延长油田深穿透大液量酸化案例分析研究

王鹏 高苗苗 高荣

摘 要：基质酸化被广泛应用于碳酸盐岩储层的解堵。2017年，在延长油田进行了70多次基质增产作业。然而，对于无严重伤害且受地层能量降低影响的低产能井，常规基质的作用有限。为此，开发了一种新的酸化技术，即大液量深穿透酸化。胶凝酸以其经济效益得到广泛应用，并对其流变性能进行了测试。在注入过程中，优化注入速度，选择大酸量，在地层中形成长效孔洞，降低油气渗流阻力，连通深层油气储层，提高产量。应用该技术对密山油田3口井进行了增产改造，取得了良好的效果。由于非压裂地层，大液量深穿透酸化仍属于基质酸化。这样就不需要钻机，节约了成本。介绍了延长油田首次应用低地层能量井和低污染井的增产新方法。

关键词：延长油;大液量;向酸系统;酸化

中图分类号：TQ127.1+3;TE357.2 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）06-0012-05

Abstract：Matrix acidification is widely used in the deblocking of carbonate reservoirs. In 2017， more than 70 substrate stimulation operations were carried out in Yanchang Oilfield. However， for low productivity wells that have no serious damage and are affected by the reduction of formation energy， the role of conventional matrix is limited. For this reason， a new acidification technology has been developed， namely deep penetration acidification with large liquid volume. Gelling acid has been widely used for its economic benefits， and its rheological properties have been tested. During the injection process， optimize the injection rate and select a large amount of acid to form long-lasting pores in the formation， reduce oil and gas seepage resistance， connect deep oil and gas reservoirs， and increase production. 3 wells in Mishan Oilfield were modified to increase production by applying this technology， and good results were achieved. Due to the non-fracturing formation， deep penetration acidification with large liquid volume still belongs to matrix acidification. This eliminates the need for drilling rigs and saves costs. This paper introduces the first application of low formation energy wells and new production stimulation methods for low pollution wells in Yanchang Oilfield.

Key words：Yanchang oil; large liquid volume; acidification system; acidification

0 引言

延長油田集团位于我国陕西省西安市。成立于1905年，它由子长、余家坪、 姚店、丰富川、川口、子北、志丹、蟠龙等油田组成。下辖延安炼油厂、永坪炼油厂、榆林炼油厂等多个大中型炼化厂，是我国西北地区重要的国有大型油气田勘探与开采企业。近年来，酸化和有机物驱油是密山油田增产的主要手段。随着油田开发的不断深入，含水率上升，油井产量相应下降。而常规酸化不能有效提高产量。

以川口油田为例，川口油田为石灰岩储层，埋深3800～4000m，储层温度112～117℃，酸化存在酸岩反应速度快、腐蚀严重、酸液漏失大等问题，限制了酸化的处理范围和有效的空洞，从而限制了酸化效果。通过近几年的研究，针对该类型储层开发了一种新型的酸体系——自转向酸体系，即PA-VES体系，该体系具有良好的缓速、缓蚀、降滤失性能。PA-VES酸和胶凝酸一起使用。为解决有机污染问题，提高作业效果，建议在酸化前用有机解堵剂浸泡。

1 关键技术

基质酸化的目的是去除井筒附近和井筒内的污染，理论上是表皮系数的修正。砂岩酸化就是尽可能恢复渗透率，使表皮系数趋于零。但是，如图1所示，增产后储层渗透率较高，表皮系数可能降低到0以下，这是因为酸化可以在大多数方解石-白云石形成的碳酸盐岩中形成高渗透性虫孔，并与新的天然裂缝相连接。

由达西公式可知，对于无污染井（s=0），当表皮系数为负值时，产量仍可提高。

要使虫孔扩大，必须满足以下4个条件：最佳注入量、有效的滤失控制方法、低酸岩反应速率和足够的酸液消耗量。降低酸性岩的反应速率和增加孔洞的穿透距离是提高产量的关键。为了降低反应速率，一方面可以通过加入高粘度的酸性流体来控制H+的传质效率，另一方面可以通过降低反应温度来降低反应速率常数。漏失对孔洞的扩展非常重要。低漏失酸液系统保证有足够的酸液到达虫孔前端。低温降低了反应速度，保证了酸液的有效浓度。

如图1所示，对于碳酸盐岩储层，主孔洞在降低表皮系数方面起着重要作用。随着注入量的增加，表皮系数可进一步降低到0以下，从而提高产量。不恰当的注入方式可能会导致近井眼表面溶解或分支孔洞，这在增产工作中是不可能的。如图2所示，有一个特定酸系统的最佳注入速率。此外，随着温度的升高，最佳注入速度也随之增大，因此降低储层温度是优化注入速度的另一种途径。缓速酸体系能有效地减小最佳注入速率范围。

2 工作液系统

2.1 自转向酸系统PA-VES

近年来，自转向酸的研究和应用取得了迅速的进展。经过延长石油公司的研究，开发了适合川口油田的PA-VES系统。PA-VES系统具有耐高温、缓蚀性好、转向性能好等优点。已应用于20余口井，取得了良好的增产效果。

自转向酸体系（PA-VES）的粘度受PH值和钙镁阳离子浓度的控制。实验室实验结果如图3所示，随着酸岩反应的进行，残余酸粘度在117℃达到峰值440mPa·s，在120℃下保持在80mPa·s的稳定。首先，高粘度有助于控制H+的传质速率，降低酸性岩的反应速率，从而起到缓凝作用。

其次，高粘度体系首先在高渗透层段形成，阻止酸液继续流入高渗透层段，起到分流作用。此外，高粘度酸在减少漏失方面起到了较好的作用，有利于酸液深入地层。PA-VES系统在地面和井筒中的粘度很低，有效地降低了摩擦力。

川口油田采用PA-VES系统进行增产作业的地面泵送作业曲线如图4所示。工作液通过连续油管注入。可见，当VES酸与储层岩石接触并发生反应时，注入压力和井口压力开始上升，这与常规盐酸进入地层产生的压力迅速下降正好相反。这意味着PA-VES系统的粘度随着反应的进行而升高，这使得系统堵塞了高渗透层段，减少了漏失。

在自转向酸系统中加入添加剂，有效防止沉淀，提高系统性能。PA-VES具有良好的破胶能力。高渗段封堵后，高粘度流体与地层油接触后粘度逐渐降低，降粘率可达99%，有利于残酸返排。将缓蚀率高于行业一级标准要求的特殊缓蚀剂PA-COH1与PA-VES联合使用。加入PA-VERT后，体系表面张力降至33.340mN/m，界面张力降至0.470 mN/m，有利于回流。铁离子稳定剂和抗泥浆剂的加入能有效抑制泥沙沉积，保护油层。

2.2 胶凝酸体系PA-GL

凝胶酸体系广泛应用于碳酸盐岩的酸化压裂。PA-GL系统经过几代产品的升级换代，在川口油田得到了广泛的应用。PA-GL系统与PA-VES系统相结合，既能起到分流作用，又能降低运行成本。图5所示为PA-GL酸体系的粘温曲线，该体系在120℃下具有良好的增粘性能，通过调整胶凝剂的浓度可以改变体系的粘度，以满足不同的操作要求。

2.3 溶剂清洗剂PA-OS3

川口油田修井、测井过程中，井下管柱和工具经常采集大量的黑垢样品，经实验室分析确定为以沥青为主的有机垢。随着地层压力的降低，沥青更容易在井筒附近和井筒内沉积，增加油气流动阻力，降低油井产量，甚至导致停产。因此，酸化作业前进行有机垢清洗作业，可有效去除有机污染，同时避免酸和沥青造成的二次伤害。

延长石油公司为川口油田开发了一种有机解堵剂PA-OS3。该产品在室内评价中表现出优异的性能，远远优于常用的甲苯、二甲苯、互溶剂等产品。此外，甲苯或二甲苯的闪点较低，PA- OS3的闪点为65℃，考慮到西北干旱地区夏季地表温度可能为40～50℃，PA-OS3在保证操作安全的同时，常规化学品也存在安全隐患。川口油田首次试采，油井产量由230桶/d提高到1737桶/d，有效期260d，累计增产21万桶。

3 操作参数优化

3.1 井筒温度计算

传热过程可分为井筒流动和地层渗流两部分。井筒能量交换主要包括注入流体与井筒原油流体之间的对流换热和热传导、从井筒流出的酸液携带的热量以及与地层的热交换。川口油田地下油藏温度在115℃左右时，注入的酸液对地层有一定的降温作用，对降低酸岩反应速率和腐蚀速率具有重要意义。采用swoac-C软件计算井筒温度场，考虑了注入速度因素。需要考虑的是，川口油田地表温度夏季高达50℃，冬季高达10℃。

原始地层渗透率为1.8mD，渗透率参数为1.8mD。根据这些信息，计算了油管、套管、水泥和储层岩石的热力学性质。地面温度设置为10℃和50℃。喷射速率设置为0.5m3/min、1m3/min、2m3/min、3m3/min、5m3/min。

计算10min、30min和50min时的井筒底部温度结果。什么时候注入量2m3/min，10min时酸液流经整个管柱，30min累计注入量60m3，50min累计注入量100m3，满足大体积酸液设计的需要。需要注意的是，连续泵送50min通常不能以5m3/min的注入速度持续泵送，因为它需要的液体体积大，对设备的要求增加，成本也很高。这里只用于分析。从图6和图7可以看出，随着注入时间的增加，井筒底部温度不断降低。喷射速率越大，降温幅度越大，这符合换热规律。注入量为0.5m3/min时，酸液与井筒接触时间延长，换热充分，流体到达井底时冷却效果不明显。

由图8可以看出，由于地温较低，冬季酸化作业降温效果明显。而在夏季，当酸液到达井底时，温度较高。因此，夏季应采用大于2m3/min的大注入量。此外，川口油田储层较深，酸液与井筒之间的换热时间较长。为了减少井筒内的热交换，建议采用最大注入量。

3.2 注射量优化

对于有一定伤害程度的井，可根据经典计算公式确定酸化半径，并计算出酸液总量。目前，密山油田有部分井由于地层压力下降，产量下降明显。根据测井解释资料，计算出的表皮系数较小。在这种情况下，少量的酸液不能满足增产的需要。对于上述井，获得有效的主孔洞是提高产量的有效途径。在优化泵速的前提下，如图1所示，大排量酸液可以有效地提高油井产量。对于多次酸化的井，有必要研究以往的作业设计，逐步扩大处理半径。如果基质酸化效果不佳，则应采用酸压或压裂，进一步提高油井产量。

4 案例研究

4.1 案例A

A井位于川口油田南部區块。射孔深度3823～3833m，目标储层为Mishrif MB21，为灰岩储层。根据测井解释，孔隙度13.6%，渗透率2.6mD，储层压力27.08MPa，温度112℃，2016年4月进行了柴油吞吐和常规酸化。术前产量为993bbl/d，术后为1059bbl/d，增产效果有限。2016年5月进行增压试验。地层压力系数为0.72，表皮系数为-2.08。2017年5月，该井进行了大液量深穿透酸化。采用有机垢清洗和酸化技术提高产量。投产后产量1571桶/日，投产前1139桶/日。表11为该井常规酸化与大液量深穿透酸化参数对比。

4.2 案例B

B井位于川口油田南部区块。射孔深度3829～3836m，目的层为Mishrif MB21，属于灰岩储层。根据测井解释，孔隙度17.9%，渗透率37.1mD，储层压力28.31MPa，温度112℃，2015年4月进行了压力恢复试验。地层压力系数为0.75，表皮系数为-3.55。2016年4月进行了常规酸化增产，并进行了有限的增产。2016年10月，该井进行了大液量深穿透酸化。采用有机垢清洗和酸化技术提高产量。投产后，该井日产量增加600桶。

4.3 案例C

C井位于川口油田南部区块。于2002年11月开通。最初的日产油量为2465桶，含水率为0，喷嘴尺寸为32/64英寸。2015年，对该井进行了静压测试。手术中发现几处软卡。怀疑井筒内形成有机垢。沥青物质是随测井工具一起带出来的。测井结果表明，地层压力为29.88MPa。2016年4月进行常规柴油浸泡和常规酸化。作业后日产945桶，含水率1.5%，井口压力39kg/cm2，喷嘴尺寸32/64英寸。2017年4月，该井进行了高酸深穿透酸化作业。作业前日产833桶，作业后1374桶。

5 结论

（1）碳酸盐岩储层在酸化施工中，主要孔洞起着重要的作用。通过优化注入速度和液体体积，减少漏失，降低温度，可以有效地促进孔洞的扩展。

（2）模拟结果表明，提高泵速可以有效降低地层温度和酸岩反应速率。但过大的注入速度和压力会导致近井眼分支孔洞的形成和酸化范围的缩小。

（3）自转向酸的应用对降低漏失和酸岩反应速率有显著效果。

（4）对于地层压力低、污染小的井，通过优化注入速度和使用相对较大的注气量，可以有效地提高产量。

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