注水井不動(dòng)管柱螯合酸脈沖式注入酸化增注技術(shù)

楊乾隆， 李立標(biāo)， 陶思羽， 陸小兵， 朱繼云

(1.中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽 745100；2.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021)

注水是油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的有效手段之一，我國80%以上原油產(chǎn)量來自注水開發(fā)油田[1_3]。長慶油田低滲透、特低滲透砂巖油藏受儲(chǔ)層物性及注入水水質(zhì)等因素的影響，部分區(qū)塊注水壓力逐年上升，導(dǎo)致注水井出現(xiàn)高壓欠注現(xiàn)象。酸化是降壓增注的有力手段之一，砂巖油藏主要采用土酸、氫氟酸和多氫酸等酸液進(jìn)行酸化增注，但常規(guī)砂巖酸化增注技術(shù)存在作用距離有限、有效期較短、施工工序復(fù)雜、占井周期長和多次酸化增注無效等突出矛盾[4_5]。2004年，U.Chike等人[6]率先提出了“一步”代替“多步”的一體酸概念，此后，眾多學(xué)者對此進(jìn)行了大量的研究工作[7_11]。劉濤等人[12_13]將酸液酸化和水力脈沖結(jié)合，并通過試驗(yàn)分析了先脈沖后酸化、先酸化后脈沖和邊脈沖邊酸化等3種酸化模式的酸化效果，結(jié)果表明，復(fù)合酸化比單獨(dú)酸化的效果好，而邊脈沖邊酸化的效果最好。

筆者借鑒前人研究成果和以往現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)有酸化工藝的基礎(chǔ)上，對優(yōu)化后的高效酸液進(jìn)行了室內(nèi)評價(jià)，通過優(yōu)選和模擬研究分析脈沖式注入方式對酸化效果的影響，提出了注水井不動(dòng)管柱脈沖式注入酸化增注技術(shù)，打破了常規(guī)酸化施工周期長、工序復(fù)雜和設(shè)備動(dòng)用多的現(xiàn)場施工模式，具有施工不停注、不動(dòng)管柱、不泄壓和不返排等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場應(yīng)用增注效果較好。

1 脈沖式酸化增注技術(shù)原理及可行性

注水井不動(dòng)管柱脈沖式注入酸化增注技術(shù)(簡稱不動(dòng)管柱脈沖式酸化)的主要原理是：通過優(yōu)化得到一種新型高效酸液，將常規(guī)砂巖“三段式”酸化模式簡化為單步酸化，即高效酸液具有前置液、處理液和后置液的作用，從而形成酸化增注技術(shù)。該技術(shù)具有不動(dòng)管柱、不泄壓、不返排和占井周期短等優(yōu)點(diǎn)，為了加強(qiáng)酸化效果，將水力脈沖與酸化技術(shù)結(jié)合，即注酸時(shí)通過控制排量交替變化，使酸液在井底產(chǎn)生水力沖擊波，迫使液體中出現(xiàn)水擊現(xiàn)象(即在短時(shí)間內(nèi)液體流速劇增或驟降)；由于酸液流速的突然變化，使注入壓力突然升高或降低，從而在油管中產(chǎn)生交替升降的壓力，沖擊波經(jīng)傳播作用在油層巖石壁面，并進(jìn)行交變擾動(dòng)和振蕩剪切，可使儲(chǔ)層巖石產(chǎn)生微裂縫；同時(shí)水力沖擊壓力能使流體快速流動(dòng)，起到?jīng)_刷孔道和攜帶堵塞物脫離孔道的作用，即形成一種“動(dòng)態(tài)解堵”過程，從而達(dá)到深部解堵的目的。

為了驗(yàn)證該技術(shù)的可行性，選取目標(biāo)區(qū)Y1_01井的2塊巖心進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，依據(jù)目標(biāo)區(qū)地層溫度將試驗(yàn)溫度設(shè)定為60 ℃，首先用基液測得2塊巖心的原始滲透率，然后進(jìn)行不動(dòng)管柱脈沖式酸化與常規(guī)不動(dòng)管柱酸化，完成注酸后采用基液進(jìn)行驅(qū)替，分別測得2塊巖心酸化后的滲透率，結(jié)果如圖1、圖2所示(圖中，K、K0分別為酸化后和酸化前的巖心滲透率)。

圖1 不動(dòng)管柱脈沖式酸化后與酸化前巖心滲透率的比Fig.1 Permeability ratio before and after pulse injection and acidizing

圖2 常規(guī)不動(dòng)管柱酸化后與酸化前巖心滲透率的比Fig.2 Permeability ratio before and after conventional injection and acidizing

從圖1和圖2可以看出，采用不動(dòng)管柱脈沖式酸化后，酸化后與酸化前巖心滲透率的比由1.0升至8.2，滲透率提高了7.2倍；而采用常規(guī)不動(dòng)管柱酸化后，酸化后與酸化前巖心滲透率的比由1.0升至5.7，滲透率提高了4.7倍，可見不動(dòng)管柱脈沖式酸化增注效果較好。

2 酸液性能評價(jià)

為了實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱酸化施工，必須優(yōu)化酸液的性能，達(dá)到“以一代三”的效果。為此，結(jié)合長慶油田儲(chǔ)層特征、欠注機(jī)理和注入水水質(zhì)，進(jìn)行了大量室內(nèi)試驗(yàn)，研發(fā)了COA_1S酸液。該酸液由鹽酸、氫氟銨鹽、有機(jī)磷酸和螯合劑等多種添加劑配制而成，為多元弱酸，其水解速率緩慢，注入地層后可以達(dá)到深穿透目的，同時(shí)具有較強(qiáng)的螯合抑制性能，能減少二次沉淀的產(chǎn)生。

2.1 緩速性能

酸液反應(yīng)速率決定了酸液的有效作用距離，為了評價(jià)COA_1S酸液的緩速性能，進(jìn)行了室內(nèi)對比試驗(yàn)。在60 ℃下，分別用土酸和COA_1S酸液與目標(biāo)區(qū)巖粉反應(yīng)4 h，測定不同反應(yīng)時(shí)間下巖粉的溶蝕率，結(jié)果如圖3所示。

圖3 酸液溶蝕率與作用時(shí)間的關(guān)系Fig.3 Relationship between dissolution rate and action time of acid system

從圖3可以看出，COA_1S酸液的溶蝕率低于土酸，隨著反應(yīng)時(shí)間增長，可逐漸接近土酸的溶蝕率。

將COA_1S酸液和鹽酸加入到不同體積的質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的NaOH溶液中，測定反應(yīng)后液體的pH值，結(jié)果如圖4所示。

圖4 COA_1S酸液的酸度曲線分析Fig.4 COA_1S acidity curve analysis

從圖4可以看出，COA_1S溶液中的H+是緩慢電離出的，因此可延長酸巖反應(yīng)時(shí)間，擴(kuò)大酸液有效作用距離，實(shí)現(xiàn)深部酸化解堵，具有較好的緩速性能。

2.2 螯合抑制性能

為了分析對比常用酸液與COA_1S酸液對金屬陽離子的螯合抑制性能，分別配制土酸、多氫酸、氟硼酸和COA_1S酸液，并各取50 mL酸液放置在燒杯中，加入相同體積的陽離子溶液，觀察沉淀情況，然后將4種酸液分別放在60 ℃恒溫箱中2 h，觀察沉淀的變化情況，并進(jìn)行過濾、烘干和稱重，計(jì)算金屬離子抑制率，結(jié)果見表1。

表1COA_1S酸液的螯合抑制性能

Table1ChelationinhibitionperformanceofCOA_1Sacid

酸液Ca2+抑制率,%Si4+抑制率,%Fe3+抑制率,%Al3+抑制率,%土酸多氫酸60.731.436.326.4氟硼酸69.129.048.544.0COA_1S93.767.877.358.8

從表1可以看出，與常規(guī)酸液相比，COA_1S酸液對Ca2+、Si4+、Al3+和Fe3+等金屬離子具有較好的螯合抑制效果，能起到減少二次沉淀的作用，可滿足不動(dòng)管柱酸化后不返排的要求。

2.3 緩蝕性能

采用石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評價(jià)指標(biāo)》(SY/T 5405—1996)中的測試方法，測試帶涂層N80鋼片在COA_1S酸液中的腐蝕速率。首先測量N80鋼片的表面積及質(zhì)量，然后將其放入COA_1S酸液中腐蝕24 h后取出，再次稱量其質(zhì)量，計(jì)算得到平均腐蝕速率為0.429 4 g/(m2·h)(見表2)，觀察發(fā)現(xiàn)其涂層均未脫落，說明COA_1S酸液對井下管柱的腐蝕速率極小，具有較好的緩蝕性能，能滿足不動(dòng)管柱酸化的要求。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 總體應(yīng)用情況

截至目前，注水井不動(dòng)管柱螯合酸脈沖式注入酸化增注技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用3井次，施工成功率100%，有效率100%，施工過程平穩(wěn)有序，平均施工時(shí)間6.0 h，增注措施后平均注水壓力下降9.2 MPa，單井增注水量12.3 m3/d(見表3)。

通過對酸液及工藝的優(yōu)化改進(jìn)，將多項(xiàng)技術(shù)融合為一體，提高了降壓增注效果，提高了施工的成功率和措施的有效率，且大幅縮短了施工占井周期，減少了施工設(shè)備動(dòng)用量，施工步驟簡便，安全風(fēng)險(xiǎn)低，同時(shí)降壓增注效果顯著，達(dá)到了降本增效的目的，為低滲透油田欠注井治理提供了新的技術(shù)措施。下面以Y1_01井為例分析其應(yīng)用效果。

表2 COA_1S酸液的緩蝕性能Table 2 Corrosion inhibition performance of COA_1S acid

表3 不動(dòng)管柱螯合酸脈沖式注入酸化增注技術(shù)應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics on the effect of pulse acid injection and acidizing stimulation for the immobilized string

3.2 Y1_01井的應(yīng)用情況

Y1_01井是一口注水井，該井2015年10月29日投注，初期配注量10.0 m3/d，實(shí)際注水量10.0 m3/d，注水壓力15.0 MPa；2016年11月15日開始欠注，2016年11月27日洗井?dāng)D注無效，配注量10.0 m3/d，實(shí)際注水量1.0 m3/d，注水壓力15.0 MPa。2017年4月18日進(jìn)行氟硼酸酸化，酸化后未見效，配注量10.0 m3/d，實(shí)際注水量1.0 m3/d，注水壓力15.0 MPa。為提高該井注水量，2017年11月4日對該井采取不動(dòng)管柱螯合酸脈沖式注入酸化增注技術(shù)措施。

進(jìn)行不動(dòng)管柱脈沖式酸化增注施工時(shí)，首先進(jìn)行反洗井作業(yè)，清洗管柱及井底雜物，建立有效循環(huán)通道；然后進(jìn)行試擠，擠注壓力17.1 MPa，排量150 L/min；連接酸化管線，將酸液罐車與備水車同時(shí)接入400型水泥車，調(diào)整進(jìn)口閘門，酸液與水按照1∶1比例混合注入井筒，排量150 L/min，注入壓力17.5 MPa，待酸液到達(dá)地層后，注入壓力降至16.5 MPa；排量調(diào)整為300 L/min與100 L/min進(jìn)行脈沖注入，30 s交替一次，使其在井底產(chǎn)生水力沖擊波，現(xiàn)場共實(shí)施脈沖10段50次(1段交替5次)，待脈沖注入改為正常注入后，施工壓力由16.5 MPa降至12.0 MPa；最后4.0 m3酸液以100 L/min排量注入，以充分改善近井地帶地層滲透率；注酸結(jié)束后，停泵切換到注水流程，酸化施工用時(shí)6.5 h。

與采取不動(dòng)管柱脈沖式酸化增注技術(shù)前相比，Y1_01井酸化后注水壓力為1.8 MPa，下降13.2 MPa，注水量為14.0 m3/d，增加13.0 m3/d，視吸水指數(shù)由0.067 m3/(MPa·d)提高至7.780 m3/(MPa·d)，降壓增注效果明顯。目前，該井配注量15.0 m3/d，實(shí)際注水量15.0 m3/d，注水壓力5.8 MPa。Y1_01井采取不動(dòng)管柱脈沖式酸化增注技術(shù)前后的注水曲線如圖5所示。

圖5 Y1_01井采用不動(dòng)管柱脈沖式酸化增注技術(shù)前后的注水曲線Fig.5 Water injection curve before and after application in Well Y1_01

4 結(jié)論與建議

1) 研發(fā)的COA_1S酸液具有較好的緩速、螯合抑制和緩蝕性能，能滿足注水井酸化增注的要求。

2) 不動(dòng)管柱螯合酸脈沖式注入酸化增注技術(shù)將水力脈沖與酸化技術(shù)有效結(jié)合，大幅簡化了常規(guī)酸化施工流程，室內(nèi)評價(jià)性能較好，現(xiàn)場應(yīng)用取得了較好的增注效果，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

3) 建議進(jìn)一步優(yōu)化酸液配方，提高酸液對金屬離子的螯合抑制能力，降低對地層的二次傷害。