海上油田注水井缓速酸深部酸化解堵增注技术研究

    靳国兴 夏宏南

    

    

    

    摘 ?????要：针对海上油田注水井使用盐酸、土酸酸化解堵措施时有效期短，容易对储层造成二次伤害等问题，通过对目标油田注水储层伤害因素进行分析，结合大量室内实验，研制出一种适合海上油田注水井深部酸化解堵增注的新型复合缓速酸液体系，并对缓速酸体系的综合性能进行了评价。结果表明，相比较于5.0%盐酸溶液而言，该缓速酸体系具有更好的防腐蚀性能、防膨性能以及缓速效果。天然岩心酸化流动实验结果表明，复合缓速酸体系对目标油田储层天然岩心的渗透率改善率能够达到50%左右，是普通盐酸的2倍多，并且其有效期明显延长。

    关 ?键 ?词：海上油田;注水井;深部酸化;解堵增注

    中图分类号：TQ 423.3 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）02-0323-04

    Abstract： In view of the short validity period of hydrochloric acid and mud acid acidification for water injection wells in offshore oil fields， as well as the secondary damage to the reservoir in the acidification， based on the analysis of waterflooding reservoir damage factors， combined with a large number of experiments， a new type of composite retarded acid system was developed for acidizing plugging removal of deep water injection wells in offshore oilfields， and the comprehensive performance of retarded acid system was evaluated. The results showed that compared with 5% hydrochloric acid solution， the retarded acid system had better corrosion resistance， anti swelling property and slow speed effect. The experimental results of natural core acidification and flow showed that the permeability improvement rate of compound retarded acid system to natural core of target oil field reached 50%， which was more than 2 times that of ordinary hydrochloric acid， and its effective period was obviously prolonged.

    Key words： Offshore oil field; Water injection well; Deep acidification; Plugging removal and increasing injection

    注水開发是目前大多数油田普遍采用的主要开发方式，随着注水时间的延长、注入水与储层不配伍、注入水水质不达标以及储层自身原因等会造成注水井的地层堵塞，致使其注入压力升高，注水量下降，从而影响到油田正常的生产[1-5]。酸化解堵是实现注水井增注的一种常用措施，其中土酸和盐酸是最常用的酸液体系，但在实际酸化施工过程中，这两种酸液与地层岩石的反应速率过快，只能解除近井地带的堵塞，导致酸化有效期短，使进入地层深处的堵塞物得不到有效解除，治标不治本[6-9]。因此，为实现注水井深部酸化解堵增注，有必要研究新型缓速酸技术来改善酸化施工措施的效果[10-12]。

    海上M油田注水层位平均孔隙度为21.6%，平均渗透率为49.2 mD，属于中低孔-中低渗储层。前期经过较长时间的注水开发后，目前注水压力较高，注水量达不到配注要求。采用常规盐酸、土酸酸化措施后，能够降低注水压力，增大注水量，但有效期较短，容易对储层造成二次伤害。针对以上情况，通过对注水储层伤害因素进行分析，结合大量室内实验，研制出一种适合海上油田注水井深部酸化解堵增注的新型复合缓速酸液体系，并对酸液体系的综合性能进行了评价，为此类油田注水井解堵增注现场应用提供了一定的技术支持。

    1 ?储层伤害因素分析

    （1）储层敏感性损害。M油田储层段粘土矿物含量较高，以伊蒙混层为主，其次为伊利石、高岭石和绿泥石。在注水过程中，如果注入水矿化度过低，容易引起储层粘土矿物膨胀、分散运移，从而对储层造成损害。

    （2）注入水水质不合格造成的损害。M油田长期采用油田产出污水进行回注作业，生产污水中含有较多的机械杂质、悬浮物、结垢离子等潜在损害因子，在长期的注水作业过程中，这些因素造成的损害不断累积，导致储层伤害程度不断加大。

    （3）降压增注措施施工带来的二次伤害。目标油田在经过长期注水开发后，注水压力升高较快，注水量下降明显，前期使用盐酸和土酸酸化措施进行降压增注，但有效期较短。并且由于储层中含有酸敏性矿物，导致酸化措施产生一定的酸敏性损害，对储层造成二次伤害。

    2 ?酸液体系设计

    2.1 ?主体酸液的确定

    针对以上储层伤害因素分析结果，并结合以往酸化措施的效果，室内通过大量实验评价，优选出了适合目标油田储层深部酸化解堵增注需要的主体酸液类型，配方为5.0%复合有机膦酸+3.0%氟硼酸+1.0%氨基磺酸。该主体酸液具有优良的缓速性能。

    酸化解堵增注措施的成功实施不仅仅取决于主体酸液，还需要不同类型的酸液添加剂，下面将针对目标油田储层特点，开展不同酸液添加剂的优选工作。

    2.2 ?缓蚀剂的优选

    性能优良的酸化解堵液体系不仅需要具有较好的溶解地层堵塞物的能力，还要保证酸化施工过程中井下设备及管柱的安全，这就需要酸液体系具有良好的缓蚀效果。在酸液体系中加入缓蚀剂是一种常用的方法。参照标准SY/T5405-1996《酸化缓蚀剂评价指标和试验方法》，采用挂片失重法优选评价了不同缓蚀剂的缓蚀效果，实验结果见表1。

    由表1结果可知，在实验条件为90 ℃×72 h时，加入2.0% CJ-2时的腐蚀速率为0.57 g/（m2·h），满足低渗储层酸化腐蚀速率标准的要求。因此，选择CJ-2作为缓速酸液体系的缓蚀剂。

    2.3 ?防膨剂的优选

    在酸化施工过程中，酸液体系与地层岩石相接触时，有引起储层粘土矿物水化膨胀的风险，所以需要在酸液体系中加入一定量的防膨剂来抑制粘土水化膨胀，防止水敏现象的发生。室内使用NP系列智能页岩膨胀仪测定目标油田储层钻屑在不同防膨剂溶液中的膨胀高度，来优选合适的防膨剂，实验结果见表2。

    由表2实验结果可知，加入防膨剂后，钻屑的膨胀高度均出现不同程度的下降现象，说明防膨剂均起到了一定的防膨效果，其中防膨剂FPJ-1的防膨效率最高，达到了86.9%。因此，选择FPJ-1作为缓速酸液体系的防膨剂。

    2.4 ?铁离子稳定剂的优选

    在酸化过程中，当残酸浓度降低，pH值大于2时，酸液容易与地层中的三价铁离子反应生成氢氧化铁凝胶，对地层产生损害，从而使酸化效果大打折扣。因此需要在酸液体系中加入一定量的铁离子稳定剂来防止三价铁离子沉淀造成地层堵塞的现象。室内参照SY/T6571-2012《酸化用铁离子稳定剂性能评价方法》来优选合适的铁离子稳定剂，实验结果见表3。

    由表3实验结果可知，三种铁离子稳定剂中HFT-6的效果最好，无论是在25 ℃或者是在120 ℃条件下，稳定铁离子能力均大于100 mg/mL，能够满足现场施工要求，因此选择HFT-6作为缓速酸液体系的铁离子稳定剂。

    2.5 ?复合缓速酸液体系配方的确定

    经过以上大量实验研究，优选出了合适的酸液添加剂，配合主体酸液，研究出一套适合海上油田注水井深部酸化解堵增注的复合缓速酸液体系，其配方为：5.0%复合有机膦酸+3.0%氟硼酸+1.0%氨基磺酸+2.0%缓蚀剂CJ-2+1.0%防膨剂FPJ-1+1.0%铁离子稳定剂HFT-6。

    3 ?复合缓速酸液体系性能评价

    3.1 ?缓速效果评价

    ①使用精密酸度计分别测定复合缓速酸液和5.0%盐酸溶液的pH值;②称取5 g天然岩心粉末分别加入到50 mL上述酸液中，摇匀;③每隔2 h使用精密酸度计分别测量两种酸液的pH值变化情况，持续记录30 h;④分别计算酸岩反应过程中pH值对应的氢离子浓度，评价复合缓速酸液体系的缓速效果。实验结果见图1。

    由图1结果可知，与5.0%盐酸溶液相比，复合缓速酸液体系的氢離子浓度下降速度明显放缓，反应30 h后，复合缓速酸液体系中的氢离子浓度还能达到0.752 mol/L，而盐酸溶液的氢离子浓度已经降低至0.357 mol/L。说明复合缓速酸液体系与天然岩心粉末的反应速度较小，起到了良好的缓速效果。

    3.2 ?防腐蚀性能和防膨性能

    室内对优选出的复合缓速酸液体系进行了防膨性能和腐蚀性能评价，并和5.0%盐酸的腐蚀性和防膨性能进行对比，实验结果见表4。

    由表4实验结果可以看出，复合缓速酸体系的腐蚀速率明显小于5.0%盐酸，而防膨率则明显大于5.0%盐酸，这表明优选的复合缓速酸体系能够较好的延缓井下设备及管柱的腐蚀速率，并能较好的抑制粘土矿物的水化膨胀，确保施工过程顺利。

    3.3 ?天然岩心酸化流动实验效果

    将目标油田储层天然岩心进行洗油烘干，并使用模拟地层水测定初始渗透率;以0.2 mL/min的流速注入配制好的酸液体系（5.0%盐酸和复合缓速酸），注入量均为2.0 PV;反应不同时间后，继续使用模拟地层水测定酸化后岩心的渗透率变化情况，并计算渗透率改善率。评价酸液对天然岩心的酸化效果。实验结果见图2。

    由图2结果可知，随着反应时间的增加，两种酸液体系对天然岩心的基质渗透率改善率均逐渐增大。但5.0%盐酸的反应速度较快，当反应时间大于8 h后，岩心的渗透率基本不再变化。而复合缓速酸则在反应30 h后仍然能够使岩心渗透率有所增大，并且最终渗透率改善率远远大于5.0%盐酸。说明优选的复合缓速酸液体系具有良好的缓速效果，适合应用于海上油田注水井的酸化施工，能够达到深部酸化解堵增注的目的。

    4 ?结 论

    （1）在对目标油田储层伤害因素进行分析的基础上，通过大量室内实验，优选出了合适的主体酸类型、缓蚀剂、防膨剂和铁离子稳定剂，形成了一种适合海上油田注水井深部酸化解堵增注的复合缓速酸液体系。

    （2）复合缓速酸液体系的具体配方为：5.0%复合有机膦酸+3.0%氟硼酸+1.0%氨基磺酸+2.0%缓蚀剂CJ-2+1.0%防膨剂FPJ-1+1.0%铁离子稳定剂HFT-6。

    （3）对复合缓速酸体系的综合性能进行了评价，结果表明，相比较于5.0%盐酸溶液而言，复合缓速酸液体系具有更好的防腐蚀性能、防膨性能以及缓速效果，并且能够大幅度提高目标油田天然岩心的基质渗透率，说明优选的复合缓速酸液体系能够有效的改造目标油田储层，起到深部酸化解堵增注的效果。

    参考文献：

    [1]张勇. 国内油田分层注水技术新进展及发展趋势[J]. 当代化工， 2015（11）：2605-2607.

    [2]涂乙， 汪伟英， 吴萌，等. 注水开发油田结垢影响因素分析[J]. 油气储运， 2010， 29（2）：97-99.

    [3]张丽双， 李占东， 胡秀全，等. 低渗油藏水驱合理开发技术政策界限研究[J]. 当代化工， 2017， 46（5）：898-901.

    [4]崔刚， 沈建军， 唐洪明，等. QK18-1油田注水开发储层损害研究[J]. 油田化学， 2017， 34（3）：456-462.

    [5]贾艺博， 董伟， 刘杰，等. 疏松砂岩注水开发储层物性变化特征——以孤岛油田为例[J]. 石油化工应用， 2017， 36（8）：98-103.

    [6]李杨勇， 李恒娟， 刘玲，等. 一种高效盐酸酸化缓蚀剂的性能评价[J]. 当代化工， 2014（8）：1437-1439.

    [7] 杨遵旭， 燕永利， 崔明月，等. 泡沫酸配方研究及性能评价[J]. 能源化工， 2016， 37（5）：47-53.

    [8] 汪雙喜， 闫龙， 桑巍. 低成本酸化增注技术在低油价下的推广应用[J]. 清洗世界， 2017， 33（1）：7-12.

    [9]李丹丹， 王旭， 王微微. 常规酸化解堵在吴起油田的应用[J]. 中国科技博览， 2013（27）：604-604.

    [10]李长城， 黄鹏， 陈洪，等. 适用于碳酸盐岩储层复合有机缓速酸液体系研究[J]. 当代化工， 2017（3）：475-477.

    [11]吴大康，刘丽丽，薛俊林，等.合水油田复合缓速酸酸化技术研究[J].长江大学学报：自科版， 2011， 08（10）：41-43.

    [12]曾双红. 低渗油藏酸化解堵工艺技术研究与应用[J]. 精细石油化工进展， 2017， 18（1）：13-16.