of different precipitates with different acid solutions

（3）各酸液的缓蚀性检验结果如表3 所示。由表3 能够得出，两次腐蚀率试验中，土酸对钢片的腐蚀率最高，复合酸液对钢片的腐蚀率最低，四种酸液的平均腐蚀率由低到高依次为复合酸液＜有机土酸＜多氢酸＜土酸，说明，所制备的复合酸液具有更低的动态腐蚀率，缓蚀性能较佳。

表3 各酸液的缓蚀性检验结果Table 3 The corrosion inhibition test results of each acid solution

（4）将储层内不同深度所获取到的岩粉编号为a、b、c，分别选取7%与11%两种浓度的有机土酸、多氢酸、土酸及复合酸液对各编号岩粉实施溶蚀，检验不同浓度下各酸液对不同深处岩粉的溶蚀性，检验结果如图3 所示。分析图3 能够得知，四种酸液浓度的上升均显著提升了对不同深度岩粉的溶蚀率，两种浓度下四种酸液的溶蚀率由高到低排序依次为土酸、复合酸液、有机土酸、多氢酸，其中复合酸液较土酸而言，对不同深度岩粉的溶蚀率微低，复合酸液与土酸均具有较好的溶蚀性能。

2.2 应用结果分析

经过对所制备复合酸液各项性能的检验之后，运用该复合酸液对试验注水井实施在线酸化施工，检验在线酸化施工前后试验注水井的注水量、井口油压、泵注压力、表皮系数以及总施工排量，通过所得检验结果分析在线酸化技术的实际应用效果。检验对比结果如表4 所示。分析表4 可得出，在实施在线酸化施工前复合酸液未注入到试验注水井地层内时，试验注水井地层的吸液能力不够理想，泵注压力与井口油压分别高达9.77MPa 和9.11MPa，注水量仅为226.1m3/d，表皮系数高达15.55，且总体施工排量仅为0.25bbl·min-1，整体施工压力较高；而在实施在线酸化施工之后，有效提升了试验注水井地层的吸液能力，注水量升高了136m3/d，泵注压力与井口油压显著降低，总体施工排量上升至施工前的10.72 倍，升高趋势十分明显，且通过实时监控得出施工后的表皮系数可降低至0.18，可见，运用所制备复合酸液对试验注水井实施在线酸化施工，具有非常明显的增注降压效果，可实现对注水井储层堵塞物的酸化解堵，实际应用效果十分显著。

表4 在线酸化前后试验注水井各项量值对比Table 4 The comparison of various quantity values of test water injection wells before and after the online acidification

3 结束语

注水井的注水量与吸液情况对低渗油田的开发效率起到直接的影响作用，为此本文研究低渗油田高压注水井在线酸化技术，并对该技术的实际应用展开试验分析，制备包含高性能螯合剂、有机酸及缓蚀剂等的复合酸液体系，检验此复合酸液体系的各项性能，并确定在线酸化施工中的注酸速度与注酸强度等关键参数，同时设计在线监测装置，应用所制备的复合酸液以确定的施工参数在监测装置的实时监控下，对低渗油田高压注水井实施在线酸化施工，复合酸液性能检验结果表明，所制备复合酸液的螯合能力较高，可预防在线酸化作业过程中铁、钙离子的二次沉淀，且能够有效抑制金属氟化物、氟硅酸盐及氟铝酸盐沉淀物的二次沉淀，平均抑制率可达72.42%，螯合性与沉淀抑制性均较高，动态腐蚀率较低，具有较好的缓蚀性，溶蚀岩粉的溶蚀率较高，溶蚀性能表现良好；实际施工结果表明，本文技术可提高高压注水井的地层吸液性能与注水量，降低施工压力与井口油压，显著提升整体施工排量，实时监控施工中的表皮系数，增注降压效果十分显著，有效解除高压注水井储层堵塞物，提高低渗油田整体开发的安全性与高效性。