注水井不动管柱螯合酸脉冲式注入酸化增注技术
杨乾隆1, 李立标1, 陶思羽1, 陆小兵2, 朱继云1     
1. 中国石油长庆油田分公司第十采油厂, 甘肃庆阳 745100;
2. 中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院, 陕西西安 710021
摘要: 长庆油田低渗透砂岩油藏注水井受储层物性及注入水水质等因素的影响,高压欠注井逐年增多,而常规酸化增注技术工序复杂且有效期较短。为了提高酸化增注效果,简化施工流程,缩短措施占井周期,通过酸液体系配比试验、岩心驱替试验和缓蚀性能试验,研发了一种COA-1S酸液,该酸液具有较好的缓速、腐蚀和螯合抑制性能;通过工艺优化,将水力脉冲技术与酸化增注技术结合,提出了注水井不动管柱螯合酸脉冲式注入酸化增注技术,其具有施工不动管柱、不泄压、不返排等优点。该酸化增注技术现场应用了3井次,有效率100%,酸化后平均注水压力下降9.2 MPa,单井增注水量12.3 m3/d,取得了较好的效果。现场应用表明,该技术降压增注效果显著,解决了常规酸化工序复杂、占井周期长等问题,具有较好的推广应用前景。
关键词: 砂岩油藏     注水井     不动管柱     螯合酸     酸化     增注     脉冲    
Chelate Acid Pulse Injection and Acidizing Stimulation Technology for Immobilized Injecting Well String
YANG Qianlong1, LI Libiao1, TAO Siyu1, LU Xiaobing2, ZHU Jiyun1     
1. The No. 10 Oil Production Plant, PetroChina Changqing Oilfield Company, Qingyang, Gansu, 745100, China;
2. Oil & Gas Technology Research Institute, PetroChina Chanqing Oilfield Company, Xi'an, Shaanxi, 710021, China
Abstract: The injection wells in the sandstone reservoirs in the Changqing Oilfield were affected by many factors including reservoir physical properties and water quality, resulting in increasing high-pressure and under-filled wells.Conventional acidizing and injection technology have a complicated process and their term of effective performance is very short.In order to improve the effect of acidizing and injection, to simplify the operation process, and to reduce the treatment time, we proposed a COA-1S acid fluid system for texts of the acid system ratio test, core flooding and corrosion inhibition performance.This system exhibits good retardation, anti-corrosion and chelation performance.The chelate acid pulse injection and acidizing stimulation technology were developed by means of a process of technique optimization, which integrates hydraulic pulse technology with the acidizing and injection technology.This technology has the advantages of immobilizing the string, does not require pressure relief, and there is no reverse discharge.This chelate acid pulse injection and acidizing stimulation technology for immobilized string of injecting well were been applied to three wells and times, with effective efficiency up to 100%.The average water injection pressure was decreased by 9.2 MPa after acidizing, and water injection volume for single well was increased by 12.3 m3/d, with quite good results.The field application demonstrated that the technology has an obvious effect in reducing pressure and increasing injection, which solved the problems of conventional acidizing technique in complex acidizing treatment process and a long well occupation time.It possesses good application and promotion prospects.
Key words: sandstone oil reservoir     water injection well     immobilized string     acid chelating     acidizing     injection increase     pulse    

注水是油田增产稳产的有效手段之一,我国80%以上原油产量来自注水开发油田[1-3]。长庆油田低渗透、特低渗透砂岩油藏受储层物性及注入水水质等因素的影响,部分区块注水压力逐年上升,导致注水井出现高压欠注现象。酸化是降压增注的有力手段之一,砂岩油藏主要采用土酸、氢氟酸和多氢酸等酸液进行酸化增注,但常规砂岩酸化增注技术存在作用距离有限、有效期较短、施工工序复杂、占井周期长和多次酸化增注无效等突出矛盾[4-5]。2004年,U.Chike等人[6]率先提出了“一步”代替“多步”的一体酸概念,此后,众多学者对此进行了大量的研究工作[7-11]。刘涛等人[12-13]将酸液酸化和水力脉冲结合,并通过试验分析了先脉冲后酸化、先酸化后脉冲和边脉冲边酸化等3种酸化模式的酸化效果,结果表明,复合酸化比单独酸化的效果好,而边脉冲边酸化的效果最好。

笔者借鉴前人研究成果和以往现场施工经验,在现有酸化工艺的基础上,对优化后的高效酸液进行了室内评价,通过优选和模拟研究分析脉冲式注入方式对酸化效果的影响,提出了注水井不动管柱脉冲式注入酸化增注技术,打破了常规酸化施工周期长、工序复杂和设备动用多的现场施工模式,具有施工不停注、不动管柱、不泄压和不返排等优点,现场应用增注效果较好。

1 脉冲式酸化增注技术原理及可行性

注水井不动管柱脉冲式注入酸化增注技术(简称不动管柱脉冲式酸化)的主要原理是:通过优化得到一种新型高效酸液,将常规砂岩“三段式”酸化模式简化为单步酸化,即高效酸液具有前置液、处理液和后置液的作用,从而形成酸化增注技术。该技术具有不动管柱、不泄压、不返排和占井周期短等优点,为了加强酸化效果,将水力脉冲与酸化技术结合,即注酸时通过控制排量交替变化,使酸液在井底产生水力冲击波,迫使液体中出现水击现象(即在短时间内液体流速剧增或骤降);由于酸液流速的突然变化,使注入压力突然升高或降低,从而在油管中产生交替升降的压力,冲击波经传播作用在油层岩石壁面,并进行交变扰动和振荡剪切,可使储层岩石产生微裂缝;同时水力冲击压力能使流体快速流动,起到冲刷孔道和携带堵塞物脱离孔道的作用,即形成一种“动态解堵”过程,从而达到深部解堵的目的。

为了验证该技术的可行性,选取目标区Y1-01井的2块岩心进行室内试验,依据目标区地层温度将试验温度设定为60 ℃,首先用基液测得2块岩心的原始渗透率,然后进行不动管柱脉冲式酸化与常规不动管柱酸化,完成注酸后采用基液进行驱替,分别测得2块岩心酸化后的渗透率,结果如图 1图 2所示(图中,KK0分别为酸化后和酸化前的岩心渗透率)。

图 1 不动管柱脉冲式酸化后与酸化前岩心渗透率的比 Fig.1 Permeability ratio before and after pulse injection and acidizing
图 2 常规不动管柱酸化后与酸化前岩心渗透率的比 Fig.2 Permeability ratio before and after conventional injection and acidizing

图 1图 2可以看出,采用不动管柱脉冲式酸化后,酸化后与酸化前岩心渗透率的比由1.0升至8.2,渗透率提高了7.2倍;而采用常规不动管柱酸化后,酸化后与酸化前岩心渗透率的比由1.0升至5.7,渗透率提高了4.7倍,可见不动管柱脉冲式酸化增注效果较好。

2 酸液性能评价

为了实现不动管柱酸化施工,必须优化酸液的性能,达到“以一代三”的效果。为此,结合长庆油田储层特征、欠注机理和注入水水质,进行了大量室内试验,研发了COA-1S酸液。该酸液由盐酸、氢氟铵盐、有机磷酸和螯合剂等多种添加剂配制而成,为多元弱酸,其水解速率缓慢,注入地层后可以达到深穿透目的,同时具有较强的螯合抑制性能,能减少二次沉淀的产生。

2.1 缓速性能

酸液反应速率决定了酸液的有效作用距离,为了评价COA-1S酸液的缓速性能,进行了室内对比试验。在60 ℃下,分别用土酸和COA-1S酸液与目标区岩粉反应4 h,测定不同反应时间下岩粉的溶蚀率,结果如图 3所示。

图 3 酸液溶蚀率与作用时间的关系 Fig.3 Relationship between dissolution rate and action time of acid system

图 3可以看出,COA-1S酸液的溶蚀率低于土酸,随着反应时间增长,可逐渐接近土酸的溶蚀率。

将COA-1S酸液和盐酸加入到不同体积的质量分数15%的NaOH溶液中,测定反应后液体的pH值,结果如图 4所示。

图 4 COA-1S酸液的酸度曲线分析 Fig.4 COA-1S acidity curve analysis

图 4可以看出,COA-1S溶液中的H+是缓慢电离出的,因此可延长酸岩反应时间,扩大酸液有效作用距离,实现深部酸化解堵,具有较好的缓速性能。

2.2 螯合抑制性能

为了分析对比常用酸液与COA-1S酸液对金属阳离子的螯合抑制性能,分别配制土酸、多氢酸、氟硼酸和COA-1S酸液,并各取50 mL酸液放置在烧杯中,加入相同体积的阳离子溶液,观察沉淀情况,然后将4种酸液分别放在60 ℃恒温箱中2 h,观察沉淀的变化情况,并进行过滤、烘干和称重,计算金属离子抑制率,结果见表 1

表 1 COA-1S酸液的螯合抑制性能 Table 1 Chelation inhibition performance of COA-1S acid
酸液 Ca2+抑制率,% Si4+抑制率,% Fe3+抑制率,% Al3+抑制率,%
土酸
多氢酸 60.7 31.4 36.3 26.4
氟硼酸 69.1 29.0 48.5 44.0
COA-1S 93.7 67.8 77.3 58.8

表 1可以看出,与常规酸液相比,COA-1S酸液对Ca2+、Si4+、Al3+和Fe3+等金属离子具有较好的螯合抑制效果,能起到减少二次沉淀的作用,可满足不动管柱酸化后不返排的要求。

2.3 缓蚀性能

采用石油天然气行业标准《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》(SY/T 5405—1996)中的测试方法,测试带涂层N80钢片在COA-1S酸液中的腐蚀速率。首先测量N80钢片的表面积及质量,然后将其放入COA-1S酸液中腐蚀24 h后取出,再次称量其质量,计算得到平均腐蚀速率为0.429 4 g/(m2·h)(见表 2),观察发现其涂层均未脱落,说明COA-1S酸液对井下管柱的腐蚀速率极小,具有较好的缓蚀性能,能满足不动管柱酸化的要求。

表 2 COA-1S酸液的缓蚀性能 Table 2 Corrosion inhibition performance of COA-1S acid
编号 温度/℃ 钢片腐蚀前的质量/g 钢片腐蚀后的质量/g 腐蚀速率/(g·m-2·h-1)
8 h 24 h 8 h 24 h
1 60 159.89 159.00 158.85 0.439 8 0.439 5
2 60 145.72 145.69 145.61 0.450 4 0.450 4
3 60 154.47 154.41 154.13 0.398 3 0.398 4
3 现场应用 3.1 总体应用情况

截至目前,注水井不动管柱螯合酸脉冲式注入酸化增注技术现场应用3井次,施工成功率100%,有效率100%,施工过程平稳有序,平均施工时间6.0 h,增注措施后平均注水压力下降9.2 MPa,单井增注水量12.3 m3/d(见表 3)。

表 3 不动管柱螯合酸脉冲式注入酸化增注技术应用效果统计 Table 3 Statistics on the effect of pulse acid injection and acidizing stimulation for the immobilized string
井号 条件 注水压力/MPa 配注量/(m3·d-1) 实际注水量/(m3·d-1) 压降/MPa 日增注量/m3 累计增注量/m3
Y1-01 措施前 15.0 10.0 1.0
措施后 1.8 13.0 14.0 13.2 13.0 2 732.0
Y1-02 措施前 12.6 13.0 1.0
措施后 2.2 13.0 13.0 10.4 12.0 2 203.0
Y1-03 措施前 15.4 15.0 3.0
措施后 11.4 15.0 15.0 4.0 12.0 2 087.0

通过对酸液及工艺的优化改进,将多项技术融合为一体,提高了降压增注效果,提高了施工的成功率和措施的有效率,且大幅缩短了施工占井周期,减少了施工设备动用量,施工步骤简便,安全风险低,同时降压增注效果显著,达到了降本增效的目的,为低渗透油田欠注井治理提供了新的技术措施。下面以Y1-01井为例分析其应用效果。

3.2 Y1-01井的应用情况

Y1-01井是一口注水井,该井2015年10月29日投注,初期配注量10.0 m3/d,实际注水量10.0 m3/d,注水压力15.0 MPa;2016年11月15日开始欠注,2016年11月27日洗井挤注无效,配注量10.0 m3/d,实际注水量1.0 m3/d,注水压力15.0 MPa。2017年4月18日进行氟硼酸酸化,酸化后未见效,配注量10.0 m3/d,实际注水量1.0 m3/d,注水压力15.0 MPa。为提高该井注水量,2017年11月4日对该井采取不动管柱螯合酸脉冲式注入酸化增注技术措施。

进行不动管柱脉冲式酸化增注施工时,首先进行反洗井作业,清洗管柱及井底杂物,建立有效循环通道;然后进行试挤,挤注压力17.1 MPa,排量150 L/min;连接酸化管线,将酸液罐车与备水车同时接入400型水泥车,调整进口闸门,酸液与水按照1:1比例混合注入井筒,排量150 L/min,注入压力17.5 MPa,待酸液到达地层后,注入压力降至16.5 MPa;排量调整为300 L/min与100 L/min进行脉冲注入,30 s交替一次,使其在井底产生水力冲击波,现场共实施脉冲10段50次(1段交替5次),待脉冲注入改为正常注入后,施工压力由16.5 MPa降至12.0 MPa;最后4.0 m3酸液以100 L/min排量注入,以充分改善近井地带地层渗透率;注酸结束后,停泵切换到注水流程,酸化施工用时6.5 h。

与采取不动管柱脉冲式酸化增注技术前相比,Y1-01井酸化后注水压力为1.8 MPa,下降13.2 MPa,注水量为14.0 m3/d,增加13.0 m3/d,视吸水指数由0.067 m3/(MPa·d)提高至7.780 m3/(MPa·d),降压增注效果明显。目前,该井配注量15.0 m3/d,实际注水量15.0 m3/d,注水压力5.8 MPa。Y1-01井采取不动管柱脉冲式酸化增注技术前后的注水曲线如图 5所示。

图 5 Y1-01井采用不动管柱脉冲式酸化增注技术前后的注水曲线 Fig.5 Water injection curve before and after application in Well Y1-01
4 结论与建议

1) 研发的COA-1S酸液具有较好的缓速、螯合抑制和缓蚀性能,能满足注水井酸化增注的要求。

2) 不动管柱螯合酸脉冲式注入酸化增注技术将水力脉冲与酸化技术有效结合,大幅简化了常规酸化施工流程,室内评价性能较好,现场应用取得了较好的增注效果,具有较好的推广应用价值。

3) 建议进一步优化酸液配方,提高酸液对金属离子的螯合抑制能力,降低对地层的二次伤害。

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杨乾隆, 李立标, 陶思羽, 陆小兵, 朱继云
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http://dx.doi.org/10.11911/syztjs.2018093

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收稿日期: 2018-01-29
改回日期: 2018-06-06

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