基質(zhì)酸化施工存在的問題及處理

基質(zhì)酸化施工存在的問題及處理陳建剛1郭建春2周小平1羅天雨1（1.西南石油大學研究生院2.西南石油大學“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室）摘要基質(zhì)酸化是在油氣勘探和開發(fā)中被廣泛應用，酸化施工雖然成本較低，但結(jié)果常常不理想。調(diào)研了過去10年在9個國家進行的基質(zhì)酸化處理的施工結(jié)果，急性了詳細的比較和分析，找出了基質(zhì)酸化施工處理成功和失敗的各種影響因素，并針對具體的酸化施工中所存在的各種問題進行了討論，提出了相應的措施及建議。關(guān)鍵詞：砂巖地層碳酸鹽巖地層疏松砂巖基質(zhì)酸化酸化效果所謂基質(zhì)酸化，就是在低于巖石破裂壓力下，將酸注入儲層孔隙（晶間、孔隙或裂縫），其目的是使酸大體沿徑向流入儲層，溶解孔隙空間的顆粒及堵塞物，通過擴大孔隙空間，以消除（或穿越井筒附近儲層滲透率降低的不良影響（污染），恢復和提高哦啊儲層滲透率，從而達到增產(chǎn)的目的1］。目前酸化施工雖然相對成本較低，但結(jié)果不盡如人意。主要原因是酸化后相當一部分并是無效的（AROC公司統(tǒng)計三分之一的基質(zhì)酸化是無效的），并且造成增油量不高、產(chǎn)水量過多、殘酸破乳難等。這些問題產(chǎn)生既與處理作業(yè)的設計施工參數(shù)有關(guān)，也與油藏本身特性極為相關(guān)。1酸化施工失敗原因分析通過資料調(diào)研⑵，分析了過去10年在9個不同國家（加拿大、美國、委內(nèi)瑞拉、俄羅斯和中國等）進行的基質(zhì)酸化處理的施工結(jié)果。這些并包括初探井、評價并、開發(fā)井、和注水并。儲層類型包括砂巖儲層、碳酸鹽巖儲層和固結(jié)疏松砂巖儲層，總計進行了662次基質(zhì)酸化處理的詳細評價。根據(jù)資料顯示：有12%的施工失敗，大約88%的井次施工成功。固結(jié)疏松砂巖的施工成功率最低（約78%?80%），成功率最高的是碳酸鹽巖儲層，為91%。值得注意的是：在這些失敗的施工中，有73%的失敗是由于增產(chǎn)措施工藝不當造成的，27%的失敗是由于增產(chǎn)液體類型、體積、添加劑和層序的設計不當造成的。這就意味著不得不優(yōu)先考慮提高施工監(jiān)督技術(shù)、實施評價技術(shù)和現(xiàn)場質(zhì)量控制。1.1酸化處理砂巖失敗原因針對砂巖儲層的初探井、開發(fā)并、注汽或注水并，共施工64次，32次成功，32次失敗。工作液注入地層方式不當。由于泥餅的存在，引起注入流體失敗。如果在注入前用擾形管放入井底清洗（或循環(huán)混合酸液）射孔井段，則可取得成功（有4口初探井、3口開發(fā)并、2口注水并取得成功）。所以基質(zhì)酸化所必須遵循的一個技術(shù)原則就是施工前必須用擾形管清洗井眼。采用15%的鹽酸前置液。用15%HCl前置液對3口初探井，3口受污染的開發(fā)并進行施工，均告以失敗，持續(xù)注入，前置液被迫循環(huán)出并。最有效的增產(chǎn)流體應該使用3%?4%HF直接注入到射孔井段。原先的3口初探井出液，3口受污染的開發(fā)并最終的表皮系數(shù)下降到2~5。因此，這種成功的因素應考慮盡量避免使用IC1做前置液，尤其是在初探井鉆探過程中的試油時更應注意這點。遺憾的是到目前為止，很多油田和服務公司沒有注意到這點，繼續(xù)在初探井中使用IC1前置液，經(jīng)常導致施工質(zhì)量問題，進而儲層被認為低潛能或無產(chǎn)能。許多專家固執(zhí)地堅持使用HC1前置液，認為可以阻止5%?10%的碳酸鹽巖成分引起的附加傷害。如果由于地層污染已經(jīng)引起地層的不出液，增產(chǎn)施工初期就不可能有注入能力，那么像HC1這一類的無效流體也就很難想象有一個合適的邏輯支持。注入壓力和速度不當。應遵循“最大注入壓力和最大注入速率”準則。有4口施工失敗的開發(fā)并儲層為超大厚油層。經(jīng)作業(yè)后精確的評估表明，所采用的壓力為147?368kW，而實際按“最大注入壓力，最大排量”原則所需水馬力應為1471?2207kW。二次施工采用同樣的酸液體系，采用“最大壓力，最大排量”，取得了成功，表皮系數(shù)降低到0。射孔未深度穿透。有2口未出液的初探并失敗是因為射孔為穿透。用3%HF注入到射孔段，但經(jīng)過1?2h的施工，酸液未進入目的層。重新射孔，用高壓清洗射孔井眼，獲得了注入能力，基質(zhì)條件恢復，隨后污染被解除。超過了破裂壓力。4口并（包含一口注水并）失敗是由于現(xiàn)場施工監(jiān)督不力，造成施工超過了破裂壓力。用同樣的工作液在破裂壓力之下施工，取得成功。工作液選擇不當。選擇工作液錯誤導致了4口井的施工失敗。一口并采用了基于實驗結(jié)果的乙酸。施工結(jié)束后，表皮系數(shù)幾乎是未施工前35的兩倍。用3%HF重復施工，最終表皮系數(shù)降到5以下。有1口井的情況如下：最初產(chǎn)量為350m3/d，6mon后下降到63.6m3/d。重新射孔后產(chǎn)量上升到318m3/d，然后很快又下降到63.6m3/d左右。用HF酸施工，產(chǎn)量提高僅僅維持了3mon。這種情況經(jīng)研究人員仔細分析后認為是微粒運移造成的。采用HBF4酸進行增產(chǎn)施工，井的產(chǎn)量以302m3/d維持了5a。浸泡時間。浸泡時間持續(xù)太久，會帶來不利影響。因為氫氟酸與普通粘土礦物反應后，終究會產(chǎn)生一些不溶性沉淀物。這些沉淀物隨時間持續(xù)，體積逐漸增長，這跟結(jié)晶現(xiàn)象有些相似。沉淀物的增長速度隨著酸液濃度的升高（及沉淀物過飽和狀態(tài)加?。┒兛臁?.2酸處理碳酸鹽巖失敗原因針對碳酸鹽巖儲層的初探井、開發(fā)并、注水井，施工共72次。工作液注入地層方式不當。有8口并失敗的重要原因是注入增產(chǎn)流體工序而引起的實效。用擾形管注入鹽酸清洗井眼和射孔段，均獲得了產(chǎn)量。注入壓力和速度不當。當裂縫寬度給定時，會導致酸的有效作用距離增大。但是由于提高注酸排量等于增大了剪切速度，又使酸的反應速度加快，當酸排量給定時，裂縫寬度增大，是剪切速度降低，導致了較低的反應速度，從而可提供較深的有效作用距離。連續(xù)油管定位不準確。有兩口初探井施工失敗是由于連續(xù)油管不正確定位造成的（連續(xù)油管定位在射孔段的上方）用28%HCl施工，仍沒得到產(chǎn)量。二次施工，采用精確定位連續(xù)油管方法后，循環(huán)28%HCl體系，得到產(chǎn)量。錯誤的酸液循環(huán)。在并深6500m，井底溫度180oC的井中，使用尾管循環(huán)HCl酸處理25m厚的射孔段。施工前，油井每天僅產(chǎn)液47.4m3,表皮系數(shù)大于200。施工后，經(jīng)精確的壓力恢復分析，表皮系數(shù)仍為45。仔細分析表明，施工過程酸液循環(huán)停止，混合酸液為從尾管排出。即是說僅僅射孔段的低位部分被酸化出液。尾管機械性脫落，掉進了井底小口徑井眼。用28%HCl注入地層，對射孔段上部進行施工。二次施工壓力恢復解釋得到的表皮系數(shù)為0，最終產(chǎn)量為470m3/d。另外，基于碳酸鹽巖儲層本身的一般層較厚，縱向非均質(zhì)性強的特點，要想有效酸化，必須對注入酸液進行有效的分流3］。碳酸鹽巖中的分流一般比砂巖要困難很多，因為酸在碳酸鹽巖基質(zhì)中的孔隙和流道中反應會極大地提高地層滲透率。提高注入速度并使用射孔球密封器可以獲得有效的分流，但能否獲得成功與射孔密度和目的層的位置有關(guān)。碳酸鹽巖基質(zhì)酸化比較有效的分流方式是使用稠化酸和非稠化酸交替注入的方式。工作液選擇不當。碳酸鹽巖中經(jīng)常使用的15%和28%HCl。兩者相比，28%HCl溶解的碳酸鹽巖較多，但是需要加入更多的緩蝕劑。28%HCl可能會產(chǎn)生井壁穩(wěn)定性問題，而且極有可能產(chǎn)生堵塞和乳化。盡管HCl與碳酸鹽巖反應很快，尤其是恩度高于65oC時，但是如果使用28%HCl，采用快速回流（比如在一些白云巖中）可以讓未完全反應的酸反排出來。從而達到對近井地帶進行基質(zhì)酸化，以恢復和提高其滲透率的目的。一般來說，采用15%HCl進行處理會產(chǎn)生很好的效果，不會像高濃度酸那樣會產(chǎn)生潛在的損害。但研究表明：高濃度鹽酸彳主彳主比常用15%鹽酸更有效。一般具有以下特點：酸對巖石的非均勻腐蝕能力強，活性酸穿透距離長，反應酸的CO2體積大。高濃度酸所固有的問題可通過專門的配方或者改變應用工藝加以克服。如果想要達到持續(xù)增產(chǎn)和增注，這些問題必須考慮到，并且逐項做出決定。1.3處理疏松砂巖地層失敗原因注入壓力和速率不當。實踐表明，酸的穿透深度和酸反應前緣與酸的注入壓力和速率有很大關(guān)系。注入壓力增大，酸的穿透深度將會增加。但是由于疏松砂巖地層一般處于淺層，地層靜壓力較低，膠結(jié)程度較差，所以注入速率不當，容易引起微粒運移，壓開裂縫，破壞其儲層結(jié)構(gòu)，造成施工失敗。在施工前做好實驗室儲層性質(zhì)評價，找出最佳注入速率。工作液選擇不當。調(diào)研資料表明，有50%的施工（5口并）失敗是由于工作液選擇不當造成的。這些大都采用了“標準酸”（15%+1%HF）。實驗室研究建議采用一些低強度酸如EDTA或蟻酸）可能會更加有效。而現(xiàn)場施工評價結(jié)果顯示這些酸完全能夠滿足解除污染的需要⑷。2處理意見（1）在基質(zhì)酸化施工中，必須提高施工監(jiān)督技術(shù)和加強現(xiàn)場質(zhì)量控制，確保施工按設計任務書進行。（2）采用濃度高達6%的HF酸是可行和安全的。（3）在超大厚層油藏中，施工注入壓力和排量不足，將導致施工失敗。施工設計應充分遵循“最大壓力，最大排量”原則，且油層過厚可考慮分層處理。（4）實驗室評估和現(xiàn)場施工效果有一定差距。應在實驗室研究和大量施工實踐基礎上，優(yōu)化施工設計。同時要提高實驗手段，改進試驗設備，從而提高實驗的可參考性。（5）在充分認識儲層性質(zhì)的基礎上，優(yōu)化酸液體系，確保施工成功。（6）設計最簡單有效的增產(chǎn)施工程序，避免重復施工、采用暫堵劑、化學降阻劑等?；瘜W添加劑最好包括緩蝕劑和有效的互溶劑。（7）提高實時評價技術(shù)，建立注入層基質(zhì)條件下的施工目標，一旦達到目的立即返排?；|(zhì)酸化施工結(jié)束不應取決罐中的工作液體積，而是看注入層的基質(zhì)酸化目標是否已經(jīng)達到。（8）采用精確的定位儀器，對酸化施工目的層精確定位。近年來，隨著對引起損害的來源和地層特征的認識不斷深入，許多新的酸液和添加劑以及酸化工藝相繼出現(xiàn)和應用，現(xiàn)場施工的成功率將不斷提高，酸化有效期和酸化產(chǎn)量不斷增長和加大。