《低滲砂巖油藏深度酸化技術(shù)研究》論文發(fā)表期刊：《當(dāng)代化工》；發(fā)表周期：2021年02期

《低滲砂巖油藏深度酸化技術(shù)研究》論文作者信息：師靜靜（1986-），女，工程師，陜西渭南人，碩士，研究方向：從事油藏動(dòng)態(tài)分析研究工作。

　　摘要：隨著油田開發(fā)的深入，油井產(chǎn)量面臨著衰減，以往大都采用酸化或者壓裂的方式進(jìn)行增產(chǎn)。近年來由于技術(shù)的不斷提高，各大油田也在不斷探索新的增產(chǎn)措施，酸壓工藝技術(shù)的成熟度越來越高，新型高效深度酸化技術(shù)成為了重點(diǎn)研究方向。通過一系列的實(shí)驗(yàn)，探究了酸巖反應(yīng)、酸液配方優(yōu)選等問題，并將研究的成果應(yīng)用到現(xiàn)場的油田作業(yè)中。運(yùn)用多氫酸體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，獲得了深度酸化處理效果，能夠彌補(bǔ)土酸等砂巖儲(chǔ)層酸化酸液體系的缺點(diǎn)。與此同時(shí)，低滲砂巖油藏深度酸化技術(shù)實(shí)施效果也受注水并地層參數(shù)影響，因此實(shí)際應(yīng)用過程需要結(jié)合酸液體系和注水井儲(chǔ)層情況。

　　關(guān)鍵詞：低滲砂巖;酸化技術(shù);深度酸化;酸液體系

　　Abstract: With the development of oilfield, the production of oil well is decl ining. In the past, acidizing or fracturing was used to increase production. In recent vears, due to the continuous improvement of technology, new stimulation measures have been used in major oil fields, the maturity of acid fracturing technology is getting higher and higher, and the new efficient deep acidizing technology has become a key research direction. In this paper, through a series of experiments, the acid-rock reaction and the optimization of acid solution formula were explored, and the research results were applied to field operations. By using the multi hydrogen acid system for experimental analysis, the effect of deep acidizing treatment was obtained, which can make up for the shortcomings of acidizing acid system of sandstone reservoir such as earth acid. At the same time, the implementation effect of deep acidizing technology in low permeability sandstone reservoir is also affected by the formation parameters of water injection well. Therefore, the actual application process needs to combine the acid system and the conditions of water injection well reservoir

　　Key words: Low permeability sandstone; Acidizing technology; Deep acidizing, Acid system

　　由于砂巖儲(chǔ)層礦物較碳酸鹽儲(chǔ)層礦物要復(fù)雜得多，因此傳統(tǒng)的酸化解堵實(shí)際應(yīng)用效果不佳，此時(shí)低滲砂巖油藏深度酸化技術(shù)的完善和應(yīng)用就成了必然的趨勢[。目前各大油田在低滲砂巖油藏深度酸化技術(shù)的實(shí)施上已經(jīng)有了大量的經(jīng)驗(yàn)，隨著深度酸化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，給油田開發(fā)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[2]，眾多研究成果結(jié)果表明，在某些條件下砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行酸壓之后砂巖巖心結(jié)構(gòu)仍然完整，導(dǎo)濟(jì)能力維持較好，有助于油田實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。一般而言，酸化是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，低滲油藏酸化更是工程中的難點(diǎn)所在，選井、酸液、施工、殘酸返排多個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)對整個(gè)技術(shù)的優(yōu)化都具有重要作用。低滲砂巖油藏油層多、層間產(chǎn)液不均、剩余油相對集中、油層的溫度低、水型單一等多種因素影響下，低滲油田的酸化改造問題也比較嚴(yán)峻，但是低滲砂巖油藏的增產(chǎn)潛力大，因此根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的施工參數(shù)十分必要[5]

　　黃暉(2011)針對我國松遼盆地新民油田進(jìn)入中高含水期、油層堵塞較為嚴(yán)重、重復(fù)酸化措施效果變差這一問題，從結(jié)垢機(jī)理、酸化工作液分析入手，從巖石的敏感性、酸化工作液體系、配方體系、酸化工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、選井選層等方面著手研究，并在礦場應(yīng)用過程中形成了一系列技術(shù)，創(chuàng)造了不少經(jīng)濟(jì)效益。

　　劉紅現(xiàn)等(2005)曾進(jìn)行過大量的酸壓實(shí)驗(yàn)，主要目的是研究砂巖油藏非活性硝酸粉末液，實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行并發(fā)現(xiàn)非活性硝酸粉末液具有解除無機(jī)物堵塞、穿透深、二次污染小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)通過溶蝕實(shí)驗(yàn)、酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證了在砂巖油藏進(jìn)行酸壓的可行性。

　　湯元春等(2014)對江蘇油田的復(fù)雜小斷塊，獨(dú)立地針對低滲砂巖油藏酸化工藝進(jìn)行研究，與此同時(shí)細(xì)分為五大技術(shù)環(huán)節(jié)，最后通過系統(tǒng)工程結(jié)合具體油水井的特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化組合與應(yīng)用。

　　趙立強(qiáng)等(2008)針對砂巖儲(chǔ)層酸壓的工藝和酸液體系的應(yīng)用進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，并對現(xiàn)場的施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，通過多口井的試驗(yàn)之后取得了較好的增產(chǎn)效果。

　　綜上所述，對于低滲砂巖油藏深度酸化技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)開展了大量的研究，當(dāng)油田的產(chǎn)量逐漸減少的時(shí)候，酸化壓裂作為常用增產(chǎn)方式被不斷廣泛應(yīng)用[10。本文針對低滲砂巖油藏深度酸化技術(shù)的完善優(yōu)化問題，在探究酸巖反應(yīng)特征的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了酸液配方優(yōu)選方案，最終通過現(xiàn)場應(yīng)用的情況反饋方案的優(yōu)劣，并提出相應(yīng)的措施建議["

　　1酸巖反應(yīng)特征

　　1.1砂巖酸壓特征

　　通過對酸巖反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行研究才能進(jìn)一步確定影響酸巖反應(yīng)的因素，最終實(shí)現(xiàn)酸化壓裂的優(yōu)化設(shè)計(jì)。砂巖儲(chǔ)層礦物復(fù)雜，主要的成分是膠結(jié)物和砂粒。

　　土酸或者HF酸能夠溶解砂巖儲(chǔ)層中的硅質(zhì)等膠結(jié)物，但是砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行酸壓需要具備一定的條件首先，要考慮酸蝕裂縫導(dǎo)流能力大小及分布會(huì)極大地影響酸壓效果。其次，還要注意砂巖酸化后酸巖反應(yīng)的儲(chǔ)層剝落情況、二次沉淀等。最后，酸液的選擇也是影響酸壓成功與否的重要條件之一。

　　常規(guī)的酸化存在兩大問題，首先是反應(yīng)速度過快;其次是二次沉淀對地層產(chǎn)生了新的傷害。但是本文探究的多氫酸酸液體系就能夠有效解決常規(guī)酸化出現(xiàn)的問題。多氫酸是一種新型的低滲砂巖儲(chǔ)層酸化酸液體系。氟鹽與特殊復(fù)合物發(fā)生氫化反應(yīng)，在不同化學(xué)計(jì)量條件之下釋放出多個(gè)氫離子，極強(qiáng)的吸附能力、分散性以及防垢性能使得多氫酸在增產(chǎn)措施當(dāng)中脫穎而出，它不僅能夠很好地控制硅酸鹽沉淀，而且能保持地層的水濕性。

　　1.2酸巖化學(xué)反應(yīng)

　　在HF酸注入儲(chǔ)層之前一般會(huì)先注入鹽酸進(jìn)行預(yù)處理，目的是溶蝕部分碳酸鹽巖以及避免地層水中的離子與HF酸反應(yīng)產(chǎn)生沉淀。圖1為菱鐵礦和方解石礦物樣本，鹽酸與碳酸鹽巖的反應(yīng)包括：

　　在鹽酸反應(yīng)之后，整個(gè)酸化還要進(jìn)行三次反應(yīng)。一次反應(yīng)是氫氟酸和鋁硅酸鹽的反應(yīng)，準(zhǔn)確來說是氫氟酸與黏土和長石進(jìn)行反應(yīng)，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看整個(gè)反應(yīng)過程氫氟酸與HF的濃度形成平方關(guān)系，圖2為實(shí)驗(yàn)用氫氟酸樣品。在一次反應(yīng)之后，次生的氟硅酸會(huì)進(jìn)一步與黏土和長石進(jìn)行反應(yīng)，形成硅凝膠沉淀，這個(gè)過程屬于二次反應(yīng)的內(nèi)容。最后的第三次反應(yīng)是含氟多的氟鋁配合物與鋁硅酸鹽進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)的速率往往與溫度、反應(yīng)時(shí)間息息相關(guān)。

　　2酸液配方優(yōu)選

　　2.1 設(shè)計(jì)目的及要求

　　在進(jìn)行簡單的實(shí)驗(yàn)之后不難發(fā)現(xiàn)，以往采取的酸液對于砂巖儲(chǔ)層的增產(chǎn)雖然具有一定的作用，但是經(jīng)濟(jì)效益會(huì)隨著各種因素的變化而不斷降低，因此提出新的優(yōu)化酸液配方十分必要。

　　1)明確酸液選擇的標(biāo)準(zhǔn)，包括礦物標(biāo)準(zhǔn)和酸液選擇的一系列其他標(biāo)準(zhǔn)。其中要考慮的一個(gè)重要因素是酸液與巖石的配伍性，即隨著地層與酸液接觸的深入滲透率不下降。

　　2)關(guān)于酸液類型的研究要更加全面，包括常規(guī)酸中的鹽酸、氫氟酸、氟硼酸、土酸等，并在室內(nèi)試驗(yàn)的過程中形成科學(xué)的配方體系。

　　3)除此之外，還要明確酸液選擇的方法和原則，即酸液能夠高效地消除損害和提高滲透率。其次就是合理使用酸液添加劑以達(dá)到優(yōu)化反應(yīng)過程的目的，包括緩蝕劑、表面活性劑、增稠劑等。

　　2.2酸液選擇標(biāo)準(zhǔn)

　　酸液選擇標(biāo)準(zhǔn)包括礦物標(biāo)準(zhǔn)以及酸液的其他選擇標(biāo)準(zhǔn)。礦物標(biāo)準(zhǔn)要考慮到地層敏感性、巖石結(jié)構(gòu)。酸液選擇的其他標(biāo)準(zhǔn)要考慮到滲透率、采出液、井的物理條件等。總的來說，酸液選擇的標(biāo)準(zhǔn)要包括礦物組成、地層損害以及巖石物性、消除機(jī)理等條件。地層的敏感性主要由巖石的成分和結(jié)構(gòu)決定;礦物的實(shí)際溶解度受巖石結(jié)構(gòu)的影響;沉淀物產(chǎn)生的損害程度受滲透率的影響;地層的損害會(huì)受生成物溶解度與離子之間反應(yīng)的影響，硅、鋁、鉀、鈣等離子會(huì)在某一溫度下沉淀，當(dāng)超過了生成物的溶解度時(shí)，地層會(huì)受到損害。

　　2.3酸液類型

　　不同的酸液具有不同的形狀和特點(diǎn)，能夠針對砂巖儲(chǔ)層的不同情況以及實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行反應(yīng)。低滲砂巖油藏深度酸化技術(shù)的改進(jìn)離不開酸液類型的選擇以及體系優(yōu)化。在實(shí)驗(yàn)的過程中不難發(fā)現(xiàn)，鹽酸比較適合用于處理砂巖儲(chǔ)層中的灰質(zhì)成分;氫氟酸與鹽酸混合能夠形成最普通的“土酸”，不同的比例應(yīng)用于不同的地層礦物;氟硼酸有些時(shí)候能夠代替土酸完成油氣井的酸化作業(yè)(表1)，總而言之，根據(jù)不同類型的酸液特點(diǎn)能夠在現(xiàn)場應(yīng)用的過程中找到合適的配方體系。

　　2.4酸液添加劑

　　酸液體系的優(yōu)化除了要考慮酸液的類型選擇，還要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要選擇不同的添加劑輔助反應(yīng)的進(jìn)行，包括緩蝕劑、增稠劑等。緩蝕劑能夠抑制陰極腐蝕、抑制陽極腐蝕以及在金屬表面形成一層保護(hù)膜，進(jìn)而減緩局部電池的腐蝕作用;表面活性劑可以降低酸液的表面張力，在井底附近地層能夠吸附的數(shù)量大，酸巖的反應(yīng)速度降低;增稠劑是為了降低酸液中氫離子向巖石的表面擴(kuò)散速度，也是服務(wù)于酸巖反應(yīng)速度的降低(表2)，不同的酸液添加劑在不同的油井反應(yīng)中會(huì)發(fā)揮不同的作用，但總的來說都是為油藏的增產(chǎn)而服務(wù)。

　　2.5酸液配方優(yōu)選

　　砂巖儲(chǔ)層的一個(gè)重要特點(diǎn)是礦物含量變化大，需要通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)才能進(jìn)一步確定酸溶性體積。實(shí)驗(yàn)表明，酸液體系中的氫氟酸溶解能力隨著酸濃度的變化而變化。低滲砂巖油藏深度酸化技術(shù)處理過程中最常用的酸液體系為氫氟酸體系，但是其存在的問題是氫氟酸與黏土礦物的反應(yīng)迅速，酸液穿透的距離短，可能導(dǎo)致儲(chǔ)層垮塌。因此，本文的實(shí)驗(yàn)還探究了氟硼酸、多氫酸、土酸與砂巖的反應(yīng)情況。最終發(fā)現(xiàn)，多氫酸對于砂巖的礦物溶蝕能力遠(yuǎn)小于氫氟酸和土酸等酸液，溶蝕率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加是緩慢上升的，由此可見多氫酸能夠減少二次沉淀出現(xiàn)的幾率。另外，本文還進(jìn)行了不同溫度下多氫酸與砂巖反應(yīng)中H濃度的變化情況實(shí)驗(yàn)，高溫條件下，多氫酸電離H'的性能顯著增強(qiáng)(圖3)。最后，為了探究不同酸液對于黏土的溶蝕情況，本文對不同的酸液都進(jìn)行了黏土溶蝕率測試，結(jié)果表明多氫酸體系對黏土的溶蝕率是最低的，而且由于自身的物理吸附作用，多氫酸更加易于吸附在黏土表面。無論是處理膠結(jié)疏松的儲(chǔ)層，還是黏土的溶蝕、多氫酸相較于其他酸液都有可取之處。

　　總的來說，多氫酸深度酸化的效果最佳，因此為了取得更好的酸化效果，建議在現(xiàn)場的油井作業(yè)中使用多氫酸酸液體系。

　　3 現(xiàn)場應(yīng)用

　　經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合各類酸液類型的特點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)效果的反映，將前文的研究成果運(yùn)用到現(xiàn)場，即在注水井1、注水井2和注水井3采用優(yōu)化的多氫酸酸液體系。其中，重點(diǎn)關(guān)注注水井1和注水井2的參數(shù)對比。注水井1的儲(chǔ)層巖樣為巖屑長石石英砂巖，具體的石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)在33%-70%之間，方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%-4%;注水井2石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%-60%，白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%-3%。注水井1酸壓前日注水量為16 m，酸壓后日注水量為24 m，注水井2酸壓前日注水量為10m，，酸壓后日注水量為25m'，酸壓的時(shí)間為3個(gè)月，同時(shí)酸壓過程中會(huì)詳細(xì)記錄注水壓力。

　　表3為現(xiàn)場應(yīng)用過程中3口注水井酸壓效果數(shù)據(jù)對比。其中酸壓前后注水壓力對比、增注量與酸液的配比和用量相關(guān)聯(lián)。到目前為止，除了3口注水井有明確的數(shù)據(jù)顯示之外，其余還有注水井4和注水井5近期施工有待觀察。

　　根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用效果可以看出，針對部分注水井，酸化有些時(shí)候難以解決暫堵的問題，而酸壓能夠獲得比較好的增注效果。只要裂縫導(dǎo)流能力是一個(gè)比較高的數(shù)值，那么可以考慮進(jìn)行酸壓改造。為了改善注水井參數(shù)，可以采用多氫酸體系進(jìn)行酸壓以獲得深度處理效果，能夠彌補(bǔ)土酸等砂巖儲(chǔ)層酸化酸液體系的缺點(diǎn)，是目前來說比較科學(xué)的酸液體系，也是本文重點(diǎn)探究并推廣的酸液選擇。最后，注水并進(jìn)行酸壓比生產(chǎn)井酸壓成功的幾率更高。

　　4結(jié)束語

　　通過實(shí)驗(yàn)分析研發(fā)了新的深度酸化酸液體系，實(shí)驗(yàn)分析可得，多氫酸深度酸化的效果最佳，能夠彌補(bǔ)土酸等砂巖儲(chǔ)層酸化酸液體系的缺點(diǎn)，取得更好的酸化效果，具有一定的推廣價(jià)值。除此之外，低滲砂巖油藏深度酸化技術(shù)的應(yīng)用還要考慮作業(yè)過程中注水井的各項(xiàng)參數(shù)，之后合理地運(yùn)用酸液體系才能實(shí)現(xiàn)最佳的增產(chǎn)效果。

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