注水井不动管柱螯合酸脉冲式注入酸化增注技术

2018-10-13杨乾隆李立标陶思羽陆小兵朱继云

石油钻探技术 2018年5期

杨乾隆，李立标，陶思羽，陆小兵，朱继云

(1.中国石油长庆油田分公司第十采油厂，甘肃庆阳 745100；2.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安 710021)

注水是油田增产稳产的有效手段之一，我国80%以上原油产量来自注水开发油田[1_3]。长庆油田低渗透、特低渗透砂岩油藏受储层物性及注入水水质等因素的影响，部分区块注水压力逐年上升，导致注水井出现高压欠注现象。酸化是降压增注的有力手段之一，砂岩油藏主要采用土酸、氢氟酸和多氢酸等酸液进行酸化增注，但常规砂岩酸化增注技术存在作用距离有限、有效期较短、施工工序复杂、占井周期长和多次酸化增注无效等突出矛盾[4_5]。2004年，U.Chike等人[6]率先提出了“一步”代替“多步”的一体酸概念，此后，众多学者对此进行了大量的研究工作[7_11]。刘涛等人[12_13]将酸液酸化和水力脉冲结合，并通过试验分析了先脉冲后酸化、先酸化后脉冲和边脉冲边酸化等3种酸化模式的酸化效果，结果表明，复合酸化比单独酸化的效果好，而边脉冲边酸化的效果最好。

笔者借鉴前人研究成果和以往现场施工经验，在现有酸化工艺的基础上，对优化后的高效酸液进行了室内评价，通过优选和模拟研究分析脉冲式注入方式对酸化效果的影响，提出了注水井不动管柱脉冲式注入酸化增注技术，打破了常规酸化施工周期长、工序复杂和设备动用多的现场施工模式，具有施工不停注、不动管柱、不泄压和不返排等优点，现场应用增注效果较好。

1 脉冲式酸化增注技术原理及可行性

注水井不动管柱脉冲式注入酸化增注技术(简称不动管柱脉冲式酸化)的主要原理是：通过优化得到一种新型高效酸液，将常规砂岩“三段式”酸化模式简化为单步酸化，即高效酸液具有前置液、处理液和后置液的作用，从而形成酸化增注技术。该技术具有不动管柱、不泄压、不返排和占井周期短等优点，为了加强酸化效果，将水力脉冲与酸化技术结合，即注酸时通过控制排量交替变化，使酸液在井底产生水力冲击波，迫使液体中出现水击现象(即在短时间内液体流速剧增或骤降)；由于酸液流速的突然变化，使注入压力突然升高或降低，从而在油管中产生交替升降的压力，冲击波经传播作用在油层岩石壁面，并进行交变扰动和振荡剪切，可使储层岩石产生微裂缝；同时水力冲击压力能使流体快速流动，起到冲刷孔道和携带堵塞物脱离孔道的作用，即形成一种“动态解堵”过程，从而达到深部解堵的目的。

为了验证该技术的可行性，选取目标区Y1_01井的2块岩心进行室内试验，依据目标区地层温度将试验温度设定为60 ℃，首先用基液测得2块岩心的原始渗透率，然后进行不动管柱脉冲式酸化与常规不动管柱酸化，完成注酸后采用基液进行驱替，分别测得2块岩心酸化后的渗透率，结果如图1、图2所示(图中，K、K0分别为酸化后和酸化前的岩心渗透率)。

图1 不动管柱脉冲式酸化后与酸化前岩心渗透率的比Fig.1 Permeability ratio before and after pulse injection and acidizing

图2 常规不动管柱酸化后与酸化前岩心渗透率的比Fig.2 Permeability ratio before and after conventional injection and acidizing

从图1和图2可以看出，采用不动管柱脉冲式酸化后，酸化后与酸化前岩心渗透率的比由1.0升至8.2，渗透率提高了7.2倍；而采用常规不动管柱酸化后，酸化后与酸化前岩心渗透率的比由1.0升至5.7，渗透率提高了4.7倍，可见不动管柱脉冲式酸化增注效果较好。

2 酸液性能评价

为了实现不动管柱酸化施工，必须优化酸液的性能，达到“以一代三”的效果。为此，结合长庆油田储层特征、欠注机理和注入水水质，进行了大量室内试验，研发了COA_1S酸液。该酸液由盐酸、氢氟铵盐、有机磷酸和螯合剂等多种添加剂配制而成，为多元弱酸，其水解速率缓慢，注入地层后可以达到深穿透目的，同时具有较强的螯合抑制性能，能减少二次沉淀的产生。

2.1 缓速性能

酸液反应速率决定了酸液的有效作用距离，为了评价COA_1S酸液的缓速性能，进行了室内对比试验。在60 ℃下，分别用土酸和COA_1S酸液与目标区岩粉反应4 h，测定不同反应时间下岩粉的溶蚀率，结果如图3所示。

图3 酸液溶蚀率与作用时间的关系Fig.3 Relationship between dissolution rate and action time of acid system

从图3可以看出，COA_1S酸液的溶蚀率低于土酸，随着反应时间增长，可逐渐接近土酸的溶蚀率。

将COA_1S酸液和盐酸加入到不同体积的质量分数15%的NaOH溶液中，测定反应后液体的pH值，结果如图4所示。

图4 COA_1S酸液的酸度曲线分析Fig.4 COA_1S acidity curve analysis

从图4可以看出，COA_1S溶液中的H+是缓慢电离出的，因此可延长酸岩反应时间，扩大酸液有效作用距离，实现深部酸化解堵，具有较好的缓速性能。

2.2 螯合抑制性能

为了分析对比常用酸液与COA_1S酸液对金属阳离子的螯合抑制性能，分别配制土酸、多氢酸、氟硼酸和COA_1S酸液，并各取50 mL酸液放置在烧杯中，加入相同体积的阳离子溶液，观察沉淀情况，然后将4种酸液分别放在60 ℃恒温箱中2 h，观察沉淀的变化情况，并进行过滤、烘干和称重，计算金属离子抑制率，结果见表1。

表1COA_1S酸液的螯合抑制性能

Table1ChelationinhibitionperformanceofCOA_1Sacid

酸液Ca2+抑制率,%Si4+抑制率,%Fe3+抑制率,%Al3+抑制率,%土酸多氢酸60.731.436.326.4氟硼酸69.129.048.544.0COA_1S93.767.877.358.8

从表1可以看出，与常规酸液相比，COA_1S酸液对Ca2+、Si4+、Al3+和Fe3+等金属离子具有较好的螯合抑制效果，能起到减少二次沉淀的作用，可满足不动管柱酸化后不返排的要求。

2.3 缓蚀性能

采用石油天然气行业标准《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》(SY/T 5405—1996)中的测试方法，测试带涂层N80钢片在COA_1S酸液中的腐蚀速率。首先测量N80钢片的表面积及质量，然后将其放入COA_1S酸液中腐蚀24 h后取出，再次称量其质量，计算得到平均腐蚀速率为0.429 4 g/(m2·h)(见表2)，观察发现其涂层均未脱落，说明COA_1S酸液对井下管柱的腐蚀速率极小，具有较好的缓蚀性能，能满足不动管柱酸化的要求。

3 现场应用

3.1 总体应用情况

截至目前，注水井不动管柱螯合酸脉冲式注入酸化增注技术现场应用3井次，施工成功率100%，有效率100%，施工过程平稳有序，平均施工时间6.0 h，增注措施后平均注水压力下降9.2 MPa，单井增注水量12.3 m3/d(见表3)。

通过对酸液及工艺的优化改进，将多项技术融合为一体，提高了降压增注效果，提高了施工的成功率和措施的有效率，且大幅缩短了施工占井周期，减少了施工设备动用量，施工步骤简便，安全风险低，同时降压增注效果显著，达到了降本增效的目的，为低渗透油田欠注井治理提供了新的技术措施。下面以Y1_01井为例分析其应用效果。

表2 COA_1S酸液的缓蚀性能Table 2 Corrosion inhibition performance of COA_1S acid

表3 不动管柱螯合酸脉冲式注入酸化增注技术应用效果统计Table 3 Statistics on the effect of pulse acid injection and acidizing stimulation for the immobilized string

3.2 Y1_01井的应用情况

Y1_01井是一口注水井，该井2015年10月29日投注，初期配注量10.0 m3/d，实际注水量10.0 m3/d，注水压力15.0 MPa；2016年11月15日开始欠注，2016年11月27日洗井挤注无效，配注量10.0 m3/d，实际注水量1.0 m3/d，注水压力15.0 MPa。2017年4月18日进行氟硼酸酸化，酸化后未见效，配注量10.0 m3/d，实际注水量1.0 m3/d，注水压力15.0 MPa。为提高该井注水量，2017年11月4日对该井采取不动管柱螯合酸脉冲式注入酸化增注技术措施。

进行不动管柱脉冲式酸化增注施工时，首先进行反洗井作业，清洗管柱及井底杂物，建立有效循环通道；然后进行试挤，挤注压力17.1 MPa，排量150 L/min；连接酸化管线，将酸液罐车与备水车同时接入400型水泥车，调整进口闸门，酸液与水按照1∶1比例混合注入井筒，排量150 L/min，注入压力17.5 MPa，待酸液到达地层后，注入压力降至16.5 MPa；排量调整为300 L/min与100 L/min进行脉冲注入，30 s交替一次，使其在井底产生水力冲击波，现场共实施脉冲10段50次(1段交替5次)，待脉冲注入改为正常注入后，施工压力由16.5 MPa降至12.0 MPa；最后4.0 m3酸液以100 L/min排量注入，以充分改善近井地带地层渗透率；注酸结束后，停泵切换到注水流程，酸化施工用时6.5 h。

与采取不动管柱脉冲式酸化增注技术前相比，Y1_01井酸化后注水压力为1.8 MPa，下降13.2 MPa，注水量为14.0 m3/d，增加13.0 m3/d，视吸水指数由0.067 m3/(MPa·d)提高至7.780 m3/(MPa·d)，降压增注效果明显。目前，该井配注量15.0 m3/d，实际注水量15.0 m3/d，注水压力5.8 MPa。Y1_01井采取不动管柱脉冲式酸化增注技术前后的注水曲线如图5所示。