保持和提高油层产能的综合工艺

胡业文 冯鼎 冯耀忠 (中石化胜利油田分公司纯梁采油厂)

保持和提高油层产能的综合工艺

胡业文 冯鼎 冯耀忠 (中石化胜利油田分公司纯梁采油厂)

为了保持和提高地层的产能,开发成功了可排出地层无机、有机、液态、黏塑和固态堵塞物的地层超声波物理化学处理工艺;可稳定黏土和快速排出堵塞物的盐酸和聚丙烯酸处理工艺;可降低酸岩反应速度的微乳酸处理工艺。给出了这类新工艺的工艺过程,矿场使用结果表明,这类工艺是高效的,既可用于油井,也可用于注水井,在油田开发晚期采用这类新工艺,可提高油井的产油量和地层采收率。

综合工艺 动态超声波物理化学处理 盐酸-聚丙烯酸酸化 微乳酸酸化提高油层产能

为了保证油田的原油稳产,必须改进和完善油井的钻井和射开油层—油井增产和修井—提高采收率方法等工艺及对地层采用先进的综合处理工艺。有发展前景的两类方法:用综合多相清洗处理剂清除近井地带的污染和沉淀;消除近井地带的污染源。

1 提高油井产能的工艺方案[1]

油田作为一个开发整体,其开发设计概念的主要标准是最大限度地保持、恢复和提高油井产能。可有效打开地层和洗井的液体、压井液、堵水和油井增产处理组分以及有效使用这些化学剂的新工艺和新方法,是达到该标准的基础。目前已成功开发和应用的工艺有:

◇高质量打开地层和诱导油流方法

◇可增大产液剖面的固井方法和直井与水平井井底结构

◇可保持地层储油性能的高质量压井和洗井工艺

◇改进的碎屑岩和灰岩直井与水平井近井地带处理工艺

◇碎屑岩和灰岩地层水力压裂工艺方法和技术

◇进行生态安全修井的组合井口设备

2 动态超声波物理化学处理新工艺[1]

根据多次研究和矿场试验,开发成功了可清除近井地带复杂污染和油井设备高分子有机物沉积、恢复无利润低产井产能的高效增产新工艺。

在油井-地层系统中以所有可能的动态过程方式实施的声波-化学工艺方案包括:降压、升压和交替降压-升压方式。采用该种声波、水动力、热力和物理化学综合处理方法可清除有机、无机、液态、黏塑和固态污染物,达到较高的处理质量。它是全新原理的近井地带处理——动态超声波物理化学处理。

对不同地质物理条件的40口油井实施该工艺的矿场试验结果表明,该种近井地带处理新工艺是高效的。近年来该工艺的矿场实施规模已达800井次,每井次的经济效益为40×104～65×104卢布。矿场应用表明,这种处理方法应用于碎屑岩和灰岩地层的油水井均取得了成功。在打开地层和修井后诱导油流的整个开发过程中的实施结果证明,该工艺具有通用性。

在油井压井和小修期间,采用地层近井地带处理和油井设备清洗综合工艺,不仅可在后续修井时保持油井产能 (常规的用水压井油井产能下降15%～25%),而且采用表面活性剂烃溶剂乳化液渗滤处理还可使油井增产25%～50%。将压井、近井地带处理和清蜡同时进行,可大幅度节约资金,降低原材料和劳动力消耗。此外,采用综合工艺还可不进行专门的油井准备和诱导油流工作,只要启动油井设备即可投产,可大大减少油井后续修井的产油量损失。该工艺的油田实施总量大于3 000井次,取得了较高的经济效益。

3 油水井的盐酸和聚丙烯酸处理[2]

灰岩地层的主要组分是碳酸盐,可很好地溶于酸。因此,用于恢复和提高灰岩地层近井地带渗透率的主剂是盐酸,通常采用的盐酸浓度为8%～15%:其中砂岩和灰岩地层8%～10%,低压高渗透灰岩10%～12%,高压低渗透灰岩12%～15%。不推荐采用更高的盐酸浓度,因强烈的腐蚀最终会堵塞地层。其处理效果由添加的组分确定,盐酸可溶解和排出灰岩成分。而聚丙烯酸的有机羧酸水解可使黏土物质失去层间水,发生结晶畸变,使含大量的K+、Na+离子的黏土失去膨胀能力。这已被油水井处理前后,对其高效液态色谱图研究和对地层的灰质和泥质的折射研究所证实。

由于在近井地带,该种化学剂和盐酸会发生有机羧酸的脱羧基水解反应:

这时,地层淤积物就可起到反应催化剂的作用。由CO2形成的高压差可使地层的堵塞物质破坏和沉积破裂,形成易于运移的物质,从而可被注入水挤入地层,或由近井地带采出地表。

这种新工艺处理地层的特点是首先进行分解和排出近井地带堵塞物的处理,然后再对其进行强化油流或提高吸水能力的处理,它还可在最低渗透小层发生反应,从而使整个地层的吸水能力和产油量增加。

采用新工艺综合处理油水井的实验在俄罗斯的肯基亚克油田进行。首先对注水井3109井进行了综合处理。该井的井深400 m,井身结构:表层套管245 mm×116 m,生产套管168 mm×397.8 m,人工井底387.8 m。射孔段376～371 m;374～3 693 m;361～358 m;355～351 m;342～339 m;321～3 316.5 m(29.5 m)。井下设备:喇叭口293 m;油管73 mm×293 m(31根)。在处理前测试了该井的吸水能力:在4 MPa的压力下为100 m3/d;处理后在1.5 MPa的压力下该井的吸水能力增加到540 m3/d。

后来又用该工艺处理了油井8301井。井底深度4 302 m,井身结构:表层套管 339.7 mm× 1 225.42 m;技术套管244.5 mm×3 768.07 m;生产套管168.3 mm×3 200.10 m,139.7 mm× 3 200.11 m。射孔段4 296～4 392 m。该井下入

88.9 mm (0～2 205 m)和 73 mm (2 205～4 205 m)油管。处理后该井的产油量由70 t/d上升到120 t/d。

4 油水井的微乳酸处理[3]

提高灰岩地层采收率的最有效方法是盐酸处理。将盐酸注入地层就可在其中形成宽的裂缝和孔隙渗滤通道,溶蚀空洞壁和将裂缝、空洞和孔隙性岩块连接起来,从而使油井增产。生产实际表明,首次酸化的增产效果最好,随后的酸处理的增产效果不断降低,甚至为零,究其原因是酸液在井径附近的中和速度太快。为了提高采收率,必须保证油层的较远地带也能投入开发。

活性酸液在地层中的最大穿透深度取决于它在地层条件下中和的持续时间,而中和时间又是由酸液类型、配方、灰岩地层的岩性-物性特点和地层的温压条件决定的。为了提高灰岩地层的酸化效果,俄罗斯根据多年来的室内研究和矿场试验,开发成功了一种微乳酸配方。矿场应用结果表明,它具有良好的增产增注效果。

微乳酸的主要成分:12%的盐酸、柴油、乳化剂和微乳液稳定性调节剂。它是分散在烃类 (柴油、宽馏分轻质油、未稳定汽油和煤油等)中的盐酸悬浮液。乳化剂可用反相乳化活性剂,微乳液稳定性调节剂是颗粒尺寸为0.005～0.04μm的纳米二氧化硅。它们进入地层孔隙喉道后可降低相间张力,并可使地层憎水,从而降低毛管效应。其结果是可将松散的束缚水从地层的不排油和弱排油井段以及地层的较远区域排出,并可大幅度减缓酸岩反应速度。微乳酸的主要优点:

(1)它在乳化液与原油界面间的低相间张力可使其在地层孔隙空间中具有高渗滤能力,如密度为0.82 g/cm3、黏度为2.14 mPa·s的原油与18%盐酸间的相间张力为17.4 mN/m,而微乳酸的为0.13 mN/m。

(2)在酸处理时可防止在地层中形成导致油井投产困难的高黏乳化液。如分散在原油中的18%盐酸可形成黏度为250 mPa·s的乳化液,而新型微乳酸的黏度仅有40～60 mPa·s。

(3)酸液被烃类介质包围,将其注入地层时不会腐蚀油井设备。

新型微乳酸最显著的特点是可大幅度延长酸岩反应时间,显著提高地层近井地带较远区域的渗透率。当地层近井地带存在污染时,油井的酸处理分两个阶段进行:首先是向地层注入设计量的微乳酸,然后再将其挤入地层近井地带的较远区域。微乳酸进入地层预定位置后,只在其破乳后酸液才同岩石反应,其破乳时间可由其组分调节,在6～24 h间变化。该种新型微乳酸适应于渗透率为0.01～1.0μm2、有效厚度不小于1.5～2 m的灰岩地层。它可在产液量为3 t/d的油井和注水量为5～400 m3/d的注水井上实施,保证其成功处理的必要条件是套管工艺性完好和不存在管外窜槽。对油水井的处理只需要1台注酸和工艺流体的水泥车、2台罐车、1个容量为15～20 m3的搅拌池,以及1个喷射器和1个分散器。

通过矿场实验和室内研究,确定的微乳酸最佳配方和施工工艺为:

◇微乳酸浓度:0.5%～1.5%;

◇微乳液稳定性调节剂浓度:0.05%～0.15%;

◇盐酸和烃溶剂的质量比:1.5∶1～2∶1,这时就能得到可将其挤入地层近井地带较远区域的相对黏度为50～150 s的微乳液;

◇每米射开有效厚度的微乳酸用量:2～3 m3;

◇挤注完微乳酸后,油井处理可用原油,水井处理可用地层水进行顶替,顶替液的体积为微乳酸体积与套管内容积之和;

◇关井反应24 h。

用新工艺对油井近井地带的处理始于2002年。首批处理了2口油井,其增油量为192 t,处理效果为每井次3.3 t/d,处理成功率为50%(表1)。处理效果较差的主要原因是该工艺的应用时间较短。

表1 油井微乳酸处理效果

在2002—2004年期间,用该工艺的处理井数增加,而增油量下降,单井的处理效果由3.3 t/d下降至1 t/d,但处理的成功率达77%(表1)。这期间处理效果下降的原因是采用的一种主要组分——石油馏出物不合格。后来专家建议采用柴油代替,并从2005年开始继续实施。2005年用该工艺处理了17口油井,处理效果为1.6 t/d,处理成功率达82%。2006年第一季度共处理了5口井,处理效果为2.4 t/d,其成功率为100%。

处理的油井按其增油效果可分为三类:

◇有效:平均增油量1.0～3.6 t/d,共有21口油井;

◇低效:平均增油量0.5～1.0 t/d,共有13口油井;

◇无效:共有6口油井。

5 结论

(1)用高效油井增产新工艺处理40口油井的结果表明,油井的产油量增加了100%～150%。

(2)用盐酸和聚丙烯酸组分对注水井3109井处理,该井的吸水能力由100 m3/d上升到 540 m3/d;对油井3109井进行处理,产油量由70 t/d上升到120 t/d。

(3)盐酸和聚丙烯酸处理 (盐酸∶聚丙烯酸化学剂=1∶1),可扩大应用于需增产和增注的油水井。

(4)2002—2006年,共用微乳酸处理了40口油井,累计增油2×104t,平均每井次的增油量为2 t/d,处理成功率为85%。目前该工艺已在许多油田推广应用。

[1]Х и с а м о вРС,ид р.К о м п л е к ст е х н о л о г и йс о х р а н е н и яи у в е л и ч е н и я п р о д у к т и в н о с т и н е ф т я н ы х п л а с т о в[J]. Н е ф т я н о ех о з я й с т в о,2007(7),50-53.

[2]М е д в е д е вАД,ид р.П р и м е н е н и ек о м б и н и р о в а-н н о й т е х н о л о г и ио б р а б о т к ис к в а ж и нк о м п о з и-ц и е йн ао с но в ес о л я н о йк и с л о т ы ир е а г е н т а П А К[J].Н е ф т я н о е х о з я й с т в о,2008(1),94-95.

[3]Н е ф ё д о вНВ.И н т е н с и ф и к ц и яд о б ы ч ин е ф т и м е т од о в о б р а б о т к ип р и з а б о й н о йз о н ык и с л о-т н о йм и к р о э м у ль с и е й[J].Н е ф т я н о ех о з я й с т в о,2007(2),58-59.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.7.003

2009-08-06)