海上疏松砂岩油田复合缓速酸解堵工艺优化研究

李忠亮 江凯亮

摘      要：渤海A油田三级储量较大，但存在储层胶结疏松、油井产能递减较快等问题，现场已经尝试多种增产措施工艺，效果不理想。通过岩心碎片的X射线衍射分析以及储层敏感性分析实验，明确了储层主要损害因素为高生产压差下黏土矿物易发生膨胀、微粒运移。对比盐酸、土酸、复合氟硼酸、复合缓速酸体系对岩粉的溶蚀能力，选择盐酸、有机膦酸、氟硼酸形成的复合缓速酸体系，溶蚀能力强、缓速性好，更适合渤海A油田现状。通过室内试验优选缓蚀剂配方、破乳剂添加剂，评价了复合缓速酸体系的缓速性能。通过矿场试验的6口井产量情况对比，产液量、产油量均有上升，采液指数平均增幅406%，采油指数平均增幅712%，复合缓释酸解堵技术可以很好地实现该类油井深部解堵。该研究方法对海上油田增产措施的研究及矿场运用具有重要意义。

关  键  词：海上疏松砂岩油田;储层伤害;岩粉溶蚀;复合酸化解堵

中图分类号：TQ 039;TE 53;TE 357.2     文献标识码：A     文章编号： 1671-0460（2020）10-2238-05

Abstract： The third-class reserves of Bohai A oilfield are relatively large， but the reservoir is loose in cementation， and the oil well productivity is declining rapidly. A variety of stimulation techniques were tried in the oilfield， and the effect was not ideal. Through the X-ray diffraction analysis and the sensitivity analysis experiments， the main damage factors of reservoir were determined， including the clay minerals prone to swelling and particle migration under high production pressure difference. Compared with the corrosion ability of hydrochloric acid， earth acid， compound fluoboric acid and compound retarded acid to rock powder， the compound retarded acid system formed by hydrochloric acid， organic phosphonic acid and fluoboric acid was selected， which has strong corrosion ability and good retarded speed. The formulation of corrosion inhibitor and demulsifier additive were optimized by laboratory test， and the inhibition performance of the composite system was evaluated. According to the comparison of six wells' production in the field test， the liquid production and oil production were increased， the average increase of liquid production index was 406%， and the average increase of oil production index was 712%. The complex slow-release acid plugging removal technology can well realize the deep plugging removal of such wells. This research method is of great significance to the study of stimulation measures and field application in offshore oil fields.

Key words： Offshore unconsolidated sandstone oilfield; Reservoir damage; Dissolution of rock powder; Complex acidizing and plug removal

油井酸化解堵工藝是砂岩油田、碳酸盐岩油田增产增注的重要措施，经过国内矿场实践与总结，国内油田已经形成了以常规酸体系、螯合酸体系、缓释酸体系、复合酸体系为主的4种酸液体系和对应配套工艺[1-6]。海上油田酸化解堵工艺尤其注重作业高效、酸化有效期长等特点，多数学者[7-9]提出采用螯合酸体系或复合有机酸体系，通过铁离子稳定能力、溶蚀性能、缓速能力、腐蚀能力等多方面评价性能。

渤海A油田三级地质储量9.0亿t，近年来油井产能下降较快，产量递减率达20%以上，因此尝试不同酸液体系的解堵措施，但效果差异较大，返排液对处理流程影响很大[10-12]。本文提出的复合缓速酸酸化解堵体系及配套工艺，已广泛应用于该油田，极大改善了开发效果，取得了巨大经济效益。

1  储层敏感性及伤害机理分析

1.1  储层特征

A油田储层为细、中细岩屑长石石英砂岩，矿物以石英、黏土矿物为主;铸体薄片和扫描电镜显示，储层孔隙发育，连通性好，储集空间以原生粒间孔为主。储层表现为强非均质性，主力油层明化镇组渗透率变异系数大于0.5的占78.0%，渗透率级差大于14的占72.0%;另一主力油层馆陶组渗透率变异系数大于0.5的占94.3%，渗透率级差大于14的占91.7%。

储层胶结程度差，填隙物以泥质为主，黏土矿物质量分数占比高达40%。选取多个区块的岩心碎片做X射线衍射分析（结果见图1）。高岭石质量分数37%，伊利石质量分数22%，伊蒙混层质量分数22%。伊利石呈弯曲片状、高岭石呈书页状，分布于骨架颗粒间而与颗粒的黏结不坚固，晶体间结构力较弱，因而容易脱落、分散，形成微粒。

1.2  储层敏感性

实验室对渤海A油田两个主力油层多块岩心，盐水采用地层水（MgCl2型，矿化度27 000 mg·L-1），按照SY/T 5358—2010评价标准程序进行了储层敏感性实验，实验结果见表1、表2、表3。

通过对储层敏感性的实验结果进行分析，可得到如下结论。

1）速敏伤害：储层速敏伤害率60%以上，损害程度偏强，临界流速为0.8 mL·min-1;

2）水敏伤害：储层水敏伤害程度中到偏强;

3）酸敏伤害：无盐酸酸敏，对土酸为偏强到强酸敏。

1.3  有机垢分析

分别选取A油田1区、4区的原油，按照国家标准《原油中蜡、胶质、沥青质含量测定法》（SYT  7550—2004）对40个原油样品进行了四组分分析，结果表明：胶质质量分数整体偏高，在12%～23%左右;沥青质质量分数较低，约5%以下;蜡质质量分数较低。

A油田原油黏度大，主力储层50 ℃下原油黏度100～300 mPa·s，原油胶质成分较高，高黏度原油易携带固相颗粒运移，高质量分数胶质在温度变化区域造成重烃类物质沉积现象，混合裹挟固相颗粒堵塞近井地带渗流通道和筛管，导致油井产能大幅降低。多次修井作业过程中，井下管柱和电泵有不同程度的重烃物质聚结壁面。

1.4  储层伤害机理

黏土及固相颗粒产生堵塞。油田绝大部分油井生产压差在6.5 MPa以上，储层胶结疏松，高岭石、伊利石两者质量分数达60%，高流速下容易引起黏土矿物分散、运移，堵塞孔隙和吼道，造成渗透率降低。

黏土矿物水化膨胀。低盐度的流体使水敏性黏土矿物水化、膨胀和分散，它们较低的流速下便会发生迁移，并可堵塞喉道，从而导致岩临界流速值减小[13-15];同时，由于水敏性黏土在低盐度流体中水化膨胀，在高速流体冲击下易于分散，这样不仅释放更多更细小的黏土微粒，而且释放出由黏土矿物作为胶结的其他矿物颗粒，从而使地层微粒数量增加，使速敏性增强。同时2018年以前，注入水质不达标，水中含油量超过要求质量分数30 μg·g-1，造成地层渗透率降低。

胶质质量分数高，高黏度流体流动过程中易携带固相颗粒运移、聚集，产生储层堵塞，尤其近井地带渗流速度较快，容易产生近井周围储层伤害和堵死筛管间隙。

2  复合缓速酸解堵体系

根据储层特点，酸化解堵体系要能够有效溶解并稳定黏土，较强缓速性，可实现深部解堵;有效防腐，保证设备和管柱的安全，解堵体系能够稳定金属离子，尽可能减少铁离子的存在对储层伤害及地面处理流程影响。

综合多种酸液体系特点[14-18]，氟硼酸可逐步水解形成氢氟酸，具有很强缓速性能，尤其适用于黏土矿物质量分数高、土酸敏感的储层;有机膦酸作为一种缓速酸[19-20]，可与金属离子络合，具有很好阻垢性能。本文提出以盐酸和乙酸作为前置液充分预处理，以盐酸、弱酸缓速酸有机膦酸、高浓度缓速酸氟硼酸形成复合缓速酸体系，作用液体搭配黏土稳定剂、缓蚀剂、铁离子稳剂等，形成了高效深部解堵液体系和配套工艺。

2.1  岩粉溶蚀能力

选取一块天然岩心粉碎干燥，根据静态岩心溶蚀法，测试20%HCl、土酸（12%HCl+3%HF）、复合氟硼酸（10%HCl+10%HBF4）、复合缓速酸（10%HCl+10%HBF4+3%HP-1）对岩粉的溶蚀能力，反应温度为油藏温度65 ℃，反应时间为480 min，实验结果如图2。

从最终溶蚀能力看，质量分数20%HCl对岩粉溶蚀能力很低;土酸、复合氟硼酸、復合缓速酸对岩粉的溶蚀能力较强，土酸最高可达35%。反应速度看，土酸前期反应速度较快，在60 min实现了24%的溶蚀，但60 min以后反应速度明显减缓;而复合氟硼酸、复合缓速酸初期溶蚀能力只有土酸的30%～50%，说明初期反应速率比土酸慢，但是反应速率前后基本一致。复合氟硼酸的反应速率与复合缓速酸近似，最终溶蚀能力比复合缓速酸低5.16%，说明复合缓速酸能够实现较好的岩粉溶蚀能力，且降低了酸液与砂岩的反应速率，能够深入地层，实现深度解堵。

2.2  缓蚀剂的优选

海上油田已逐步实行不动管柱酸化措施，缩短作业工期，减少作业费用和风险。但不动管柱酸化作业，酸液会直接与油气井下油管、套管等接触，造成油管和井下设备的腐蚀，选择一种性能良好缓蚀剂非常关键。

基于油田现用药剂配方，选取硫脲、溴代十六烷基吡啶、咪唑啉季铵盐3种缓蚀剂进行复配。缓蚀剂评价方法参照标准《酸化缓蚀剂评价指标和试验方法》（SY/T 5405—1996），选择与油管相同材质的N80钢片，在主体酸中加入缓蚀剂配方与钢片浸泡2 h，通过挂片失重法计算缓蚀率。通过3水平3元素正交设计优选出缓蚀剂配方，硫脲∶溴代十六烷基吡啶∶咪唑啉季铵盐=1∶3∶1，并优选出最佳注入质量分数为0.8%。

2.3  缓速性能评价

依照行业标准《缓速酸性能评价方法》（SY/T 5886—2012）要求对复合缓速酸的缓速性能进行评价，实验用参照酸为土酸，实验温度为40、65 ℃。

由实验结果可以看出，复合缓速酸在油藏温度65 ℃下的缓速率在43.75%以上，复合缓速酸在  40 ℃下的缓速率略微上涨。这表明复合缓速酸能够适应温度变化，可以大幅减缓注入酸液与砂岩的反应速率，能够更深入地层，实现深部解堵。

2.4  破乳剂添加剂

在油井实施酸化解堵措施后，初期返排液含有铁离子对下游处理流程影响很大，造成A油田多次处理流程破乳脱水困难、处理后生产水水质下降，返排液如何处理给现场造成很大困扰[21]。配置不同质量分数亚铁离子的模拟盐水，与原油按3∶2充分混合搅拌，形成乳状液，置于85 ℃恒温水浴中测试乳化液的稳定性，观察120 min，实验结果如表5所示。

当水相亚铁离子质量分数高于500 μg·g-1时，乳化液开始稳定，脱水困难;而油井常规酸化后初期的返排液亚铁离子质量分数普遍在2 000 μg·g-1以上，对处理流程影响很大，非常需要开展相应高效破乳剂添加剂的研究。以500 mg·L-1亚铁离子溶液形成的乳化液，选取冰醋酸、硫酸、双氧水以及乙二胺四乙酸（EDTA）作为添加剂，考虑其破乳脱水效果，见表6。

结果表明，4种添加剂均能不同程度改善破乳脱水效果。通过与油田破乳剂TS-7503复配实验，优选出TS-7503破乳剂200 μg·g-1、硫酸150 μg·g-1、EDTA 100 μg·g-1作为含铁乳化液的高效破乳剂。

3  现场试验及分析

根据研究成果，A油田形成了标准的复合缓速酸解堵体系作业程序，在顶替液I中加入柴油用于溶解管柱或近井地带的有机垢。2019年油田开展复合缓速酸解堵措施6次，措施成功率100%，全年累计增油量2.57×104 m3，见表7。

将6口油井措施前产量情况与措施后3个月产量情况做对比，6口油井的产液量、产油量均有不同程度提高，E38井、E47井单井日增油37 m3，增油效果明显，证明复合缓速酸解堵体系能够较好地解决油井堵塞问题。同时，5口油井的采液指数、采油指数大幅增长（A09压力计故障），采液指数平均增幅406%，采油指数平均增幅712%，均实现很好的提液增油效果，见表8、图3。

4  结 论

1）A油田黏土矿物质量分数高，伊利石呈弯曲片状、高岭石呈书页状，分布于骨架颗粒间而与颗粒的黏结不坚固，晶体间结构力较弱，因而容易脱落、分散， 形成微粒。高流速下容易引起黏土矿物分散、运移，堵塞孔隙和吼道，造成渗透率降低。

2）土酸、复合氟硼酸、复合缓速酸对岩粉的溶蚀能力近似，土酸前期反应速率较快，复合氟硼酸、复合缓速酸反应速率较慢但前后一致，复合缓速酸既能实现较好的岩粉溶蚀能力，又一定程度上降低了酸液与砂岩的反应速率，能够深入地层、深度解堵。

3）油井返排液中，当水相亚铁离子质量分数高于500 μg·g-1时，乳化液开始稳定，脱水困难。优选出TS-7503破乳剂200 μg·g-1、硫酸150 μg·g-1、EDTA 100 μg·g-1作为含铁乳化液的高效破乳剂。

4）6口油井措施前后产量对比，产液量、产油量均有不同程度提高，增油效果明显;5口油井的采液指数、采油指数大幅增长，采液指数平均增幅406%，采油指数平均增幅712%，均实现很好的提液增油效果。

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