注水井不動管柱螯合酸脈沖式注入酸化增注技術

楊乾隆， 李立標， 陶思羽， 陸小兵， 朱繼云

(1.中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽 745100；2.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021)

注水是油田增產穩產的有效手段之一，我國80%以上原油產量來自注水開發油田[1_3]。長慶油田低滲透、特低滲透砂巖油藏受儲層物性及注入水水質等因素的影響，部分區塊注水壓力逐年上升，導致注水井出現高壓欠注現象。酸化是降壓增注的有力手段之一，砂巖油藏主要采用土酸、氫氟酸和多氫酸等酸液進行酸化增注，但常規砂巖酸化增注技術存在作用距離有限、有效期較短、施工工序復雜、占井周期長和多次酸化增注無效等突出矛盾[4_5]。2004年，U.Chike等人[6]率先提出了“一步”代替“多步”的一體酸概念，此后，眾多學者對此進行了大量的研究工作[7_11]。劉濤等人[12_13]將酸液酸化和水力脈沖結合，并通過試驗分析了先脈沖后酸化、先酸化后脈沖和邊脈沖邊酸化等3種酸化模式的酸化效果，結果表明，復合酸化比單獨酸化的效果好，而邊脈沖邊酸化的效果最好。

筆者借鑒前人研究成果和以往現場施工經驗，在現有酸化工藝的基礎上，對優化后的高效酸液進行了室內評價，通過優選和模擬研究分析脈沖式注入方式對酸化效果的影響，提出了注水井不動管柱脈沖式注入酸化增注技術，打破了常規酸化施工周期長、工序復雜和設備動用多的現場施工模式，具有施工不停注、不動管柱、不泄壓和不返排等優點，現場應用增注效果較好。

1 脈沖式酸化增注技術原理及可行性

注水井不動管柱脈沖式注入酸化增注技術(簡稱不動管柱脈沖式酸化)的主要原理是：通過優化得到一種新型高效酸液，將常規砂巖“三段式”酸化模式簡化為單步酸化，即高效酸液具有前置液、處理液和后置液的作用，從而形成酸化增注技術。該技術具有不動管柱、不泄壓、不返排和占井周期短等優點，為了加強酸化效果，將水力脈沖與酸化技術結合，即注酸時通過控制排量交替變化，使酸液在井底產生水力沖擊波，迫使液體中出現水擊現象(即在短時間內液體流速劇增或驟降)；由于酸液流速的突然變化，使注入壓力突然升高或降低，從而在油管中產生交替升降的壓力，沖擊波經傳播作用在油層巖石壁面，并進行交變擾動和振蕩剪切，可使儲層巖石產生微裂縫；同時水力沖擊壓力能使流體快速流動，起到沖刷孔道和攜帶堵塞物脫離孔道的作用，即形成一種“動態解堵”過程，從而達到深部解堵的目的。

為了驗證該技術的可行性，選取目標區Y1_01井的2塊巖心進行室內試驗，依據目標區地層溫度將試驗溫度設定為60 ℃，首先用基液測得2塊巖心的原始滲透率，然后進行不動管柱脈沖式酸化與常規不動管柱酸化，完成注酸后采用基液進行驅替，分別測得2塊巖心酸化后的滲透率，結果如圖1、圖2所示(圖中，K、K0分別為酸化后和酸化前的巖心滲透率)。

圖1 不動管柱脈沖式酸化后與酸化前巖心滲透率的比Fig.1 Permeability ratio before and after pulse injection and acidizing

圖2 常規不動管柱酸化后與酸化前巖心滲透率的比Fig.2 Permeability ratio before and after conventional injection and acidizing

從圖1和圖2可以看出，采用不動管柱脈沖式酸化后，酸化后與酸化前巖心滲透率的比由1.0升至8.2，滲透率提高了7.2倍；而采用常規不動管柱酸化后，酸化后與酸化前巖心滲透率的比由1.0升至5.7，滲透率提高了4.7倍，可見不動管柱脈沖式酸化增注效果較好。

2 酸液性能評價

為了實現不動管柱酸化施工，必須優化酸液的性能，達到“以一代三”的效果。為此，結合長慶油田儲層特征、欠注機理和注入水水質，進行了大量室內試驗，研發了COA_1S酸液。該酸液由鹽酸、氫氟銨鹽、有機磷酸和螯合劑等多種添加劑配制而成，為多元弱酸，其水解速率緩慢，注入地層后可以達到深穿透目的，同時具有較強的螯合抑制性能，能減少二次沉淀的產生。

2.1 緩速性能

酸液反應速率決定了酸液的有效作用距離，為了評價COA_1S酸液的緩速性能，進行了室內對比試驗。在60 ℃下，分別用土酸和COA_1S酸液與目標區巖粉反應4 h，測定不同反應時間下巖粉的溶蝕率，結果如圖3所示。

圖3 酸液溶蝕率與作用時間的關系Fig.3 Relationship between dissolution rate and action time of acid system

從圖3可以看出，COA_1S酸液的溶蝕率低于土酸，隨著反應時間增長，可逐漸接近土酸的溶蝕率。

將COA_1S酸液和鹽酸加入到不同體積的質量分數15%的NaOH溶液中，測定反應后液體的pH值，結果如圖4所示。

圖4 COA_1S酸液的酸度曲線分析Fig.4 COA_1S acidity curve analysis

從圖4可以看出，COA_1S溶液中的H+是緩慢電離出的，因此可延長酸巖反應時間，擴大酸液有效作用距離，實現深部酸化解堵，具有較好的緩速性能。

2.2 螯合抑制性能

為了分析對比常用酸液與COA_1S酸液對金屬陽離子的螯合抑制性能，分別配制土酸、多氫酸、氟硼酸和COA_1S酸液，并各取50 mL酸液放置在燒杯中，加入相同體積的陽離子溶液，觀察沉淀情況，然后將4種酸液分別放在60 ℃恒溫箱中2 h，觀察沉淀的變化情況，并進行過濾、烘干和稱重，計算金屬離子抑制率，結果見表1。

表1COA_1S酸液的螯合抑制性能

Table1ChelationinhibitionperformanceofCOA_1Sacid

酸液Ca2+抑制率,%Si4+抑制率,%Fe3+抑制率,%Al3+抑制率,%土酸多氫酸60.731.436.326.4氟硼酸69.129.048.544.0COA_1S93.767.877.358.8

從表1可以看出，與常規酸液相比，COA_1S酸液對Ca2+、Si4+、Al3+和Fe3+等金屬離子具有較好的螯合抑制效果，能起到減少二次沉淀的作用，可滿足不動管柱酸化后不返排的要求。

2.3 緩蝕性能

采用石油天然氣行業標準《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》(SY/T 5405—1996)中的測試方法，測試帶涂層N80鋼片在COA_1S酸液中的腐蝕速率。首先測量N80鋼片的表面積及質量，然后將其放入COA_1S酸液中腐蝕24 h后取出，再次稱量其質量，計算得到平均腐蝕速率為0.429 4 g/(m2·h)(見表2)，觀察發現其涂層均未脫落，說明COA_1S酸液對井下管柱的腐蝕速率極小，具有較好的緩蝕性能，能滿足不動管柱酸化的要求。

3 現場應用

3.1 總體應用情況

截至目前，注水井不動管柱螯合酸脈沖式注入酸化增注技術現場應用3井次，施工成功率100%，有效率100%，施工過程平穩有序，平均施工時間6.0 h，增注措施后平均注水壓力下降9.2 MPa，單井增注水量12.3 m3/d(見表3)。

通過對酸液及工藝的優化改進，將多項技術融合為一體，提高了降壓增注效果，提高了施工的成功率和措施的有效率，且大幅縮短了施工占井周期，減少了施工設備動用量，施工步驟簡便，安全風險低，同時降壓增注效果顯著，達到了降本增效的目的，為低滲透油田欠注井治理提供了新的技術措施。下面以Y1_01井為例分析其應用效果。

表2 COA_1S酸液的緩蝕性能Table 2 Corrosion inhibition performance of COA_1S acid

表3 不動管柱螯合酸脈沖式注入酸化增注技術應用效果統計Table 3 Statistics on the effect of pulse acid injection and acidizing stimulation for the immobilized string

3.2 Y1_01井的應用情況

Y1_01井是一口注水井，該井2015年10月29日投注，初期配注量10.0 m3/d，實際注水量10.0 m3/d，注水壓力15.0 MPa；2016年11月15日開始欠注，2016年11月27日洗井擠注無效，配注量10.0 m3/d，實際注水量1.0 m3/d，注水壓力15.0 MPa。2017年4月18日進行氟硼酸酸化，酸化后未見效，配注量10.0 m3/d，實際注水量1.0 m3/d，注水壓力15.0 MPa。為提高該井注水量，2017年11月4日對該井采取不動管柱螯合酸脈沖式注入酸化增注技術措施。

進行不動管柱脈沖式酸化增注施工時，首先進行反洗井作業，清洗管柱及井底雜物，建立有效循環通道；然后進行試擠，擠注壓力17.1 MPa，排量150 L/min；連接酸化管線，將酸液罐車與備水車同時接入400型水泥車，調整進口閘門，酸液與水按照1∶1比例混合注入井筒，排量150 L/min，注入壓力17.5 MPa，待酸液到達地層后，注入壓力降至16.5 MPa；排量調整為300 L/min與100 L/min進行脈沖注入，30 s交替一次，使其在井底產生水力沖擊波，現場共實施脈沖10段50次(1段交替5次)，待脈沖注入改為正常注入后，施工壓力由16.5 MPa降至12.0 MPa；最后4.0 m3酸液以100 L/min排量注入，以充分改善近井地帶地層滲透率；注酸結束后，停泵切換到注水流程，酸化施工用時6.5 h。

與采取不動管柱脈沖式酸化增注技術前相比，Y1_01井酸化后注水壓力為1.8 MPa，下降13.2 MPa，注水量為14.0 m3/d，增加13.0 m3/d，視吸水指數由0.067 m3/(MPa·d)提高至7.780 m3/(MPa·d)，降壓增注效果明顯。目前，該井配注量15.0 m3/d，實際注水量15.0 m3/d，注水壓力5.8 MPa。Y1_01井采取不動管柱脈沖式酸化增注技術前后的注水曲線如圖5所示。

圖5 Y1_01井采用不動管柱脈沖式酸化增注技術前后的注水曲線Fig.5 Water injection curve before and after application in Well Y1_01

4 結論與建議

1) 研發的COA_1S酸液具有較好的緩速、螯合抑制和緩蝕性能，能滿足注水井酸化增注的要求。

2) 不動管柱螯合酸脈沖式注入酸化增注技術將水力脈沖與酸化技術有效結合，大幅簡化了常規酸化施工流程，室內評價性能較好，現場應用取得了較好的增注效果，具有較好的推廣應用價值。

3) 建議進一步優化酸液配方，提高酸液對金屬離子的螯合抑制能力，降低對地層的二次傷害。