延長油田深穿透大液量酸化案例分析研究

王鵬 高苗苗 高榮

摘 要：基質(zhì)酸化被廣泛應用于碳酸鹽巖儲層的解堵。2017年，在延長油田進行了70多次基質(zhì)增產(chǎn)作業(yè)。然而，對于無嚴重傷害且受地層能量降低影響的低產(chǎn)能井，常規(guī)基質(zhì)的作用有限。為此，開發(fā)了一種新的酸化技術(shù)，即大液量深穿透酸化。膠凝酸以其經(jīng)濟效益得到廣泛應用，并對其流變性能進行了測試。在注入過程中，優(yōu)化注入速度，選擇大酸量，在地層中形成長效孔洞，降低油氣滲流阻力，連通深層油氣儲層，提高產(chǎn)量。應用該技術(shù)對密山油田3口井進行了增產(chǎn)改造，取得了良好的效果。由于非壓裂地層，大液量深穿透酸化仍屬于基質(zhì)酸化。這樣就不需要鉆機，節(jié)約了成本。介紹了延長油田首次應用低地層能量井和低污染井的增產(chǎn)新方法。

關(guān)鍵詞：延長油;大液量;向酸系統(tǒng);酸化

中圖分類號：TQ127.1+3;TE357.2 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）06-0012-05

Abstract：Matrix acidification is widely used in the deblocking of carbonate reservoirs. In 2017， more than 70 substrate stimulation operations were carried out in Yanchang Oilfield. However， for low productivity wells that have no serious damage and are affected by the reduction of formation energy， the role of conventional matrix is limited. For this reason， a new acidification technology has been developed， namely deep penetration acidification with large liquid volume. Gelling acid has been widely used for its economic benefits， and its rheological properties have been tested. During the injection process， optimize the injection rate and select a large amount of acid to form long-lasting pores in the formation， reduce oil and gas seepage resistance， connect deep oil and gas reservoirs， and increase production. 3 wells in Mishan Oilfield were modified to increase production by applying this technology， and good results were achieved. Due to the non-fracturing formation， deep penetration acidification with large liquid volume still belongs to matrix acidification. This eliminates the need for drilling rigs and saves costs. This paper introduces the first application of low formation energy wells and new production stimulation methods for low pollution wells in Yanchang Oilfield.

Key words：Yanchang oil; large liquid volume; acidification system; acidification

0 引言

延長油田集團位于我國陜西省西安市。成立于1905年，它由子長、余家坪、 姚店、豐富川、川口、子北、志丹、蟠龍等油田組成。下轄延安煉油廠、永坪煉油廠、榆林煉油廠等多個大中型煉化廠，是我國西北地區(qū)重要的國有大型油氣田勘探與開采企業(yè)。近年來，酸化和有機物驅(qū)油是密山油田增產(chǎn)的主要手段。隨著油田開發(fā)的不斷深入，含水率上升，油井產(chǎn)量相應下降。而常規(guī)酸化不能有效提高產(chǎn)量。

以川口油田為例，川口油田為石灰?guī)r儲層，埋深3800～4000m，儲層溫度112～117℃，酸化存在酸巖反應速度快、腐蝕嚴重、酸液漏失大等問題，限制了酸化的處理范圍和有效的空洞，從而限制了酸化效果。通過近幾年的研究，針對該類型儲層開發(fā)了一種新型的酸體系——自轉(zhuǎn)向酸體系，即PA-VES體系，該體系具有良好的緩速、緩蝕、降濾失性能。PA-VES酸和膠凝酸一起使用。為解決有機污染問題，提高作業(yè)效果，建議在酸化前用有機解堵劑浸泡。

1 關(guān)鍵技術(shù)

基質(zhì)酸化的目的是去除井筒附近和井筒內(nèi)的污染，理論上是表皮系數(shù)的修正。砂巖酸化就是盡可能恢復滲透率，使表皮系數(shù)趨于零。但是，如圖1所示，增產(chǎn)后儲層滲透率較高，表皮系數(shù)可能降低到0以下，這是因為酸化可以在大多數(shù)方解石-白云石形成的碳酸鹽巖中形成高滲透性蟲孔，并與新的天然裂縫相連接。

由達西公式可知，對于無污染井（s=0），當表皮系數(shù)為負值時，產(chǎn)量仍可提高。

要使蟲孔擴大，必須滿足以下4個條件：最佳注入量、有效的濾失控制方法、低酸巖反應速率和足夠的酸液消耗量。降低酸性巖的反應速率和增加孔洞的穿透距離是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵。為了降低反應速率，一方面可以通過加入高粘度的酸性流體來控制H+的傳質(zhì)效率，另一方面可以通過降低反應溫度來降低反應速率常數(shù)。漏失對孔洞的擴展非常重要。低漏失酸液系統(tǒng)保證有足夠的酸液到達蟲孔前端。低溫降低了反應速度，保證了酸液的有效濃度。

如圖1所示，對于碳酸鹽巖儲層，主孔洞在降低表皮系數(shù)方面起著重要作用。隨著注入量的增加，表皮系數(shù)可進一步降低到0以下，從而提高產(chǎn)量。不恰當?shù)淖⑷敕绞娇赡軙е陆郾砻嫒芙饣蚍种Э锥?，這在增產(chǎn)工作中是不可能的。如圖2所示，有一個特定酸系統(tǒng)的最佳注入速率。此外，隨著溫度的升高，最佳注入速度也隨之增大，因此降低儲層溫度是優(yōu)化注入速度的另一種途徑。緩速酸體系能有效地減小最佳注入速率范圍。

2 工作液系統(tǒng)

2.1 自轉(zhuǎn)向酸系統(tǒng)PA-VES

近年來，自轉(zhuǎn)向酸的研究和應用取得了迅速的進展。經(jīng)過延長石油公司的研究，開發(fā)了適合川口油田的PA-VES系統(tǒng)。PA-VES系統(tǒng)具有耐高溫、緩蝕性好、轉(zhuǎn)向性能好等優(yōu)點。已應用于20余口井，取得了良好的增產(chǎn)效果。

自轉(zhuǎn)向酸體系（PA-VES）的粘度受PH值和鈣鎂陽離子濃度的控制。實驗室實驗結(jié)果如圖3所示，隨著酸巖反應的進行，殘余酸粘度在117℃達到峰值440mPa·s，在120℃下保持在80mPa·s的穩(wěn)定。首先，高粘度有助于控制H+的傳質(zhì)速率，降低酸性巖的反應速率，從而起到緩凝作用。

其次，高粘度體系首先在高滲透層段形成，阻止酸液繼續(xù)流入高滲透層段，起到分流作用。此外，高粘度酸在減少漏失方面起到了較好的作用，有利于酸液深入地層。PA-VES系統(tǒng)在地面和井筒中的粘度很低，有效地降低了摩擦力。

川口油田采用PA-VES系統(tǒng)進行增產(chǎn)作業(yè)的地面泵送作業(yè)曲線如圖4所示。工作液通過連續(xù)油管注入?？梢?，當VES酸與儲層巖石接觸并發(fā)生反應時，注入壓力和井口壓力開始上升，這與常規(guī)鹽酸進入地層產(chǎn)生的壓力迅速下降正好相反。這意味著PA-VES系統(tǒng)的粘度隨著反應的進行而升高，這使得系統(tǒng)堵塞了高滲透層段，減少了漏失。

在自轉(zhuǎn)向酸系統(tǒng)中加入添加劑，有效防止沉淀，提高系統(tǒng)性能。PA-VES具有良好的破膠能力。高滲段封堵后，高粘度流體與地層油接觸后粘度逐漸降低，降粘率可達99%，有利于殘酸返排。將緩蝕率高于行業(yè)一級標準要求的特殊緩蝕劑PA-COH1與PA-VES聯(lián)合使用。加入PA-VERT后，體系表面張力降至33.340mN/m，界面張力降至0.470 mN/m，有利于回流。鐵離子穩(wěn)定劑和抗泥漿劑的加入能有效抑制泥沙沉積，保護油層。

2.2 膠凝酸體系PA-GL

凝膠酸體系廣泛應用于碳酸鹽巖的酸化壓裂。PA-GL系統(tǒng)經(jīng)過幾代產(chǎn)品的升級換代，在川口油田得到了廣泛的應用。PA-GL系統(tǒng)與PA-VES系統(tǒng)相結(jié)合，既能起到分流作用，又能降低運行成本。圖5所示為PA-GL酸體系的粘溫曲線，該體系在120℃下具有良好的增粘性能，通過調(diào)整膠凝劑的濃度可以改變體系的粘度，以滿足不同的操作要求。

2.3 溶劑清洗劑PA-OS3

川口油田修井、測井過程中，井下管柱和工具經(jīng)常采集大量的黑垢樣品，經(jīng)實驗室分析確定為以瀝青為主的有機垢。隨著地層壓力的降低，瀝青更容易在井筒附近和井筒內(nèi)沉積，增加油氣流動阻力，降低油井產(chǎn)量，甚至導致停產(chǎn)。因此，酸化作業(yè)前進行有機垢清洗作業(yè)，可有效去除有機污染，同時避免酸和瀝青造成的二次傷害。

延長石油公司為川口油田開發(fā)了一種有機解堵劑PA-OS3。該產(chǎn)品在室內(nèi)評價中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，遠遠優(yōu)于常用的甲苯、二甲苯、互溶劑等產(chǎn)品。此外，甲苯或二甲苯的閃點較低，PA- OS3的閃點為65℃，考慮到西北干旱地區(qū)夏季地表溫度可能為40～50℃，PA-OS3在保證操作安全的同時，常規(guī)化學品也存在安全隱患。川口油田首次試采，油井產(chǎn)量由230桶/d提高到1737桶/d，有效期260d，累計增產(chǎn)21萬桶。

3 操作參數(shù)優(yōu)化

3.1 井筒溫度計算

傳熱過程可分為井筒流動和地層滲流兩部分。井筒能量交換主要包括注入流體與井筒原油流體之間的對流換熱和熱傳導、從井筒流出的酸液攜帶的熱量以及與地層的熱交換。川口油田地下油藏溫度在115℃左右時，注入的酸液對地層有一定的降溫作用，對降低酸巖反應速率和腐蝕速率具有重要意義。采用swoac-C軟件計算井筒溫度場，考慮了注入速度因素。需要考慮的是，川口油田地表溫度夏季高達50℃，冬季高達10℃。

原始地層滲透率為1.8mD，滲透率參數(shù)為1.8mD。根據(jù)這些信息，計算了油管、套管、水泥和儲層巖石的熱力學性質(zhì)。地面溫度設置為10℃和50℃。噴射速率設置為0.5m3/min、1m3/min、2m3/min、3m3/min、5m3/min。

計算10min、30min和50min時的井筒底部溫度結(jié)果。什么時候注入量2m3/min，10min時酸液流經(jīng)整個管柱，30min累計注入量60m3，50min累計注入量100m3，滿足大體積酸液設計的需要。需要注意的是，連續(xù)泵送50min通常不能以5m3/min的注入速度持續(xù)泵送，因為它需要的液體體積大，對設備的要求增加，成本也很高。這里只用于分析。從圖6和圖7可以看出，隨著注入時間的增加，井筒底部溫度不斷降低。噴射速率越大，降溫幅度越大，這符合換熱規(guī)律。注入量為0.5m3/min時，酸液與井筒接觸時間延長，換熱充分，流體到達井底時冷卻效果不明顯。

由圖8可以看出，由于地溫較低，冬季酸化作業(yè)降溫效果明顯。而在夏季，當酸液到達井底時，溫度較高。因此，夏季應采用大于2m3/min的大注入量。此外，川口油田儲層較深，酸液與井筒之間的換熱時間較長。為了減少井筒內(nèi)的熱交換，建議采用最大注入量。

3.2 注射量優(yōu)化

對于有一定傷害程度的井，可根據(jù)經(jīng)典計算公式確定酸化半徑，并計算出酸液總量。目前，密山油田有部分井由于地層壓力下降，產(chǎn)量下降明顯。根據(jù)測井解釋資料，計算出的表皮系數(shù)較小。在這種情況下，少量的酸液不能滿足增產(chǎn)的需要。對于上述井，獲得有效的主孔洞是提高產(chǎn)量的有效途徑。在優(yōu)化泵速的前提下，如圖1所示，大排量酸液可以有效地提高油井產(chǎn)量。對于多次酸化的井，有必要研究以往的作業(yè)設計，逐步擴大處理半徑。如果基質(zhì)酸化效果不佳，則應采用酸壓或壓裂，進一步提高油井產(chǎn)量。

4 案例研究

4.1 案例A

A井位于川口油田南部區(qū)塊。射孔深度3823～3833m，目標儲層為Mishrif MB21，為灰?guī)r儲層。根據(jù)測井解釋，孔隙度13.6%，滲透率2.6mD，儲層壓力27.08MPa，溫度112℃，2016年4月進行了柴油吞吐和常規(guī)酸化。術(shù)前產(chǎn)量為993bbl/d，術(shù)后為1059bbl/d，增產(chǎn)效果有限。2016年5月進行增壓試驗。地層壓力系數(shù)為0.72，表皮系數(shù)為-2.08。2017年5月，該井進行了大液量深穿透酸化。采用有機垢清洗和酸化技術(shù)提高產(chǎn)量。投產(chǎn)后產(chǎn)量1571桶/日，投產(chǎn)前1139桶/日。表11為該井常規(guī)酸化與大液量深穿透酸化參數(shù)對比。

4.2 案例B

B井位于川口油田南部區(qū)塊。射孔深度3829～3836m，目的層為Mishrif MB21，屬于灰?guī)r儲層。根據(jù)測井解釋，孔隙度17.9%，滲透率37.1mD，儲層壓力28.31MPa，溫度112℃，2015年4月進行了壓力恢復試驗。地層壓力系數(shù)為0.75，表皮系數(shù)為-3.55。2016年4月進行了常規(guī)酸化增產(chǎn)，并進行了有限的增產(chǎn)。2016年10月，該井進行了大液量深穿透酸化。采用有機垢清洗和酸化技術(shù)提高產(chǎn)量。投產(chǎn)后，該井日產(chǎn)量增加600桶。

4.3 案例C

C井位于川口油田南部區(qū)塊。于2002年11月開通。最初的日產(chǎn)油量為2465桶，含水率為0，噴嘴尺寸為32/64英寸。2015年，對該井進行了靜壓測試。手術(shù)中發(fā)現(xiàn)幾處軟卡。懷疑井筒內(nèi)形成有機垢。瀝青物質(zhì)是隨測井工具一起帶出來的。測井結(jié)果表明，地層壓力為29.88MPa。2016年4月進行常規(guī)柴油浸泡和常規(guī)酸化。作業(yè)后日產(chǎn)945桶，含水率1.5%，井口壓力39kg/cm2，噴嘴尺寸32/64英寸。2017年4月，該井進行了高酸深穿透酸化作業(yè)。作業(yè)前日產(chǎn)833桶，作業(yè)后1374桶。

5 結(jié)論

（1）碳酸鹽巖儲層在酸化施工中，主要孔洞起著重要的作用。通過優(yōu)化注入速度和液體體積，減少漏失，降低溫度，可以有效地促進孔洞的擴展。

（2）模擬結(jié)果表明，提高泵速可以有效降低地層溫度和酸巖反應速率。但過大的注入速度和壓力會導致近井眼分支孔洞的形成和酸化范圍的縮小。

（3）自轉(zhuǎn)向酸的應用對降低漏失和酸巖反應速率有顯著效果。

（4）對于地層壓力低、污染小的井，通過優(yōu)化注入速度和使用相對較大的注氣量，可以有效地提高產(chǎn)量。

參考文獻

[1]Cui B， Feng P， Rong X， et al. Acidizing technology of carbonate reservoir used for enhanced oil recovery in the oilfield of Iraq[C]//The Twenty-fourth International Ocean and Polar Engineering Conference. International Society of Offshore and Polar Engineers， 2014.

[2]Ansari K R， Chauhan D S， Singh A， et al. Corrosion Inhibitors for Acidizing Process in Oil and Gas Sectors[J]. Corrosion Inhibitors in the Oil and Gas Industry， 2020： 151-176.

[3]Ji Q， Zhou L， Nasr-El-Din H. Acidizing sandstone reservoirs with aluminum-based retarded mud acid[J]. SPE Journal， 2016， 21（03）： 1050-1060.

[4]Sohn Y S. Experimental and Simulated Investigation on the Effect of Chemically Retarded Acid Systems in Carbonates[D].2018.

[5]Mozumder M R H， Michael H M， Mihajlov I， et al. ORIGIN OF GROUNDWATER ARSENIC IN A PLEISTOCENE AQUIFER DEPRESSURIZED BY MUNICIPAL PUMPING IN BANGLADESH[J]. IMPacts of pumping on the distribution of arsenic in Bangladesh groundwater， 2019： 112.

[6]Cash R J. Acid fracturing carbonate-rich shale： a feasibility investigation of eagle ford formation[D].2016.

[7]Shamma R N， Elkasabgy N A， Mahmoud A A， et al. Design of novel injectable in-situ forming scaffolds for non-surgical treatment of periapical lesions： in-vitro and in-vivo evaluation[J]. International journal of pharmaceutics， 2017， 521（1-2）： 306-317.

[8]Braeckman U， Janssen F， Lavik G， et al. Carbon and nitrogen turnover in the Arctic deep sea： in situ benthic community response to diatom and coccolithophorid phytodetritus[J]. Biogeosciences， 2018， 15（21）： 6537-6557.

[9]Lai Y， Cao H， Wang X， et al. Porous composite scaffold incorporating osteogenic phytomolecule icariin for promoting skeletal regeneration in challenging osteonecrotic bone in rabbits[J]. Biomaterials， 2018， 153： 1-13.

[10]Lisabeth H P， Zhu W， Kelemen P B， et al. Experimental evidence for chemo-mechanical coupling during carbon mineralization in ultramafic rocks[J]. Earth and Planetary Science Letters， 2017， 474： 355-367.