一种用于高泥质砂岩储层解堵液配方实验评价
2020-10-30张燕利
张燕利
(中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院,河南南阳 473132)
为了防止钻、完井过程中井壁垮塌或控制溢流,井筒内压力一般都大于地层压力,这将导致钻井泥浆侵入储层,造成泥浆污染。据文献报道,近井地带钻井泥浆的侵害可使渗透率降到原始渗透率的10%以下,导致新投产井投注效果差,严重影响生产效益[1]。
泥质砂岩含量高的部分新投产井,在钻井过程中易受到伤害,造成区块欠产欠注严重,必须有针对性地开展钻井泥浆污染酸化解堵配方研究,形成酸化解堵配方,降低储层伤害,提高开发效益[2]。
1 储层泥浆污染的潜在损害因素
魏岗油田储层物性较好, 孔隙度为19.0%~27.0%,平均 24.9%;空气渗透率为0.017~1.036μm2,平均0.479 μm2;平均含油饱和度为67%。原油具有含蜡高、凝固点高、饱和压力低、黏度中等的特点,含蜡量为32.00%~53.68%,凝固点为42 ~65 ℃,胶质和沥青质含量为11%~13%。
魏岗油田储层在钻、完井过程中易受泥浆污染,根据储层特征及钻井液类型,分析储层污染潜在的损害因素有:①钻井液中的固相易侵入高孔、高渗储层,且侵入深度大,污染严重;②储层胶结疏松,当外来流体侵入储层时会引起储层骨架颗粒的脱落、运移,堵塞孔喉;③储层黏土矿物主要以蒙脱石、伊蒙混层为主,当不配伍的钻井液进入储层引起黏土矿物的水化膨胀、脱落,造成储层空间、油流通道破坏,渗流能力降低。
2 解堵酸液配方实验
针对储层特征及伤害因素,确定酸化措施的对策主要有:①筛选合适的酸液质量分数,提高酸化有效作用距离;②优选高效的铁离子稳定剂及缓蚀剂,降低氢氧化铁沉淀对储层的二次伤害;③优选抗酸渣剂,降低酸渣带来的二次伤害;④筛选优质的耐高温缓蚀剂,降低酸液对井筒和管柱的腐蚀;⑤优选高效表面活性剂,降低酸液的流动阻力,提高残酸的返排能力[3]。
2.1 泥浆溶蚀主体酸液配方实验
2.1.1 酸液对泥浆滤饼的溶蚀实验
开展酸液对钻井泥浆滤饼的溶蚀实验,分析酸液解除钻井泥浆污染物堵塞的能力。室内配制不同质量分数的酸液,进行滤饼溶蚀实验,计算溶蚀率,通过溶蚀率曲线,找出拐点,确定酸液质量分数。
(1)选取不同质量分数的盐酸来确定溶蚀率。实验结果表明,盐酸对泥浆滤饼具有一定的溶蚀能力。当HCl 质量分数添加至12.0%后,溶蚀率曲线趋于14.0%左右(图1),因此,确定HCl 质量分数12.0%为溶蚀率拐点。溶蚀率偏低时,需进一步优选主体酸液。
图1 盐酸质量分数对1#滤饼溶蚀率实验
(2)选取不同质量分数的HF 酸来优选溶蚀率。实验结果表明,在HCl 质量分数为12.0%的酸液中,添加不同质量分数的HF 后,酸液对泥浆滤饼具有更强的溶蚀能力。当HF 质量分数添加至1.5%时,溶蚀率趋于40.00%左右(图2)。初步确定主体酸配方为12.0%HCl+1.5%HF。
图2 主体酸对1#滤饼溶蚀率实验结果
2.1.2 岩屑溶蚀实验筛选氟硼酸酸液体系(HBF4)
魏岗油田储层泥质含量高且胶结疏松,常规酸液体系易破坏岩石骨架,造成黏土微粒运移。在生产过程中,泥质细粉砂运移到近井地带沉积造成堵塞,产生速敏问题,导致地层渗透率下降。室内开展的酸液配方经魏岗油田岩心流动实验证实,初选的主体酸液对储层改造能力很弱,从岩心端面对比看(图3),酸液对岩石骨架存在破坏,导致微粒运移[4-6]。因此,要求酸液不仅能有效解除泥浆污染,还应具有稳砂功能,需进一步开展室内稳砂研究。
图3 酸化前(左)、后(右)岩心进液端部照片
HBF4能溶解黏土矿物中的铝离子,降低黏土矿物的阳离子交换能力,使黏土钝化,减少黏土矿物的膨胀,防止因黏土膨胀对地层造成的伤害。HBF4还可与地层矿物发生二次反应,也就是次生的氟硅酸进一步与铝硅酸盐反应,并在黏土表面形成硅凝胶。硅凝胶可使黏土微粒产生化学凝聚作用,凝聚后的微粒在原地胶结,可使处理后因流量加大而引起的微粒运移受到限制,起到了稳定黏土矿物的作用[7-8]。
在酸液体系中加入HBF4,可以解除地层堵塞,起到稳砂作用。开展酸液对岩屑的溶蚀实验,在土酸体系中加入不同质量分数的HBF4,根据溶蚀率曲线找出拐点,确定最佳质量分数。从图4 可知,在土酸体系中加入不同质量分数的HBF4,质量分数大于4.0%时,溶蚀率基本维持在33.2 左右,优选出的质量分数为4.0%。
2.2 缓速酸配方
图4 不同质量分数的HBF4 对岩屑的溶蚀率
针对储层泥质含量高且胶结能力弱,外来流体进入储层,可能造成微粒运移,导致深部污染堵塞的问题,需要筛选缓速酸配方,通过减缓酸盐反应速度,达到深部酸化解堵的目的。
从图5 可以看出,4 种不同质量分数的酸液分别开展酸盐反应实验,通过绘制不同反应时间的溶蚀率曲线,发现当HAc 质量分数大于2.0%时,酸液对岩屑的溶蚀具有缓速性,反应时间基本趋于2.5 h,因此,选定HAc 质量分数为2.0%。最终优选的主体酸液为12.0%HCl+1.5%HF+4.0%HBF4+2.0%HAc。
图5 缓速酸对1#岩屑溶蚀率实验
2.3 酸液添加剂
2.3.1 抗酸渣剂
优质抗酸渣剂可以减少酸液与原油中的胶质、沥青质反应带来的二次伤害。为了确定合理的抗酸渣剂添加质量分数,开展不同条件下酸渣含量测定实验。实验结果表明,抗酸渣剂质量分数越高,酸液与原油反应残渣越少(图6),建议采用抗酸渣剂的质量分数为2%。
图6 烘干后的酸渣
2.3.2 黏土稳定剂
根据防膨率测试(SY/T-94 行业标准)方法,在酸液中加入黏土稳定剂,可防止未溶解黏土矿物膨胀、分散和运移,有利于提高酸化效果。根据黏土稳定剂防膨实验,与酸液分散配伍实验,确定出防膨效果好且与酸液分散配伍性好的黏土稳定剂。实验结果推荐使用黏土稳定剂质量分数为2.0%。
3 酸液配方性能评价
3.1 酸液溶蚀率实验
为了考察配方酸液对魏岗储层岩屑的改造能力,开展了配方酸液在储层条件下对岩屑的溶蚀实验。取2#岩心,以储层温度60 ℃进行配方酸液对岩屑的溶蚀实验,反应3 h,实验结果见表1。从表中可以看出,配方酸液对岩屑的平均溶蚀率为33.6%,有较强的溶蚀能力,能满足现场需求。
3.2 酸液配方岩心流动实验
表1 2#岩心岩屑溶蚀率实验结果
取3#岩心开展配方酸液对岩心的流动实验,考察配方酸液对被污染岩心的渗透率恢复能力。实验方法:①正向驱替煤油,测基础渗透率(k0);②反向驱替钻井液,测岩心伤害后渗透率(k1);③反向驱替酸液,停泵反应2 h;④正向驱替煤油,测基础渗透率(k2)。实验结果见图7。
从图7 可以看出,岩心注入钻井液后,渗透率下降,经综合酸液酸化解堵后,岩心渗透率恢复,经观察发现,岩心端部无出砂现象,表明该酸液在解除泥浆污染堵塞的同时稳砂性能较好,没有出砂现象。
4 结论及建议
(1)采用常规酸液酸化泥质含量高的砂岩储层时,酸液对储层会过快或过度溶蚀,易使疏松砂岩骨架破坏导致微粒运移,引起储层伤害。
(2)HBF4酸液体系在酸化过程中对钻井泥浆有较好的溶蚀能力,且具有较好的稳砂性能,能有效降低酸液对储层的过度溶蚀,防止骨架破坏和微粒运移。
图7 3#岩心流动实验