水力脈沖-化學(xué)復(fù)合技術(shù)在青海尕斯油田的應(yīng)用

饒 鵬， 蒲春生， 劉 濤， 何舉濤， 何志英

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院， 山東 青島 266580； 2.勝利油田石油開(kāi)發(fā)中心 地質(zhì)與工藝研究中心， 山東 東營(yíng) 257001； 3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采油廠， 甘肅 慶城 745100)

0 引言

將大功率的振動(dòng)波與化學(xué)解堵劑有機(jī)地結(jié)合，不僅可以提高化學(xué)作用效果，而且可以延長(zhǎng)化學(xué)作用距離.振動(dòng)作用可以使井壁周圍或炮眼附近堵塞物不能形成或抑制其形成，即為一種“動(dòng)態(tài)解堵”工程，既有利于滲流，又減少或抑制了堵塞物的二次形成，從而保持了化學(xué)處理效果，延長(zhǎng)作用有效期[1-10].因此，對(duì)于中低滲透性及特低滲透性開(kāi)發(fā)油田，采用振動(dòng)-化學(xué)復(fù)合解堵增產(chǎn)技術(shù)，可以有效地清洗炮眼，解除近井地帶堵塞，使單項(xiàng)增產(chǎn)措施的作用效果得到大幅度提高，復(fù)合作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于單獨(dú)作用的效果.本文結(jié)合青海尕斯油田的地質(zhì)特征，對(duì)水力脈沖-化學(xué)復(fù)合技術(shù)做了深入研究，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性.

尕斯庫(kù)勒油田位于青海省柴達(dá)木盆地茫崖坳陷區(qū)尕斯斷陷亞區(qū)，是古始新世-上新世的主體沉降區(qū)，沉積了巨厚的第三系碎屑沉積巖系.儲(chǔ)層有“薄、多、散、雜”的特點(diǎn).該區(qū)注水井注水困難，經(jīng)研究無(wú)機(jī)垢和顆粒堵塞是造成注水井注水壓力上升的主要原因，基于此我們開(kāi)展針對(duì)性的室內(nèi)實(shí)驗(yàn).

1 水力脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)及原理

振源是整個(gè)振動(dòng)采油技術(shù)的關(guān)鍵.在井下振源振動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的振動(dòng)波從振源向油層傳播，由于振動(dòng)頻率低，能量在地層傳播過(guò)程中損失小，效率高，振動(dòng)能量集中，作用區(qū)域強(qiáng)烈，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，安全可靠.

XAPJ-1井下低頻水力振源的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由三部分組成：(1)彈簧；(2)活塞缸；(3)下端固定物.其結(jié)構(gòu)如圖1所示.其中運(yùn)動(dòng)部件是活塞和彈簧.除此以外還需要配有墊片、接頭、堵頭等附件.

XAPJ-1井下水力振動(dòng)器是依靠從井口泵入的流體來(lái)提供其工作動(dòng)力.在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)將振動(dòng)器連接在油管上，下放至所要作業(yè)的層位，即可開(kāi)泵.在不斷流入的工作液的作用下，XAPJ-1振動(dòng)器以兩種方式將振動(dòng)能量作用于地層：

圖1 XAPJ-1井下低頻水力振源結(jié)構(gòu)示意圖

(1)振動(dòng)器自身縱向上的位移振動(dòng).該振動(dòng)主要來(lái)源于振動(dòng)器內(nèi)活塞對(duì)振源的周期性碰撞.這一振動(dòng)能量通過(guò)水力錨傳給套管，再由套管通過(guò)水泥環(huán)傳給地層，從而引起巖層內(nèi)的彈性位移振動(dòng).

(2)脈沖高壓水流所產(chǎn)生的橫向上的水力沖擊波.振源在工作時(shí)，高壓水流以脈沖方式通過(guò)振源的上端泄流孔向周圍空間噴射，沖擊套管，使其產(chǎn)生形變將能量傳入注入層或生產(chǎn)層，同時(shí)將會(huì)有部分流體通過(guò)油層射孔段直接作用于地層，使地層流體產(chǎn)生脈沖波動(dòng).

由于活塞在井下作周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生具有低頻、高幅的位移振動(dòng)和水力沖擊波.在上述雙重振動(dòng)波的作用下，可使儲(chǔ)層中的微裂縫不斷擴(kuò)延，增加近井地帶的流動(dòng)通道，提高滲透率，同時(shí)又能使巖層孔隙內(nèi)的流體克服束縛力而流動(dòng)，從而起到了很好的解堵、空化、改善油藏潤(rùn)濕性及剩余油分布的作用，從而達(dá)到油井增產(chǎn)、水井增注，提高油藏的最終采收率.

2 復(fù)合工藝室內(nèi)流動(dòng)試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)藥品與材料：尕斯油田四種酸液體系A(chǔ)(氫氟酸體系)、B(多氫酸體系)、C(CMH體系)、D(氟硅酸體系)，氯化鈉(NaCl)：分析純(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；氯化 鈣(CaCl2)：分析純(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；六水合氯化鎂(MgCl2-6H2O)：分析純(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，尕斯油田天然巖心.

實(shí)驗(yàn)儀器：分析天平(0.000 1 g)，室內(nèi)水力脈沖發(fā)生器，巖心驅(qū)替裝置，量筒，玻璃棒.

通過(guò)選用尕斯油田常用的四種酸液體系A(chǔ)(氫氟酸體系)、B(多氫酸體系)、C(CMH體系)、D(氟硅酸體系)，分別就單獨(dú)酸化、單獨(dú)脈沖、先酸化后脈沖、先脈沖后酸化和邊脈沖邊酸化做了巖心流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比處理前后的巖心滲透率，優(yōu)選出了最佳的復(fù)合方式.

2.1 單獨(dú)酸化

在驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中間容器里加入配好的地層水和酸液，在夾持器中放入飽和好基液的巖心，在70 ℃恒溫裝置中進(jìn)行巖心流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)；在用基液測(cè)量一定時(shí)間的驅(qū)替流量，計(jì)算得到初始滲透率，之后將10 PV處理酸液反向注入，關(guān)閉泵及閥門模擬悶井(1 h)；然后正向開(kāi)泵注入驅(qū)替，再次用基液測(cè)酸化以后的滲透率 ，根據(jù) 變化評(píng)價(jià)不同酸液體系的作用能力.

圖2 不同體系酸液?jiǎn)为?dú)酸化的巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖2可以看出，得到土酸作用效果比其他幾種要差；多氫酸的作用效果最好，酸化后約為1.9；其次為多氫酸中的CMH+CMF體系，其約為1.6.因?yàn)橥了嶙饔每赡軐?dǎo)致部分巖石顆粒脫落或形成沉淀物等，而其他酸液對(duì)巖心骨架傷害較弱.

2.2 單獨(dú)脈沖

基本實(shí)驗(yàn)條件同2.1，但本實(shí)驗(yàn)不注入酸液，而是在普通巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，用水力脈沖器輔助驅(qū)替.將巖心飽和好地層水放入夾持器內(nèi)測(cè)初始滲透率 ，用水力脈沖器將注入水脈沖驅(qū)替進(jìn)入巖心10 min后立即停止脈沖10 min，脈沖1 h后再用基液測(cè)巖心的滲透率 ，相同方法分析性質(zhì)相近的4塊巖心 變化.

圖3 單獨(dú)脈沖巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

由圖3可以看出，施加脈沖之后滲透率值變化幅度明顯增大，分別對(duì)應(yīng)3次水力脈沖，滲透率出現(xiàn)3次最高值，因?yàn)樵趩?dòng)脈沖時(shí)活塞的運(yùn)動(dòng)使泵腔內(nèi)產(chǎn)生孔隙，因此壓差立即降低，滲透率迅速增加，當(dāng)流體充滿孔隙流體后壓差又恢復(fù)正常值，滲透率也恢復(fù)正常.其中，只作用水力脈沖提高滲透率的效果不明顯，比值約為1.20，遠(yuǎn)小于單獨(dú)酸化效果.

2.3 先脈沖后酸化

實(shí)驗(yàn)基本條件同上，首先用地層水測(cè)巖心初始滲透率，然后打開(kāi)水力脈沖器，將地層水驅(qū)替進(jìn)入夾持器，脈沖10 min后立即停止脈沖10 min，循環(huán)3次.之后正向開(kāi)泵驅(qū)替4種酸液體系各10 PV進(jìn)入巖心，再次用地層水測(cè)巖心滲透率K，分析變化.

圖4 先脈沖后酸化復(fù)合巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

由圖4可以看出，先進(jìn)行脈沖震蕩然后進(jìn)行酸液處理的效果比只加酸液處理的效果要好，這是因?yàn)檎駝?dòng)的作用加劇了巖石壁面上垢的破壞以及脫落，乃至在滲流通道中的運(yùn)移，因此酸液能更有效地處理近井帶，增加地層滲透性用.土酸先脈沖后酸化最終滲透率比值最低，為1.71；其次為CMF+CMH體系和H2SiF6體系；CH-59最高，約為2.31.

2.4 先酸化后脈沖

實(shí)驗(yàn)條件基本同2.3，不同的是改變注酸和水力脈沖作用順序.實(shí)驗(yàn)首先用地層水測(cè)巖心初始滲透率，在注酸和水力脈沖作用后再次用地層水測(cè)巖心滲透率，分析變化.

圖5 先脈沖后酸化復(fù)合巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

由圖5可以看出，四種酸液體系作用后滲透率最終比值不同，分別約為1.74、2.41、1.96和1.87.對(duì)比2.3可知，先進(jìn)行酸化后進(jìn)行脈沖的滲透率比值比先脈沖后酸化巖心的滲透率比值大，說(shuō)明前者解堵效果更好，分析原因認(rèn)為，先進(jìn)行酸化巖心后，有利于將巖心變得疏松膠結(jié)，再加上振動(dòng)脈沖效果，更加有利于解除顆粒堵塞物.

2.5 邊酸化邊脈沖

實(shí)驗(yàn)條件基本同2.3，不同的是在驅(qū)替酸液體系至巖心同時(shí)作用水力脈沖波.實(shí)驗(yàn)首先用地層水測(cè)巖心初始滲透率K0，在同時(shí)注酸和水力脈沖作用后再次用地層水測(cè)巖心滲透K，分析K/K0變化.

圖6 水力脈沖-化學(xué)復(fù)合巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

由圖6可以看出，酸化與水力脈沖復(fù)合解堵技術(shù)可以將巖心滲透率明顯改善.四種酸液體系作用后巖心的滲透率比值各有不同，分別約為1.79、2.71、2.23和1.98.同時(shí)進(jìn)行酸化與水力脈沖措施比分開(kāi)進(jìn)行兩項(xiàng)措施效果好；分析認(rèn)為，水力脈沖波與化學(xué)酸化復(fù)合作用可加快酸化體系與巖石及堵塞物的反應(yīng)速率，增加有效酸化半徑，延長(zhǎng)化學(xué)酸化效果的有效作用時(shí)間，抑制巖石孔隙堵塞物的再次形成，從而在根本上改善酸化作用效果.

2.6 措施效果對(duì)比

根據(jù)以上各實(shí)驗(yàn)，四口井進(jìn)行各措施后與措施前滲透率比值如圖7所示.

圖7 措施前后滲透率對(duì)比圖

由圖7可以看出，水力脈沖波輔助酸化降壓解堵增注比比單項(xiàng)作業(yè)方式前后注水量比大，而且進(jìn)行酸化與水力脈沖同時(shí)結(jié)合作業(yè)比分開(kāi)進(jìn)行單項(xiàng)作業(yè)的注水比更大.因此，水力脈沖波輔助酸化降壓解堵增注技術(shù)可以為中低滲透油田、特低滲透性油田解除近井地帶堵塞，清洗射孔產(chǎn)生的堵塞，并大幅度的提高酸化增產(chǎn)作用效果.

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)水力脈沖-化學(xué)深穿透解堵技術(shù)的要求，選擇了躍525和躍378井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，均取得了良好的效果.

2009年9月，躍378和躍525井進(jìn)行了水力脈沖-化學(xué)復(fù)合解堵，兩個(gè)水力脈沖發(fā)生器串聯(lián)使用.施工中打開(kāi)油套環(huán)空，先用45 m3活性水進(jìn)行純振動(dòng)正循環(huán)解堵作業(yè)，水泥車泵壓4 MPa.作業(yè)結(jié)束后，關(guān)閉油套環(huán)空用活性水試劑，考慮到設(shè)備承壓?jiǎn)栴}，試擠到26 MPa停泵，起出振動(dòng)管柱，下入混注管柱，進(jìn)行常規(guī)多氫酸酸化.由圖8和圖9兩口井酸化施工效果看出，注水量穩(wěn)定，達(dá)到理論配注量，解堵效果較好.截止目前，兩口井仍能達(dá)到配注，有效期已達(dá)六個(gè)月，累計(jì)增注9 624 m3.

圖8 躍525井注水曲線圖

圖9 躍378井注水曲線圖

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)通過(guò)進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比優(yōu)化，表明邊脈沖邊酸化的處理方式是最好的處理方法，可以使?jié)B透率得到最大幅度的提高.

(2)礦場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用表明，所優(yōu)選出的水力脈沖-化學(xué)復(fù)合體系在現(xiàn)場(chǎng)有很好的應(yīng)用，可做進(jìn)一步的推廣.

[1] Kokal.S.Cost effective design of corrosion inhibitor squeeze treatments for water supply wells[C]∥SPE53143.Manama Barain:Socienty of Petroleum Engineer Inc,1999:1-5.

[2] Brezinski.M.M.New environmental options for corrosion inhibotor Intensifiers[C]∥SPE53143.Austin Texas:Socienty of Petroleum Engineer Inc,1999:299-305.

[3] Nasr-EI-Din.H.A.Effect of acids and stimu1ation additive on the cloud point of nonionic surfactant[J].SPE Fomation Damage ControlSymp,1996,14(2):186-190.

[4] Taylor K.C.Systematic study of iron control chemicals used during well stimulation[J].SPE Journal,1999,4(1):19-24.

[5] 張建國(guó)，劉全國(guó)，甄思廣．低頻水力振動(dòng)器解堵原理及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J]．石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，27(5)：47-49，53.

[6] 黃中偉，李根生，劉全國(guó)．振蕩-酸化深部復(fù)合解堵機(jī)理與應(yīng)用[J]．石油勘探與開(kāi)發(fā)，2006，33(5)：618-621.

[7] 劉洪軍．水力沖擊法解堵的研究及應(yīng)用[J]．石油鉆采工藝，1999，21(5)：100-103

[8] 張光偉，常連吉．油層微孔隙內(nèi)流體在水力振動(dòng)器作用下動(dòng)態(tài)特性的研究[J]．鉆采工藝，1996，19(3)：29-33.

[9] 梁 春，李 慶，焦亞鳳．水力振動(dòng)法處理油層技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]．大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2006，25(2)：65-67.

[10] 蒲家寧，陳 明．脈沖水射流水力共振設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)工程科學(xué)，2009，11(2)：36-40.