海上油田非均質砂巖油藏酸化增產技術實踐

鄒劍 王弘宇 王秋霞

摘 ? ? ?要： 為了解決海上油田壓裂增產方法與技術費用高、難度大的問題，分析了渤海盆地MM油田儲層特征及傷害機理，針對性地開展了酸液體系的研發(fā)，分析了酸液抑垢能力、酸液溶蝕能力和對堵塞物的溶解能力，通過實驗將新型螯合酸與傳統采用的酸液進行比較，反映出了新型螯合酸的良好性能。自2015年實踐以來，推廣應用超過400井次，成功率接近96%，增注效果明顯。

關 ?鍵 ?詞：海上油田;砂巖;酸化壓裂;提高采收率

中圖分類號：TE357 ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）08-1754-04

Abstract： In order to solve the problem of high cost and difficulty of fracturing stimulation method and technology in offshore oil field， the reservoir characteristics and damage mechanism of MM oil field in Bohai basin were analyzed， the research and development of acid system were carried out， and the scale inhibition ability， acid corrosion ability and plug dissolution ability of acid solution were analyzed. The new type of chelating acid was compared with the traditional acid solution through experiments. The results showed that the new chelating acid had good properties. Since 2015， the acid system has been popularized and applied in more than 400 wells， the success rate was close to 96%， and the injection increase effect was obvious.

Key words： Offshore oil field; Sandstone; Acid fracturing; Enhanced oil recovery

油氣資源開發(fā)一直是個世界各國關注的重點，我國圍繞油氣藏工業(yè)化應用而展開的研究和試驗數量更是眾多，目前形成了水平井雙封單卡分段壓裂等主體技術以及相應地配套工藝，并且自20世紀90年代以來就掀起了致密砂巖油氣藏的商業(yè)開發(fā)熱潮[1]。致密砂巖油氣藏的特點是孔隙度小、滲透率低，商業(yè)開發(fā)過程中需要大規(guī)模水平井壓裂增產。壓裂增產方法與技術的發(fā)展經歷了一個很長的過程，從20世紀50年代至今，從僅用于單井增產增注到與油藏工程相結合的優(yōu)化作業(yè)，應用范圍越來越廣，技術也越來越成熟[2]。但是這種技術費用高、難度大，因此探究作業(yè)過程中更高效率的方式就成了重點[1]。當前我國的油田作業(yè)追求更加安全、更加高效、更加經濟的作業(yè)方式，因此普遍采用的是酸化技術以提高產量，并且還在不斷尋求解決作業(yè)成本高、過程復雜和返排液處理難度大等問題的有效方式[3]。由于螯合酸具有傳統酸液體系的眾多性能，許多研究者在螯合酸酸化方面有不少新思路和新建議。伴隨著商業(yè)開發(fā)的迫切需求，新型螯合酸體系的提出成為必然[4]。

周震巖等針對冀東油田南堡區(qū)塊1號構造酸化的優(yōu)化問題，分析了南堡油田1號構造的儲層地質特征以及儲層前期酸化情況，從鉆井完井、修井作業(yè)和生產過程3方面分析儲層潛在的損害機理，同時分析了氟硼酸等酸液的各自適用特點。在現場應用中，油井使用自生土酸體系后，取得了良好的增油效果。白昕在對敏感性強的砂巖油藏儲層特征及傷害因素分析的基礎上，通過對砂巖油藏酸巖反應機理的研究，完成了主體酸、稠化劑、助劑的研制開發(fā)，形成適用于敏感性強的砂巖油藏的復合黏穩(wěn)酸體系，按技術要求完成相關性能評價[5]。

綜上所述，伴隨著商業(yè)開發(fā)的需要，高效的油氣藏水平井壓裂增產方法和技術成為了研究的熱點。本文旨在通過對MM油田儲層特征進行詳細的分析，并針對這些特點進一步探究新的更加有效的酸液體系[6]。螯合酸體系的應用不僅能很好解決解堵問題和二次傷害問題，還能大大提高效率和降低成本。此外在螯合酸體系提出的同時，針對實踐的進行，開發(fā)出了一種新的復合有機解除劑，能夠兼顧有機物與無機物的解除[7]。

1 ?MM油田儲層特征及傷害機理

1.1 ?MM油田儲層特征

MM油田儲層巖石礦物的平均含量中大致有60%的石英、13%的正長石、16%的斜長石、8%的黏土礦物質以及3%的其他礦物，石英的含量隨著深度的增加而增加。砂巖的固結程度取決于埋藏深度，由于埋藏較淺，因此砂巖固結程度也較弱[8]。

利用X-射線衍射全巖礦物成分分析，可以了解隨著深度的改變，礦物的含量情況。從實驗結果來看，MM油田不同層位巖性的差異比較小，但是由于泥質含量的影響，大部分層段出現了黏土微粒運移堵塞。在探討酸液研發(fā)的問題時，會將這一情況納入考慮，酸化解堵時要適當考慮防膨的問題。

通過XRD對研究區(qū)黏土礦物進行了分析，其結果顯示研究區(qū)黏土礦物的類型包括高嶺石、伊利石、綠泥石、蒙脫石以及伊蒙混層，其重量百分比大致為37%、23%、10%、8%和22%。從樣本分析來看，高嶺石的相對含量占比最高，在電子顯微鏡下集合體通常是鱗片狀和放射狀等。伊利石大部分屬于碎屑成因，是黏土基質的組成成分之一。伊蒙混層在電子顯微鏡下觀測到S+1形態(tài)呈橋接狀充填粒間孔隙。

總的來說儲層孔隙度分布在18%～34.6%之間，滲漏率大致分布在15.5～5 900 mD之間，極差很大，非均質性強，具有高孔隙度、高滲透性的特點。通過數據對油田各層巖心的孔滲關系進行分析，可以得知樣本中的明化鎮(zhèn)組和館陶組孔隙度與滲透率線性相關度很高（圖1）。

1.2 ?儲層傷害機理

一般而言，儲層傷害包括造成近井地層絕對滲透率下降、完井造成的井底流入限制等，下面從物理作用和化學作用來說明儲層傷害機理。物理作用有在生產過程通常無法避免的應力損害、因流動通道的縮窄或者流速變慢時微粒在孔喉發(fā)生的堵塞而造成的儲層滲透率下降等;化學作用則包括了水敏損害、酸敏損害、鹽敏損害和無機垢沉積等，概括而言就是外來流體與儲層巖石不配伍或者外來流體與儲層流體不配伍情況。結合前文提到的儲層礦物成分分析結果可以知道，儲層的傷害類型有微粒運移和鐵沉淀等[9]。

結合實驗結果與數據分析可以得出MM油田詳細的儲層特征，如滲透率極差大、非均質性極強、油田地面原油具有高膠質和高酸值、由于多年開發(fā)引發(fā)的各小層壓力不均衡等一系列特征。針對這些，在進行酸液研發(fā)時就要重點考慮有機清潔劑、防乳及抗酸渣功能的實現以及有效的布酸技術等問題。

2 ?酸液體系研發(fā)

長期以來，在油田作業(yè)中普遍采用的施工作業(yè)方式是動管柱酸化作業(yè)，在酸化實施的過程中存在不少的技術難點和困擾，為了提高酸化作業(yè)的有效性，酸液體系的研發(fā)具有至關重要的作用。MM油田有典型的砂巖儲層，礦物、堵塞物組成復雜，酸化的過程中存在難溶堵塞物和二次傷害的難題，因此通過實驗探究找出相對符合要求的高效酸化酸液體系和螯合酸體系以及高性能螯合劑的有效運用。

2.1 ?酸液抑垢能力

為了更好地驗證新型螯合酸的抑垢能力，針對實驗產生的金屬氟化物、氫氧化物沉淀等二次沉淀物做進一步的實驗與分析（表1）。

方法是按照常規(guī)酸液濃度進行酸液配制，分別進行實驗：常溫下向酸液加500 mg·L-1的CaCl?，然后進行2 h 60 ℃水浴加熱，加溫后加入NaOH使pH=3，加入一定量的鈣紅指示劑后開始觀察實驗結果并做好記錄。

從觀察結果來看，金屬離子在殘酸溶液中產生了沉淀;新型螯合酸能夠很好地穩(wěn)定金屬離子，使離子不發(fā)生沉淀，所以新型螯合酸的抑能力和阻垢能力值得肯定（圖2）。

2.2 ?酸液溶蝕能力

為了驗證新型螯合酸的溶蝕能力，進行了溶蝕實驗。實驗過程中，采集MM油田的4種巖粉，然后利用實驗數據得出的4種酸液在60 ℃的條件下對巖粉進行2 h的溶蝕實驗（圖3）。實驗結果證明，新型螯合酸對于所采用的4種巖粉的溶蝕度較高， 相較于其他常規(guī)的酸液體系，還具有傷害低、能夠有效抑制二次沉淀的優(yōu)點。

2.3 ?堵塞物的溶解

在油井作業(yè)進行酸化的過程中，酸液進入地層之后并不是直接快速地與巖石還有堵塞物先接觸，在儲層中的堵塞物表面附著著油污是常見的現象。因此有效的酸化作業(yè)需要先采用化學的方法將酸溶物表面的有機物除去，最后才能真正地使酸液發(fā)生作用。新采用的復合有機解除劑SA-AD能夠大大提高溶解的效率。為了分離近井地帶沉積的有機垢以及巖石表面的油膜，往往利用溶劑互溶的原理。另一種方式是通過乳化降低油水表面的張力，然后使得被油包裹的無機物更容易被酸化酸液溶解。復合有機解除劑SA-AD吸收以往方式的優(yōu)點，綜合解堵效果更加優(yōu)化。

實驗證明，通過復合有機解除劑與酸液體系的協同作用，含油巖芯滲透率恢復率能夠達到一倍多 ，解堵效果良好，整個解堵體系能夠很好地清洗稠油及油污表面的膠質等物質（圖4）。

2.4 ?酸液體系的優(yōu)化

通過采用了XRD全巖分析、電鏡掃描巖心等技術，結合相關的酸液實驗，對新型螯合酸的性能進行深入的研究，可以得出新型螯合酸體系的眾多優(yōu)點以及實際運用的可行之處。油田的開采酸化作業(yè)機理復雜，難度巨大，后續(xù)返排液的處理也是個關鍵的問題。相較于與傳統的酸液體系，本文提出的新型螯合酸體系更具有優(yōu)勢，但是不同的油田作業(yè)范圍要做到具體問題具體分析。運用物理和化學手段，結合科學的探測、評估和數據分析，盡可能地排除對生產流程沖擊的其他因素，進一步優(yōu)化解堵液體系和返排液處理的工藝技術。

酸化技術是海上油田開采的過程中比較高效增產技術手段，在整個過程中酸化工藝和酸液體系的選擇十分關鍵。本文探究的新型螯合酸體系就是一種更加優(yōu)化和高效的酸液體系，同時具有環(huán)保的優(yōu)點。采用復合有機解除劑SA-AD，能夠實現更加高效的酸化解堵作用。除此之外酸液體系的優(yōu)化還要考慮后續(xù)酸化返排液的處理工藝，基于目前普遍采用的采油設施和具體的油井返排液的特性，融合物理和化學作用，不斷地解決油井酸化作業(yè)中的殘酸處理問題，建立起完善的酸液體系。

3 ?現場應用效果分析

在實際現場的應用過程中，取得了明顯的增產增注效果，并在實踐的過程中，對于所研究技術體系進行不斷的完善。2015年之后至今，酸化技術在MM油田注水井推廣應用超過400井次，成功率接近96%，增注效果明顯，較以往的酸化解堵技術效率大幅度提高，不僅增產增注，還節(jié)省不少時間，降低了作業(yè)的成本，綜合來看效果十分顯著。長久來看，這個技術體系可以在更多的油田進行推廣。針對不同的目標油田進行生產指標和測試數據的分析，選井選層，準確判斷目標油井作業(yè)之后的增油潛力以及漏失量程度，有針對性的根據不同的壓力虧空程度選擇合適的酸化分流工藝。

除此之外，注水井酸化作業(yè)的效率因為酸液體系的優(yōu)化得到大幅度提高。螯合酸體系在現場的應用中能夠有效解堵，也不會對儲層有新的傷害，與此同時反應速度慢，適用的溫度范圍廣，解決了作業(yè)環(huán)境要求復雜、設備調動麻煩和作業(yè)成本高等一系列難題。不過，在實際應用的過程中也能發(fā)現不少有待進一步改善的地方，比如注水井的解堵隨著酸化次數的增多有效性也會降低，可以在未來進一步針對這個問題開發(fā)新的解堵液體系?？偠灾龊玫刭|工程和油井工程的調查和評估，以數據為依托，進行數值模擬，不斷地根據實際情況優(yōu)化酸液體系和酸化工藝，以及推出更加完善的返排液處理體系。

4 ?結束語

本文重點研究了致密砂巖油氣藏水平井壓裂增產方法和技術，在深入研究并分析了我國MM油田的儲層特征之后，針對研究區(qū)的儲層特征進一步探究在水平井壓裂增產的過程中更有效率的開采方式。在現場運用的時候，新型的弱腐蝕螯合酸體系能夠適應高孔高滲、多層非均質疏松砂巖稠油油藏井的解堵酸化，很好地抑制了二次沉淀。新引入的復合有機解除劑能夠實現無機物和有機物的解除，進行高效解堵。最后的酸化返排液技術處理能夠有效利用采油平臺的資源進行了工藝上的創(chuàng)新。因此，在更多的油田作業(yè)中，能夠放心地采用本文提出的致密砂巖油氣藏水平井壓裂增產方法和技術以及新型的酸液優(yōu)化體系，進一步實現最大價值商業(yè)開發(fā)。

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