海上油田非均质砂岩油藏酸化增产技术实践

邹剑 王弘宇 王秋霞

摘      要： 为了解决海上油田压裂增产方法与技术费用高、难度大的问题，分析了渤海盆地MM油田储层特征及伤害机理，针对性地开展了酸液体系的研发，分析了酸液抑垢能力、酸液溶蚀能力和对堵塞物的溶解能力，通过实验将新型螯合酸与传统采用的酸液进行比较，反映出了新型螯合酸的良好性能。自2015年实践以来，推广应用超过400井次，成功率接近96%，增注效果明显。

关  键  词：海上油田;砂岩;酸化压裂;提高采收率

中图分类号：TE357        文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2020）08-1754-04

Abstract： In order to solve the problem of high cost and difficulty of fracturing stimulation method and technology in offshore oil field， the reservoir characteristics and damage mechanism of MM oil field in Bohai basin were analyzed， the research and development of acid system were carried out， and the scale inhibition ability， acid corrosion ability and plug dissolution ability of acid solution were analyzed. The new type of chelating acid was compared with the traditional acid solution through experiments. The results showed that the new chelating acid had good properties. Since 2015， the acid system has been popularized and applied in more than 400 wells， the success rate was close to 96%， and the injection increase effect was obvious.

Key words： Offshore oil field; Sandstone; Acid fracturing; Enhanced oil recovery

油气资源开发一直是个世界各国关注的重点，我国围绕油气藏工业化应用而展开的研究和试验数量更是众多，目前形成了水平井双封单卡分段压裂等主体技术以及相应地配套工艺，并且自20世纪90年代以来就掀起了致密砂岩油气藏的商业开发热潮[1]。致密砂岩油气藏的特点是孔隙度小、渗透率低，商业开发过程中需要大规模水平井压裂增产。压裂增产方法与技术的发展经历了一个很长的过程，从20世纪50年代至今，从仅用于单井增產增注到与油藏工程相结合的优化作业，应用范围越来越广，技术也越来越成熟[2]。但是这种技术费用高、难度大，因此探究作业过程中更高效率的方式就成了重点[1]。当前我国的油田作业追求更加安全、更加高效、更加经济的作业方式，因此普遍采用的是酸化技术以提高产量，并且还在不断寻求解决作业成本高、过程复杂和返排液处理难度大等问题的有效方式[3]。由于螯合酸具有传统酸液体系的众多性能，许多研究者在螯合酸酸化方面有不少新思路和新建议。伴随着商业开发的迫切需求，新型螯合酸体系的提出成为必然[4]。

周震岩等针对冀东油田南堡区块1号构造酸化的优化问题，分析了南堡油田1号构造的储层地质特征以及储层前期酸化情况，从钻井完井、修井作业和生产过程3方面分析储层潜在的损害机理，同时分析了氟硼酸等酸液的各自适用特点。在现场应用中，油井使用自生土酸体系后，取得了良好的增油效果。白昕在对敏感性强的砂岩油藏储层特征及伤害因素分析的基础上，通过对砂岩油藏酸岩反应机理的研究，完成了主体酸、稠化剂、助剂的研制开发，形成适用于敏感性强的砂岩油藏的复合黏稳酸体系，按技术要求完成相关性能评价[5]。

综上所述，伴随着商业开发的需要，高效的油气藏水平井压裂增产方法和技术成为了研究的热点。本文旨在通过对MM油田储层特征进行详细的分析，并针对这些特点进一步探究新的更加有效的酸液体系[6]。螯合酸体系的应用不仅能很好解决解堵问题和二次伤害问题，还能大大提高效率和降低成本。此外在螯合酸体系提出的同时，针对实践的进行，开发出了一种新的复合有机解除剂，能够兼顾有机物与无机物的解除[7]。

1  MM油田储层特征及伤害机理

1.1  MM油田储层特征

MM油田储层岩石矿物的平均含量中大致有60%的石英、13%的正长石、16%的斜长石、8%的黏土矿物质以及3%的其他矿物，石英的含量随着深度的增加而增加。砂岩的固结程度取决于埋藏深度，由于埋藏较浅，因此砂岩固结程度也较弱[8]。

利用X-射线衍射全岩矿物成分分析，可以了解随着深度的改变，矿物的含量情况。从实验结果来看，MM油田不同层位岩性的差异比较小，但是由于泥质含量的影响，大部分层段出现了黏土微粒运移堵塞。在探讨酸液研发的问题时，会将这一情况纳入考虑，酸化解堵时要适当考虑防膨的问题。

通过XRD对研究区黏土矿物进行了分析，其结果显示研究区黏土矿物的类型包括高岭石、伊利石、绿泥石、蒙脱石以及伊蒙混层，其重量百分比大致为37%、23%、10%、8%和22%。从样本分析来看，高岭石的相对含量占比最高，在电子显微镜下集合体通常是鳞片状和放射状等。伊利石大部分属于碎屑成因，是黏土基质的组成成分之一。伊蒙混层在电子显微镜下观测到S+1形态呈桥接状充填粒间孔隙。

总的来说储层孔隙度分布在18%～34.6%之间，渗漏率大致分布在15.5～5 900 mD之间，极差很大，非均质性强，具有高孔隙度、高渗透性的特点。通过数据对油田各层岩心的孔渗关系进行分析，可以得知样本中的明化镇组和馆陶组孔隙度与渗透率线性相关度很高（图1）。

1.2  储层伤害机理

一般而言，储层伤害包括造成近井地层绝对渗透率下降、完井造成的井底流入限制等，下面从物理作用和化学作用来说明储层伤害机理。物理作用有在生产过程通常无法避免的应力损害、因流动通道的缩窄或者流速变慢时微粒在孔喉发生的堵塞而造成的储层渗透率下降等;化学作用则包括了水敏损害、酸敏损害、盐敏损害和无机垢沉积等，概括而言就是外来流体与储层岩石不配伍或者外来流体与储层流体不配伍情况。结合前文提到的储层矿物成分分析结果可以知道，储层的伤害类型有微粒运移和铁沉淀等[9]。

结合实验结果与数据分析可以得出MM油田详细的储层特征，如渗透率极差大、非均质性极强、油田地面原油具有高胶质和高酸值、由于多年开发引发的各小层压力不均衡等一系列特征。针对这些，在进行酸液研发时就要重点考虑有机清洁剂、防乳及抗酸渣功能的实现以及有效的布酸技术等问题。

2  酸液体系研发

长期以来，在油田作业中普遍采用的施工作业方式是动管柱酸化作业，在酸化实施的过程中存在不少的技术难点和困扰，为了提高酸化作业的有效性，酸液体系的研发具有至关重要的作用。MM油田有典型的砂岩储层，矿物、堵塞物组成复杂，酸化的过程中存在难溶堵塞物和二次伤害的难题，因此通过实验探究找出相对符合要求的高效酸化酸液体系和螯合酸体系以及高性能螯合剂的有效运用。

2.1  酸液抑垢能力

为了更好地验证新型螯合酸的抑垢能力，针对实验产生的金属氟化物、氢氧化物沉淀等二次沉淀物做进一步的实验与分析（表1）。

方法是按照常规酸液浓度进行酸液配制，分别进行实验：常温下向酸液加500 mg·L-1的CaCl?，然后进行2 h 60 ℃水浴加热，加温后加入NaOH使pH=3，加入一定量的钙红指示剂后开始观察实验结果并做好记录。

从观察结果来看，金属离子在残酸溶液中产生了沉淀;新型螯合酸能够很好地稳定金属离子，使离子不发生沉淀，所以新型螯合酸的抑能力和阻垢能力值得肯定（图2）。

2.2  酸液溶蚀能力

为了验证新型螯合酸的溶蚀能力，进行了溶蚀实验。实验过程中，采集MM油田的4种岩粉，然后利用实验数据得出的4种酸液在60 ℃的条件下对岩粉进行2 h的溶蚀实验（图3）。实验结果证明，新型螯合酸对于所采用的4种岩粉的溶蚀度较高， 相较于其他常规的酸液体系，还具有伤害低、能够有效抑制二次沉淀的优点。

2.3  堵塞物的溶解

在油井作业进行酸化的过程中，酸液进入地层之后并不是直接快速地与岩石还有堵塞物先接触，在储层中的堵塞物表面附着着油污是常见的现象。因此有效的酸化作业需要先采用化学的方法将酸溶物表面的有机物除去，最后才能真正地使酸液发生作用。新采用的复合有机解除剂SA-AD能够大大提高溶解的效率。为了分离近井地带沉积的有机垢以及岩石表面的油膜，往往利用溶剂互溶的原理。另一种方式是通过乳化降低油水表面的张力，然后使得被油包裹的无机物更容易被酸化酸液溶解。复合有机解除剂SA-AD吸收以往方式的优点，综合解堵效果更加优化。

实验证明，通过复合有机解除剂与酸液体系的协同作用，含油岩芯渗透率恢复率能够达到一倍多 ，解堵效果良好，整个解堵体系能够很好地清洗稠油及油污表面的胶质等物质（图4）。

2.4  酸液体系的优化

通过采用了XRD全岩分析、电镜扫描岩心等技术，结合相关的酸液实验，对新型螯合酸的性能进行深入的研究，可以得出新型螯合酸体系的众多优点以及实际运用的可行之处。油田的开采酸化作业机理复杂，难度巨大，后续返排液的处理也是个关键的问题。相较于与传统的酸液体系，本文提出的新型螯合酸体系更具有优势，但是不同的油田作业范围要做到具体问题具体分析。运用物理和化学手段，结合科学的探测、评估和数据分析，尽可能地排除对生产流程冲击的其他因素，进一步优化解堵液体系和返排液处理的工艺技术。

酸化技术是海上油田开采的过程中比较高效增产技术手段，在整个过程中酸化工艺和酸液体系的选择十分关键。本文探究的新型螯合酸体系就是一种更加优化和高效的酸液体系，同时具有环保的优点。采用复合有机解除剂SA-AD，能够实现更加高效的酸化解堵作用。除此之外酸液体系的优化还要考虑后续酸化返排液的处理工艺，基于目前普遍采用的采油设施和具体的油井返排液的特性，融合物理和化学作用，不断地解决油井酸化作业中的残酸处理问题，建立起完善的酸液体系。

3  现场应用效果分析

在实际现场的应用过程中，取得了明显的增产增注效果，并在实践的过程中，对于所研究技术体系进行不断的完善。2015年之后至今，酸化技术在MM油田注水井推广应用超过400井次，成功率接近96%，增注效果明显，较以往的酸化解堵技术效率大幅度提高，不仅增产增注，还节省不少时间，降低了作业的成本，综合来看效果十分显著。长久来看，这个技术体系可以在更多的油田进行推广。针对不同的目标油田进行生产指标和测试数据的分析，选井选层，准确判断目标油井作业之后的增油潜力以及漏失量程度，有针对性的根据不同的压力亏空程度选择合适的酸化分流工艺。

除此之外，注水井酸化作业的效率因为酸液体系的优化得到大幅度提高。螯合酸体系在现场的应用中能够有效解堵，也不会对储层有新的伤害，与此同时反应速度慢，适用的温度范围广，解决了作业环境要求复杂、设备调动麻烦和作业成本高等一系列难题。不过，在实际应用的过程中也能发现不少有待进一步改善的地方，比如注水井的解堵随着酸化次数的增多有效性也会降低，可以在未来进一步针对这个问题开发新的解堵液体系。总而言之，要做好地质工程和油井工程的调查和评估，以数据为依托，进行数值模拟，不断地根据实际情况优化酸液体系和酸化工艺，以及推出更加完善的返排液处理体系。

4  结束语

本文重点研究了致密砂岩油气藏水平井压裂增产方法和技术，在深入研究并分析了我国MM油田的储层特征之后，针对研究区的储层特征进一步探究在水平井压裂增产的过程中更有效率的开采方式。在现场运用的时候，新型的弱腐蚀螯合酸体系能够适应高孔高渗、多层非均质疏松砂岩稠油油藏井的解堵酸化，很好地抑制了二次沉淀。新引入的复合有机解除剂能够实现无机物和有机物的解除，进行高效解堵。最后的酸化返排液技术处理能够有效利用采油平台的资源进行了工艺上的创新。因此，在更多的油田作业中，能够放心地采用本文提出的致密砂岩油气藏水平井压裂增产方法和技术以及新型的酸液优化体系，进一步实现最大价值商业开发。

参考文献：

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