低滲油田高壓注水井在線酸化技術(shù)研究與試驗(yàn)

惠 鑫，黃小峰，劉 虎，馬志峰

（延長油田子長采油廠，陜西 延安 716000）

引 言

低滲油田的特點(diǎn)為儲層滲透率低，具有較高的非均質(zhì)性及較低的水驅(qū)控制能力，當(dāng)前大多數(shù)低滲油田為達(dá)到高效開發(fā)的目的，所采取的方式為注水模式，因此需要注水井實(shí)施注水[1]。在注水的過程中，由于水內(nèi)含有結(jié)垢及懸浮物等，導(dǎo)致儲層隨著注水時間的延長逐步堵塞，對于低滲油田注水開發(fā)方式的妥善實(shí)施不能提供有效的保障[2～4]。為解決以上問題，需采用恰當(dāng)?shù)慕舛路绞浇獬蜐B油田高壓注水井的堵塞問題，實(shí)現(xiàn)對其注入壓力的有效降低及地層吸水性的提升，以此達(dá)到提高注入量，為低滲油田的安全高效開發(fā)提供保障的目的[5]。

酸化技術(shù)屬于對注水井實(shí)施解堵的主要方式。當(dāng)前較為常用的酸化方式重點(diǎn)為常規(guī)酸化模式，此類酸化模式在實(shí)際施工中需分別注入有機(jī)清洗液、前后置液、頂替液及處理液等，其缺點(diǎn)為施工工序繁瑣、協(xié)調(diào)復(fù)雜度高、酸化設(shè)備龐大、施工用時較長等[6,7]。為有效規(guī)避此類缺陷，需研究更加新穎的酸化技術(shù)。在線酸化技術(shù)即為一種全新的酸化施工方式，它重點(diǎn)由可囊括常規(guī)酸化方式有機(jī)清洗液、處理液及前后置液全部功能的復(fù)合酸液體系及實(shí)時在線監(jiān)測裝置等構(gòu)成[8]。該技術(shù)能夠在注水井持續(xù)注入的前提下，依據(jù)一定比例向注水流程內(nèi)注入高效復(fù)合酸液，經(jīng)在線稀釋所注入酸液后向地層內(nèi)注入，并在整個注入過程中對施工參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)控，及時對在線酸化效果予以有效判別。其優(yōu)點(diǎn)為施工用時短、工序簡單、無需大型設(shè)備以及安全性高等，其復(fù)合酸液體系的選取及性能要求是決定其實(shí)際施工效果的關(guān)鍵[9,10]。

基于以上分析，針對低滲油田高壓注水井在線酸化技術(shù)展開研究與實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)，降低其井口油壓及泵注壓力，提升其整體施工排量，達(dá)到增注降壓的實(shí)際應(yīng)用效果，為低滲油田的高效安全開發(fā)提供有效幫助。

1 低滲油田高壓注水井在線酸化技術(shù)研究

1.1 復(fù)合酸液體系制備及性能檢驗(yàn)

1.1.1 復(fù)合酸液體系的制備

通過有機(jī)酸、表面活性劑、高性能螯合劑、高效有機(jī)溶劑、緩蝕劑以及氟化物等共同制備出復(fù)合酸液體系，用于低滲油田高壓注水井在線酸化施工中，現(xiàn)實(shí)施工應(yīng)用時無需另行制備其他類別的酸化添加劑，該復(fù)合酸液體系囊括了有機(jī)清洗液、處理液及前后置液的全部功能。

1.1.2 復(fù)合酸液性能的檢驗(yàn)方法

實(shí)際應(yīng)用前需通過試驗(yàn)對所制備的復(fù)合酸液體系性能實(shí)施驗(yàn)證，所需驗(yàn)證的性能包括：①螯合性；②對二次及三次沉淀損害的抑制性；③對在線酸化施工安全性予以保障的緩蝕性；④溶解儲層堵塞物的溶蝕性[11]。各性能的試驗(yàn)驗(yàn)證方法為：

（1）螯合性：以鐵、鈣離子為例，檢驗(yàn)有機(jī)土酸、多氫酸、土酸及復(fù)合酸液對兩種鐵離子的螯合能力。先分別配制好各種酸溶液，有機(jī)土酸、多氫酸及土酸溶液，然后實(shí)施檢驗(yàn)。具體檢驗(yàn)過程為：①對鐵離子螯合能力的檢驗(yàn)過程：依次由從配制好的有機(jī)土酸、多氫酸及土酸溶液內(nèi)各取出45mL 放入各個錐形瓶內(nèi)，并分別將等量的1mol/L 的氫氧化鈉溶液加入到三種酸液瓶內(nèi)，將pH 值均調(diào)整為2.1，再分別將1.1g 的氯化亞鐵溶液添加到各個酸液瓶內(nèi)，對各酸液瓶內(nèi)狀態(tài)實(shí)施觀測后計(jì)算出各酸液對鐵離子的螯合能力；由制備好的復(fù)合酸液內(nèi)取出4.5g 酸液裝入450mL 的瓶內(nèi)，將去離子水加入后實(shí)施定容，從其中取出4.5mL 向245mL 的錐形瓶內(nèi)倒入并添加去離子水45mL，分別取兩滴2%的磺基水楊酸指示劑與9.5mL 0.1mol/L 的硫酸鐵銨溶液加入錐形瓶中，通過0.04mol/L 的乙二胺四乙酸溶液對其實(shí)施滴定，直到混合溶液變成黃色為止。②對鈣離子螯合能力的檢驗(yàn)過程：再次由有機(jī)土酸、多氫酸及土酸溶液內(nèi)各取出45mL 放入各個錐形瓶內(nèi)，并加入與鐵離子檢驗(yàn)等量的氫氧化鈉溶液，且所調(diào)pH值同鐵離子檢驗(yàn)相同，將1.1g 的氯化鈣溶液分別向各個瓶內(nèi)加入，對各酸液的沉淀狀況實(shí)施觀測后，于88℃環(huán)境下放置2.1h，過濾各酸液；通過去離子水溶解所取出的4.5g 復(fù)合酸液，向450mL 瓶內(nèi)倒入，采用移液管由其中移出95mL 向錐形瓶內(nèi)裝入，將氨水- 氯化銨緩沖溶液倒入后將pH 值調(diào)整至10.2 上下，然后滴入兩滴混合指示劑，直到通過C4H6CaO4溶液將錐形瓶內(nèi)的混合溶液滴定為紫紅色為止。

（2）二次沉淀抑制性：依次從配制的有機(jī)土酸、多氫酸及土酸溶液內(nèi)各取出18mL 溶液，分別放置于各個試管內(nèi)，并從所制備的復(fù)合酸液內(nèi)取相同量的復(fù)合酸液放入另一個試管內(nèi)，將金屬氟化物、氟硅酸鹽及氟鋁酸鹽化合物沉淀物分兩次分別加入到各酸液內(nèi)，對各酸液內(nèi)不同沉淀物的沉淀狀況實(shí)施觀測，然后向88℃的水浴鍋內(nèi)放置各個試管，直至完全反應(yīng)之后實(shí)施過濾烘干及稱量，計(jì)算出各酸液的沉淀抑制率。

（3）緩蝕性：通過動態(tài)腐蝕儀檢驗(yàn)不同酸液對鋼片的動態(tài)腐蝕情況，以此評價各酸液的緩釋性能[12]。試驗(yàn)總用時與溫度分別為4.2h 和110℃，所用鋼片為n85 型號，每間隔2.1h 檢驗(yàn)一次鋼片腐蝕率。

（4）溶蝕性：以不同深度儲層內(nèi)的巖粉為例，在88℃的溫度下運(yùn)用四種酸液對不同巖粉實(shí)施2.2h的溶蝕試驗(yàn)。

1.2 酸化施工參數(shù)確定

令酸液的作用時長得以延伸、酸巖的反應(yīng)速率下降以及有效將儲層損害去除掉即為低滲油田高壓注水井儲層砂巖在線酸化施工的目標(biāo)，配液的配比、用量、濃度以及泵壓和排量為在線酸化技術(shù)所需的施工參數(shù)，其中關(guān)鍵施工參數(shù)為配液比例、注酸的強(qiáng)度與速度。

1.2.1 配液比例

低滲油田高壓注水井在線酸化作業(yè)過程中，通過在線稀釋向注水過程泵注入濃縮度較高的酸液，直至符合所設(shè)定比例后同所注入的水共同到達(dá)注水井儲層實(shí)施酸化解堵。在現(xiàn)實(shí)作用中可以目標(biāo)油田需解堵區(qū)間為依據(jù)將注酸量確定，并結(jié)合單層注水量與濃度比設(shè)定所制備酸液同水的配比范圍為1.2～1.6；所需注入的總液體量可通過目標(biāo)油田的整體污染區(qū)間確定，并以實(shí)際酸化效果為依據(jù)，對注入水及酸液的泵注速度予以及時地調(diào)節(jié)；經(jīng)由在線酸化監(jiān)測裝置隨時記錄作業(yè)中的表皮系數(shù)，當(dāng)表皮系數(shù)長時間處于高值狀態(tài)時，需對表皮系數(shù)實(shí)施降低處理，此時可采用降低注水速度并提升注酸速度的方式提升整體酸液濃度實(shí)現(xiàn)，以此達(dá)到將注水井儲層污染堵塞物去除掉的目的。

1.2.2 注酸速度

在對低滲油田高壓注水井實(shí)施在線酸化施工過程中，為達(dá)到深度酸化解堵的目的，需酸液到達(dá)注水井的儲層深處，為此需將酸液的注入速度盡量提升。為提升酸液的注入速度，應(yīng)以注水井基質(zhì)酸化低于底層破裂壓力為前提，將理想的注酸速度與壓力區(qū)間獲取到，并對經(jīng)濟(jì)予以綜合考量后最大限度地提高注水井酸蝕位置的滲透率與半徑。根據(jù)文獻(xiàn)[13]中對注酸速度的分析推導(dǎo)得出施工中在線酸化最高注酸速度運(yùn)算式，具體如下：

由于在線酸化作業(yè)速度L 低于最高注酸速度，因此一般取在線酸化作業(yè)速度L 為最高注酸速度的95%，防止作業(yè)過程中發(fā)生地層壓破的事故。

1.2.3 注酸強(qiáng)度

通常注水井儲層的污染區(qū)間與污染水平、孔隙度及酸巖反應(yīng)特點(diǎn)等對在線酸化作業(yè)中注酸強(qiáng)度存在關(guān)鍵影響。酸液可作用到的區(qū)間大小由酸化反應(yīng)前沿決定，設(shè)定酸液所接觸到的孔隙中可溶物均會被溶解掉，依據(jù)快慢性反應(yīng)物同酸液之間的反應(yīng)特點(diǎn)，以及酸液注入時反應(yīng)前緣所發(fā)生的改變，結(jié)合反應(yīng)前沿等能夠?qū)⒆⑺釓?qiáng)度預(yù)估出，具體過程為：

（1）單位巖石孔隙體積內(nèi)被酸液溶解掉的礦物總量同單位體積巖石內(nèi)的礦物總量相比，即為酸液能力數(shù)Mac，酸液消耗速率同酸液對流速率二者的比值即為達(dá)姆科勒數(shù)Mda，二者均屬于無因次參數(shù)，可經(jīng)由運(yùn)算獲取到。

（2）巖酸反應(yīng)的無因次前緣位置ωf可通過解堵半徑rw獲取到，即：

1.3 在線監(jiān)測裝置

在在線酸化作業(yè)中通過耐酸泵持續(xù)將酸液注入到注水流程內(nèi)，同時運(yùn)用在線監(jiān)測裝置對注入過程中的速度與強(qiáng)度實(shí)行實(shí)時監(jiān)控，并實(shí)時在線記錄表皮系數(shù)，依據(jù)所記錄的表皮系數(shù)對酸化解堵效果進(jìn)行判別，在該系數(shù)下降到設(shè)定值時完成酸液注入過程，實(shí)現(xiàn)在線酸化施工中的酸液智能注入。在線監(jiān)測裝置的實(shí)時監(jiān)控過程如圖1 所示。由模數(shù)轉(zhuǎn)換器、流量與壓力測量元件等測得作業(yè)中的注酸速度與強(qiáng)度等數(shù)字信號，經(jīng)由計(jì)算機(jī)傳至運(yùn)算單元計(jì)算出實(shí)時表皮系數(shù)，當(dāng)計(jì)算值比預(yù)先設(shè)定的表皮系數(shù)值高時，則繼續(xù)實(shí)施注酸；當(dāng)計(jì)算值小于或等于預(yù)先設(shè)定值時，則可結(jié)束注酸，完成對在線酸化作業(yè)的實(shí)時監(jiān)控過程。

圖1 在線監(jiān)測裝置實(shí)時監(jiān)控過程圖Fig. 1 The real time monitoring process diagram of online monitoring device

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

以某低滲油田中任意一個高壓注水井作為試驗(yàn)對象，將在線酸化技術(shù)應(yīng)用到此高壓注水井上，檢驗(yàn)實(shí)際應(yīng)用效果。實(shí)際應(yīng)用前先針對本文所制備的復(fù)合酸液體系性能實(shí)施檢驗(yàn)，應(yīng)用檢驗(yàn)后的復(fù)合酸液對試驗(yàn)注水井實(shí)施在線酸化施工，檢驗(yàn)實(shí)際在線酸化效果并展開相應(yīng)分析。

試驗(yàn)注水井所處油田的埋藏深度較深，9%～21%的孔隙度分布，滲透率平均值范圍為1.68×10-3～45.5×10-3μm2，整體滲透性能較低，具有較高程度的成巖，儲層的儲集范圍內(nèi)包含次生孔與原生粒間孔等，具有十分寬廣的孔喉分布區(qū)間，其半徑平均值為3.01μm，易導(dǎo)致敏感性損害，故其在線酸化施工中所應(yīng)用的復(fù)合酸液，需具備較高的螯合性與二次沉淀抑制性等性能。

2.1 酸液體系性能檢驗(yàn)

試驗(yàn)中主要針對有機(jī)土酸、多氫酸、土酸以及所制備復(fù)合酸液的螯合性、沉淀抑制性、緩蝕性及溶蝕性實(shí)施檢驗(yàn)，具體如下：

（1）各酸液對鐵、鈣離子的螯合能力檢驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。由圖2 能夠得出，復(fù)合酸液對鐵、鈣離子的螯合能力分別為447.3mg/g 與255.1mg/g，而其它三種酸液對兩種離子的螯合能力均較低，特別是土酸的螯合能力幾乎為0，由此說明，所制備的復(fù)合酸液具有較高的螯合性。

選取EGTA、TMA-52、TPEN、及HMC-M1 等6種螯合劑作為對比對象，檢驗(yàn)復(fù)合酸液及各螯合劑對鐵、鈣離子的容忍量，對比復(fù)合酸液與不同螯合劑的螯合能力，檢驗(yàn)對比結(jié)果詳見表1。通過表1 可看出，與6 種專業(yè)的螯合劑相比，復(fù)合酸液對鐵、鈣離子的容忍量依然最高，可見，所制備復(fù)合酸液具備顯著高效的螯合能力，可對在線酸化作業(yè)過程內(nèi)的鐵、鈣離子二次沉淀起到一定的預(yù)防作用。

表1 復(fù)合酸液同各種螯合劑的螯合能力對比Table 1 Comparison of chelating ability of complex acid solution with various chelating agents

（2）各酸液對不同沉淀物的二次沉淀抑制性檢驗(yàn)結(jié)果詳見表2。通過表2 可得出，四種酸液中，土酸的各種沉淀物的沉淀狀況均最為嚴(yán)重，且二次沉淀抑制率也均為最低，而本文所制備的復(fù)合酸液在兩次加入不同沉淀物后依然可保持清澈或微渾濁狀態(tài)，且對三種沉淀物的二次沉淀抑制率平均值可達(dá)到72.42%，可見，所制備的復(fù)合酸液具有較好的二次沉淀抑制性能。

表2 各酸液對不同沉淀物的二次沉淀抑制結(jié)果Table 2 The secondary precipitation inhibition results of different precipitates with different acid solutions

（3）各酸液的緩蝕性檢驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。由表3 能夠得出，兩次腐蝕率試驗(yàn)中，土酸對鋼片的腐蝕率最高，復(fù)合酸液對鋼片的腐蝕率最低，四種酸液的平均腐蝕率由低到高依次為復(fù)合酸液＜有機(jī)土酸＜多氫酸＜土酸，說明，所制備的復(fù)合酸液具有更低的動態(tài)腐蝕率，緩蝕性能較佳。

表3 各酸液的緩蝕性檢驗(yàn)結(jié)果Table 3 The corrosion inhibition test results of each acid solution

（4）將儲層內(nèi)不同深度所獲取到的巖粉編號為a、b、c，分別選取7%與11%兩種濃度的有機(jī)土酸、多氫酸、土酸及復(fù)合酸液對各編號巖粉實(shí)施溶蝕，檢驗(yàn)不同濃度下各酸液對不同深處巖粉的溶蝕性，檢驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。分析圖3 能夠得知，四種酸液濃度的上升均顯著提升了對不同深度巖粉的溶蝕率，兩種濃度下四種酸液的溶蝕率由高到低排序依次為土酸、復(fù)合酸液、有機(jī)土酸、多氫酸，其中復(fù)合酸液較土酸而言，對不同深度巖粉的溶蝕率微低，復(fù)合酸液與土酸均具有較好的溶蝕性能。

2.2 應(yīng)用結(jié)果分析

經(jīng)過對所制備復(fù)合酸液各項(xiàng)性能的檢驗(yàn)之后，運(yùn)用該復(fù)合酸液對試驗(yàn)注水井實(shí)施在線酸化施工，檢驗(yàn)在線酸化施工前后試驗(yàn)注水井的注水量、井口油壓、泵注壓力、表皮系數(shù)以及總施工排量，通過所得檢驗(yàn)結(jié)果分析在線酸化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。檢驗(yàn)對比結(jié)果如表4 所示。分析表4 可得出，在實(shí)施在線酸化施工前復(fù)合酸液未注入到試驗(yàn)注水井地層內(nèi)時，試驗(yàn)注水井地層的吸液能力不夠理想，泵注壓力與井口油壓分別高達(dá)9.77MPa 和9.11MPa，注水量僅為226.1m3/d，表皮系數(shù)高達(dá)15.55，且總體施工排量僅為0.25bbl·min-1，整體施工壓力較高；而在實(shí)施在線酸化施工之后，有效提升了試驗(yàn)注水井地層的吸液能力，注水量升高了136m3/d，泵注壓力與井口油壓顯著降低，總體施工排量上升至施工前的10.72 倍，升高趨勢十分明顯，且通過實(shí)時監(jiān)控得出施工后的表皮系數(shù)可降低至0.18，可見，運(yùn)用所制備復(fù)合酸液對試驗(yàn)注水井實(shí)施在線酸化施工，具有非常明顯的增注降壓效果，可實(shí)現(xiàn)對注水井儲層堵塞物的酸化解堵，實(shí)際應(yīng)用效果十分顯著。

表4 在線酸化前后試驗(yàn)注水井各項(xiàng)量值對比Table 4 The comparison of various quantity values of test water injection wells before and after the online acidification

3 結(jié)束語

注水井的注水量與吸液情況對低滲油田的開發(fā)效率起到直接的影響作用，為此本文研究低滲油田高壓注水井在線酸化技術(shù)，并對該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用展開試驗(yàn)分析，制備包含高性能螯合劑、有機(jī)酸及緩蝕劑等的復(fù)合酸液體系，檢驗(yàn)此復(fù)合酸液體系的各項(xiàng)性能，并確定在線酸化施工中的注酸速度與注酸強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)，同時設(shè)計(jì)在線監(jiān)測裝置，應(yīng)用所制備的復(fù)合酸液以確定的施工參數(shù)在監(jiān)測裝置的實(shí)時監(jiān)控下，對低滲油田高壓注水井實(shí)施在線酸化施工，復(fù)合酸液性能檢驗(yàn)結(jié)果表明，所制備復(fù)合酸液的螯合能力較高，可預(yù)防在線酸化作業(yè)過程中鐵、鈣離子的二次沉淀，且能夠有效抑制金屬氟化物、氟硅酸鹽及氟鋁酸鹽沉淀物的二次沉淀，平均抑制率可達(dá)72.42%，螯合性與沉淀抑制性均較高，動態(tài)腐蝕率較低，具有較好的緩蝕性，溶蝕巖粉的溶蝕率較高，溶蝕性能表現(xiàn)良好；實(shí)際施工結(jié)果表明，本文技術(shù)可提高高壓注水井的地層吸液性能與注水量，降低施工壓力與井口油壓，顯著提升整體施工排量，實(shí)時監(jiān)控施工中的表皮系數(shù)，增注降壓效果十分顯著，有效解除高壓注水井儲層堵塞物，提高低滲油田整體開發(fā)的安全性與高效性。