注水井分流酸化研究及应用效果评价

田 苗，王 涛，杜 勋，王 贵，孟庆超，陈 军，朱旭晨，徐建春，卜梓伟

（1.中海油田服务股份有限公司，天津 300459；2.中国石油大学（华东），山东青岛 266580）

目前渤海油田大部分注水井受注入水水质、黏土矿物水敏伤害等因素影响，水井欠注，酸化次数频繁。而油田油层厚度大，含油井段长，防砂段内大段合注，小层数量多，层间非均质性强，层间压力差异大。酸化时酸液遵循最小阻力原理，优先进入高渗带，高渗透层被改造而渗透率增大，后续酸液更容易进入高渗透层，导致酸化时酸液分布不均匀，高渗层被过度酸化，而低渗透层和污染严重层，得不到相应的改造，因而笼统酸化针对长井段、多层作业效果不理想。

要想让酸液能够进入低渗透层和污染严重层，需要将高渗透层暂堵，使酸选择性的进入低渗透层，而且还要保证进入地层深部，后续与被解除暂堵的高渗层共同贡献产量。因此，有必要针对非均质砂岩油藏开展注水井分流酸化优化技术研究，使酸液推进更加均匀，提高层间非均质性严重储层中低渗层的改造力度，以提高酸化效果[1-6]。

分流酸化不但具有常规酸化的降压增注效果，而且可以有效改善注水井吸水剖面，提高水驱油效率，对油井起到降水增油作用。

1 分流酸化原理及分类

分流酸化基本原理是要让酸液首先进入高渗地层参与化学反应，在此过程由于温度的变化或者化学反应生成物使得流体黏度增高带来流动阻力，从而改变后续酸流动方向变化，提高酸化作业效果。

注水井分流酸化常用的暂堵剂主要有以下几种：水溶性颗粒暂堵剂。暂堵剂内分布不同粒径的颗粒，随携带液逐渐注入地层，优先进入高渗透层，封堵其喉道，迫使后续酸液进入低渗层或污染层。水溶性颗粒暂堵剂具有油不溶性，在水中溶解度很高，遇酸能够形成稳定的化学微粒。正常注水后，化学微粒遇水溶解，在环境pH 达到6～7 后能够完全溶解[7-12]。

泡沫分流暂堵剂。泡沫无固相，在地下多孔介质流动过程中产生贾敏效应，对高渗透层产生封堵，使后续酸液分流转向。泡沫界面膜高阻力驱替，渗透率越高，泡沫产生的阻力越大。泡沫分流具有自控选择性，封堵强度可调，分流效果好，不会对储层造成伤害，适用范围广，可实现生产管柱注入作业。

黏弹性表面活性剂暂堵剂。利用pH 值的变化控制酸液的转向，体系的黏度在地层内随着酸岩反应的进行而先增大，形成黏弹性体系，起到暂时的屏障作用，从而起到分流转向作用。随着酸岩反应后酸液浓度降低，体系黏度随之减小。与常规酸化措施相结合，可达到均匀布酸的效果。

2 室内实验

本文采用的是对pH 敏感的表面活性剂作为稠化剂，酸液先进入高渗带，随着反应H+消耗浓度降低，表面活性剂自动变黏增加体系黏度，大幅减缓酸液继续进入高渗通道流速，后续酸液绕向低渗层，完成转向，实现对非均质性储层的全面改造。

针对表面活性剂暂堵剂以上机理特点，本文开展了相关室内实验评价。

2.1 反应黏度变化

分流酸初始黏度50 mPa·s，最大暂堵黏度可调，与碳酸钙反应峰值黏度大于900 mPa·s，与腐蚀垢岩屑反应峰值黏度大于260 mPa·s，后续在大量注入水稀释下可自行水化降黏，降黏后黏度小于5 mPa·s，无残渣，对地层无伤害。

2.2 膨润土溶蚀能力评价

称取四份1 g 膨润土，分别放入烧杯中，加入分流酸，并置于恒温水浴中（65 ℃），分别在0.5 h、1 h、2 h、4 h 后称量，计算分流酸对膨润土的溶蚀率。测量结果（见图1）。可以看出，分流酸具备强溶蚀能力，对膨润土溶蚀率在37%～55%，具有良好的缓速性能，利于均匀布酸。

图1 分流酸膨润土溶蚀能力评价Fig.1 Evaluation of bentonite dissolution ability of diversion acidizing

2.3 转向性能评价

以油田岩心为实验样品，将其装入岩心流动实验仪器，记录分流酸注入压力曲线，通过曲线分析，评价分流酸的转向性能，注入情况（见图2）。

图2 分流酸的注入压力曲线Fig.2 Injection pressure curve of diversion acidizing

注酸过程中，酸液在岩心孔隙中与岩心发生酸岩反应。由于酸液的消耗而导致pH 值上升时，酸液黏度上升，具有黏弹性，并将该处孔隙暂时堵塞。随着酸液进入岩心的孔隙体积倍数逐渐增大，压力呈现持续上升趋势。在注入0.4 PV 时，压力达到最大值1.9 MPa。后续继续注入酸液，在压力的推动作用及酸液对岩心的侵蚀作用下，酸液将贯通岩心，导致压力突然下降。实验表明，向岩心注入分流酸过程中，岩心压力大幅提高，表现出了明显的变黏增压转向作用，通过岩心之后渗透率大幅提高。分流酸可以分流酸化岩心，从而更加有效地改造非均质储层。

2.4 岩心实验评价

分流酸反应残液岩心污染实验旨在通过岩心流动实验观察反应残液对岩心渗透率的影响，评价反应残液对岩心渗透率的伤害率。

首先测定注酸前的岩心渗透率，之后将分流酸反应残液注入岩心，测定岩心渗透率的变化，测量结果（见图3）。由图3 可以看出，分流酸残酸液对3 块岩心的渗透率基本没有伤害，通过计算，岩心渗透率伤害率平均为0.8%。

图3 分流酸反应残液渗透率伤害评价实验结果Fig.3 Experimental results of permeability damage evaluation of diversion acidizing reaction residue

3 矿场应用

3.1 选井原则

分流酸化适用于多层分注井由于工程原因无法进行分层酸化、多层合注、长井段（水平井、大斜度井或直井）注水井措施目的层段需要均匀酸化改造的井层。

优选出合适的注水井组是分流酸化成功的基础。分流酸化适用于受水质等影响，造成近井地带出现严重堵塞的注水井，在生产动态上表现为注水量下降欠注、注水压力达到限压，对应油井产液量下降、动液面下降等现象[13]。

首先从工程上看：

（1）井斜较大（＞65°），钢丝作业开关层进行分层酸化实施难度大的井；

（2）井下封隔器密封不严，有漏点，实施分层酸化存在窜层问题的井；

（3）两射孔段相距较近，无法采用封隔器实施分层酸化的井。

从地质油藏入手，适合于：

（1）井段厚度大，层间矛盾突出，非均质性严重，层间吸水差异大，笼统酸化难以保障各层堵塞均能解除的井；

（2）注水井所在井组受效井多，注采完善，井组连通性好、多层连通，注水受效快；

（3）注水井所在井组累计亏空不严重，地层压力保持水平在0.85 以上；

（4）注水井所在井组剩余油潜力大；

（5）受其他注水井影响小的井组。

3.2 施工情况

依据选井原则，优选了渤海某油田的A1 井组。A1井分6 段注水，6 段全开，对应5 口油井，与周边油井连通关系良好，注采对应关系明显。注水过程中注入水中的油、极性有机质、油泥等有机物和注入水的悬浮物、细菌引起的腐蚀产物，无机垢、细粉砂、黏土等无机物相互作用，聚集在井筒附近，堵塞地层，造成注水井注水量下降。该注水井注采比仅为0.88，吸水剖面不均，建议尽快对该井全井段实施分流酸化，加强注水，保持区域地层能量充足，改善水驱开发效果。

根据该区块酸化经验，对比近期几种酸液体系在区块的应用效果后，本次作业推荐采用清洗剂和联合酸体系。首先使用清洗液解除筛管附近和近井地带有机质沉积堵塞，之后使用处理液清除近井地带的无机堵塞物，改善地层渗透性。

现场施工采用油管正挤方式，注入压力根据A1井口最大注酸压力与注酸排量关系进行调整，泵注过程中根据注入井段吸液能力，实时调整注酸和注水排量，施工曲线（见图4）。

图4 A1 井分流酸化作业施工曲线Fig.4 Operation curve of diversion acidizing in well A1

先试压、挤注清洗液和顶替液，关井反应。再试压，挤注处理液。施工曲线上看是有明显的分流转向特征，稳定排量，压力上升，视吸水指数下降，液体有增稠效果。从压力缓慢上升及压力降可以看出酸液进入地层后，有效的清除了近井地带堵塞，并沟通了注水通道，地层的注入性得到了一定的改善，且起到了深部酸化的效果。最后挤注顶替液，顶替液起到了较好的将酸液推进地层深部反应的作用。

3.3 应用效果评价

3.3.1 注水井增注效果 A1 井分流酸化后，注水压力变化不大，由措施前7.44 MPa 略降至7.42 MPa，注水量由667 m3/d 增加至854 m3/d（见图5），视吸水指数由90 m3/d/MPa 上升至115 m3/d/MPa（见图6），取得了较好的增注效果。

图5 A1 井分流酸化作业前后注水曲线Fig.5 Injection curve before and after the diversion acidizing of well A1

图6 A1 井分流酸化作业前后视吸水指数曲线Fig.6 Apparent water absorption index curve before and after the diversion acidizing of well A1

根据施工曲线及后期注入曲线分析，酸化作业后，注水量提升，此次酸化有效。

3.3.2 注水井吸水剖面调整效果

3.3.2.1 分流酸化前后吸水剖面对比 吸水剖面测试是验证注水井各层吸水情况的重要监测手段。分流酸化后进行了分层调配测试。对比分流酸化前后注水井的吸水剖面可以看出，分流酸化后，高吸水层Zone#6（第6 防砂段）、Zone#5（第5 防砂段）吸水量得到一定程度控制，吸水占比有所降低，吸水量与地层系数（KH）不匹配的Zone#1（第1 防砂段）吸水占比增加。总体看来，整个吸水剖面相对更加均匀（见图7）。

图7 A1 井分流酸化作业前后吸水剖面对比Fig.7 Comparison of water absorption profile before and after the diversion acidizing of well A1

3.3.2.2 洛伦兹曲线法 以射孔厚度百分比为横坐标，吸水量百分比为纵坐标，利用洛伦兹曲线来表征吸水剖面非均质性的变化情况[14-16]。分流酸化前变异系数为0.28，分流酸化后变异系数为0.21，吸水剖面不均匀程度得到一定改善（见图8）。

图8 A1 井分流酸化作业前后洛伦兹曲线对比Fig.8 Comparison of Lorentz curves before and after the diversion acidizing

3.3.3 对应油井增油效果 井组内对应5 口油井，其中有4 口油井均出现不同程度的见效，油井含水率降低了1%～4%，单井日增油4～18 m3，降水增油效果明显（见图9）。

图9 A1 井分流酸化作业前后油井产油对比Fig.9 Oil production comparison of oil wells before and after the diversion acidizing of well A1

综合施工情况和应用效果可以看出，暂堵施工过程中压力上升，有增稠效果，后续酸化过程中压力下降，视吸水指数上升，起到了较好的增注效果；分流酸化起到了一定程度调整吸水剖面的作用，高吸水层达到控制，低吸水层得到加强；井组对应油井含水下降、产油上升，取得良好的增油效果。

4 结论与认识

（1）注水井分流酸化可以有效解决常规酸化酸液沿高渗层窜流而造成吸酸剖面不均匀的问题，可以分流酸化低渗层和污染层，从而更加有效地改造非均质储层，有效提升注水井水驱动用程度。

（2）通过建立注水井分流酸化选井原则，优选施工井组。通过注水井分流酸化措施前后注水井增注情况、吸水剖面对比、油井增油效果等多方面、多角度评价了措施效果。

（3）分流酸化技术在A1 井的成功应用为其在渤海油田大面积使用提供了保证，其效果优于常规酸化，更适合长井段、非均质性强的注水井，具有很好的应用前景。

（4）措施前后吸水剖面等数据的对比分析是效果评价的重要组成部分，应当在措施后及时安排吸水剖面复测等，为效果评价提供依据。