方培林,高永華,甄寶生
(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津 300451;2.中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300451)
酸化是海上油田地層解堵的重要手段,垢樣組成分析是除垢清洗或地層酸化解堵前的首要工作。氟硼酸體系即土酸體系是砂巖基質(zhì)酸化最常用的酸液體系[1],但同時存在酸巖反應(yīng)速度快、有效作用時間短、近井帶過度溶蝕等問題,且酸化過程中產(chǎn)生的氟硅酸、硅鋁酸、氟化鈣沉淀,硅膠薄膜擴(kuò)散及沉淀,會堵塞孔吼對儲層造成嚴(yán)重的二次傷害[2]。
通過JZ9-3-W5-6井氟硼酸酸化后垢樣分析,發(fā)現(xiàn)氟硼酸酸化后若不及時返排,將產(chǎn)生大量含氟元素的二次沉淀。
JZ9-3-W5-6是W平臺的一口油井,于1999年10月29日投產(chǎn)。2015年1月重新防砂,射孔層位為東二下段Ⅰ、Ⅱ油組,有效厚度17.3 m,油藏中深1 713.75 m,油層溫度56.59℃,基準(zhǔn)面處地層壓力14 MPa,防砂方式為篩管礫石充填防砂。2015年6月9日采用氟硼酸籠統(tǒng)酸化,作業(yè)后產(chǎn)狀未改善,隨后液量生產(chǎn)維持在50 m3/d左右。2017年4月5日采用有機(jī)酸進(jìn)行酸化解堵作業(yè),在進(jìn)行第二段酸化作業(yè)排液時電流瞬間上升至70 A,懷疑泵卡,嘗試正反洗、柴油浸泡、擠破膠劑、解堵藥劑浸泡、低頻解卡等措施均不能恢復(fù)。檢泵作業(yè)起出管柱,帶孔管以下至頂封以上油管外壁發(fā)現(xiàn)大量垢樣。
分析2015年酸化作業(yè)井史,JZ9-3-W5-6井在2015年5月進(jìn)行過酸化,酸化工作液及配方(見表1)。
通過地層水分析結(jié)果進(jìn)行結(jié)垢趨勢預(yù)測(見表2),常用預(yù)測碳酸鈣結(jié)垢趨勢的方法為飽和指數(shù)(SI)法[3]。
飽和指數(shù):SI=pH-(K+pCa+pAlk)
式中:pH-水的實際pH值;K-常數(shù),為水溫與離子強(qiáng)度的函數(shù),可由離子強(qiáng)度和水溫的關(guān)系曲線求得;pCa-鈣離子濃度的負(fù)對數(shù),pCa=-lg[Ca2+],其濃度單位為 mol/L;pAlk-總堿度濃度的負(fù)對數(shù),pAlk=-lg[CO32-+HCO3-],其濃度單位為mol/L;SI<0表示水中碳酸鈣未飽和,不結(jié)垢;SI>0表示結(jié)垢;SI=0表示穩(wěn)定。
通過計算發(fā)現(xiàn),隨著井底溫度的升高,結(jié)垢趨勢先降后升,在井底結(jié)垢趨勢達(dá)到最強(qiáng)(SI=1.54),井底結(jié)垢可能較嚴(yán)重(見圖1)。
表1 JZ9-3-W5-6井酸化液及配方表
表2 JZ9-3-W5-6井地層水分析結(jié)果
圖1 JZ9-3-W5-6井結(jié)垢趨勢預(yù)測圖
取少量垢樣烘干,發(fā)現(xiàn)垢樣較硬,含油較少,有較多蜂窩狀溶蝕孔,孔洞呈圓形、橢圓形及不規(guī)則狀,垢樣外觀(見圖2)。
圖2 JZ9-3-W5-6井油管垢樣外觀圖
使用濃度10%鹽酸溶解,發(fā)現(xiàn)垢樣基本不溶,無氣泡產(chǎn)生,垢樣形態(tài)未發(fā)生變化,垢樣不含鹽酸可溶的碳酸鹽??锥葱纬稍颍}鎂垢等酸可溶部分被溶蝕同時產(chǎn)生氣體形成的。
采用德國蔡司Zeiss EVO MA15掃描電鏡進(jìn)行垢樣形態(tài)及元素含量分析。通過掃描電鏡(SEM)判斷垢樣形態(tài),對不同形態(tài)樣品進(jìn)行分類。通常與X射線能譜儀(EDS)配合使用用來對材料微區(qū)成分元素種類與含量進(jìn)行分析[4]。各種元素具有自己的X射線特征波長,特征波長的大小則取決于能級躍遷過程中釋放出的特征能量ΔE,能譜儀就是利用不同元素X射線光子特征能量不同這一特點(diǎn)來進(jìn)行成分分析的[5,6]。
3.2.1 掃描電鏡(SEM)垢樣微觀形態(tài)分析 垢樣形態(tài)分析如下:
(1)一般在低倍下觀察顆粒全貌、孔隙發(fā)育及連通情況。放大17倍(見圖3),可發(fā)現(xiàn)垢樣表面很多蜂窩狀孔洞,推測為鈣鎂垢等碳酸鹽被溶蝕同時產(chǎn)生氣體形成的。
圖4 JZ9-3-W5-6井掃描電鏡垢樣不同位置微觀圖
(2)通過垢樣放大80倍(見圖4),觀察垢樣表面的微觀形態(tài)。發(fā)現(xiàn)顆粒表面有明顯的溶蝕現(xiàn)象,同時發(fā)現(xiàn)垢樣主要有2種形態(tài)。分別為多面體塊狀物(見圖5)與鱗片疊片狀堆積物(見圖6)。
(3)多面體塊狀物(見圖5)具有四角三八面結(jié)構(gòu),與石英六方雙錐體結(jié)構(gòu)相似,推測為次生石英。
(4)鱗片疊片狀堆積物(見圖6)不同于原生綠泥石及伊利石黏土礦物特征,排列緊湊整齊,復(fù)合二次沉淀析出特征,推測為次生硅鋁酸鹽黏土礦物。
3.2.2 X射線能譜(EDS)分析 在放大80倍區(qū)域內(nèi)選擇不同形態(tài)的垢樣進(jìn)行元素分析。對塊狀與鱗片狀兩種形態(tài)垢樣分別取3個點(diǎn),共6個點(diǎn),塊狀物分別標(biāo)記 Spot1,2,5。鱗片羽毛狀堆積物標(biāo)記為 Spot3,4,6,取點(diǎn)情況(見圖7)。
不同取樣點(diǎn)能譜儀檢測元素含量結(jié)果匯總(見表3)。
表3 掃描電鏡元素分析
從表3可以看出樣品Spot1~6元素差異不大,平均含氟量在 40%,Ca,Mg 元素含量較低,Na,K,Al,F(xiàn)e元素總含量接近50%。
圖5 JZ9-3-W5-6井掃描電鏡垢樣不同位置微觀圖
圖6 JZ9-3-W5-6井掃描電鏡垢樣不同位置微觀圖
圖7 JZ9-3-W5-6井掃描電鏡垢樣6個測樣點(diǎn)
圖8 樣品Spot1能譜元素定量分析
氫氟酸、氟硼酸處理地層時,在解堵的同時,副作用很大,特別是砂巖礦物與氫氟酸或氟硼酸體系的反應(yīng)產(chǎn)物往往會對地層造成新的傷害,產(chǎn)生的沉積物主要有不溶性氟化物、氟硅酸鹽、氟鋁酸鹽及硅膠等[7]。本次垢樣取得時間距最近1次酸化不足1個月,垢樣中鈣鎂元素較低,分析原因為:2017年有機(jī)酸酸化將鈣鎂垢溶出,剩余殘渣為2015年氟硼酸酸化產(chǎn)生的不溶性氟化物。在有機(jī)酸化后,管壁垢樣松散并被剝離,隨產(chǎn)液帶入電泵,導(dǎo)致了本次排酸過程中的泵卡事故。
(1)通過JZ9-3-W5-6井地層水分析,在井下溫度壓力下,地層水有較強(qiáng)的結(jié)垢趨勢,可能的結(jié)垢產(chǎn)物為鈣鎂垢。
(2)通過酸溶,掃面電鏡,能譜分析,發(fā)現(xiàn)井下垢樣不含鈣鎂垢,可能原因是最近的一次有機(jī)酸酸化將鈣鎂垢溶出。
(3)元素分析結(jié)果顯示垢樣含有大量的氟元素,最高達(dá)44.72%,結(jié)垢產(chǎn)生原因可能為氟硼酸酸化后未及時返排,在井下溫度壓力下產(chǎn)生的二次沉淀,在井筒沉積,影響后期解堵效果及后期生產(chǎn)。
(4)針對氟硼酸酸化后形成的二次沉淀,使用鹽酸、有機(jī)酸均不能解除。因此使用氟硼酸酸化后一定及時返排,避免形成二次沉淀再次堵塞地層或井筒。
參考文獻(xiàn):
[1]紀(jì)鳳勇,劉小娟,宇文博,等.多氫酸+氧化復(fù)合酸解堵工藝應(yīng)用及評價[J].石油化工應(yīng)用,2011,30(9):19-23.
[2]劉平禮,蘭夕堂,等.砂巖儲層酸化的新型螯合酸液體系研制[J].天然氣工業(yè),2014,34(4):72-75.
[3]關(guān)德,楊寨,魏光華,等.SZ36-1油田注水系統(tǒng)結(jié)垢趨勢預(yù)測及防垢研究[J].油田化學(xué),2001,18(2):136-138.
[4]鐘孚勛,賀偉,賀承祖,等.砂巖酸化反應(yīng)的微觀機(jī)理研究[J].天然氣工業(yè),2000,20(2):64-66.
[5]方培林,樊虹,高怡明,等.岐口18-1油田井下管柱結(jié)垢原因分析[J].石油化工應(yīng)用,2016,35(1):107-109.
[6]薛小佳,寧治軍,李志忠,等.“酸敏”砂巖儲層的酸化適用性探討[J].天然氣工業(yè),2012,32(6):50-52+109.
[7]柳娜,南珺祥,劉偉.鄂爾多斯盆地中部長6和長8儲層特征及酸敏機(jī)理[J].石油學(xué)報,2008,(4):588-591.