新民油田低渗砂岩油藏酸化解堵技术研究与应用01041911

分类号： 单位代码：10220 UDC： 密 级：

东北石油大学

工程硕士专业学位论文

论文题目： 新民油田低渗砂岩油藏酸化解堵技术研究与应用 硕 士 生： 黄 晖 指导教师： 刘义坤 教授 李兴科 高工 工程领域： 石油与天然气工程

2011年 5 月 10 日

Thesis for the Graduate Candidate Test

Xinmin Low Permeability Sandstone Reservoir Oil Field Acidizing Research and Application

Candidate: huang hui Tutor: liu yikun，li xingke

Field: Oil and Natural Gas Engineering Date of oral examination: 10th May. 2011 University: Northeast Petroleum University

Technology 东北石油大学工程硕士专业学位论文

学位论文独创性声明

本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名： 日期：

学位论文使用授权声明

本人完全了解大庆石油学院有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。

学位论文作者签名： 导师签名：

日期： 日期：

I

东北石油大学工程硕士专业学位论文

新民油田低渗砂岩油藏酸化解堵技术研究与应用

摘要

新民油田是典型的低丰都、低渗透的砂岩油藏，油层非均质性严重，单井产量低。随着开发的深入，油层结垢严重，油井产量递减快，需要通过压裂、酸化等增产措施才能获得保持一定的产能。

目前国内外在酸化技术的发展方面主要是以碳酸盐油层改造为目的，以酸岩反应酸蚀裂缝提高导流能力为主体的酸压技术为主，并且技术发展已经趋于稳定，“多级注入+闭合裂缝酸化”技术始终是近十多年来的主流技术，只是液体类型和技术模式有了更加丰富的变化。

酸液体系研究方面，在以盐酸做为基液的基础上，逐渐发展了胶凝酸（稠化酸）、乳化酸、泡沫酸、化学缓速酸、地下交联酸、滤失控制酸等酸液体系，并且以这些酸液体系作为基础，发展了相应的酸压工艺技术。近年来，酸液体系的研究方向是适合多层转向改造的酸液体系。这种酸液体系大多为表面活性剂黏弹酸，也有部分高分子聚合物形成的变弹酸。

从目前的技术发展形势来看，针对新民油田低孔、低渗、结垢、污染严重的储层特点的相应酸化解堵技术尚未形成成熟技术。

本论文主要是针对新民油田的储层特点和技术发展现状，开展以下几个方面研究： 1）新民油田储层结垢机理研究

2）研究适合新民油田储层特点的酸液配方体系 3）低渗透油田深部酸化技术研究 4）酸化后残酸反排工艺的研究。

关键词：砂岩油田，酸化机理， 酸液配方体系，深度酸化

II

东北石油大学工程硕士专业学位论文

Xinmin low permeability sandstone reservoir oil field acidizing technology

research and application

Abstract

Xinmin Fengdu oil is a typical low-, low-permeability sandstone reservoir, reservoir heterogeneity, well production is low. With the development of in-depth, serious scaling

reservoir, an oil production decline rapidly, need to fracturing, acidizing and other measures to increase production to get to maintain a certain capacity.

Technology at home and abroad in the acidification of the carbonate reservoir

development, mainly for the purpose of reform to improve the acid rock reaction acid fracture conductivity as the main acid fracturing technology-based, and the technology has stabilized, \technology over the last decade, but the liquid type and technology model has a more extensive changes.

Acid systems research, as the base in hydrochloric acid solution based on the progressive development of the gel acid (thickener acid), emulsified acid, acid foam, chemical retarded acid, underground cross-linked acid, filtration control acid Acid system, and to the acid system as a basis for the development of the corresponding acid fracturing technology. In recent years, the research direction of acid system is suitable for multi-turn modified acid system. The acid system mostly viscoelastic surfactant acid, as well as some changes in the formation of polymer shells acid.

Technology development from the current situation in perspective, Xinmin oil for low porosity, low permeability, scaling, polluting the reservoir characteristics of the corresponding formation acidizing technology is not yet mature technology.

This paper focused on Xinmin oil reservoir characteristics and technical development status, to carry out the following aspects of:

1) The mechanism of Xinmin oilfield scaling

2) to study the characteristics of suitable acid Xinmin formulation of reservoir system 3) low permeability of deep acidification Technology

4) The residual acid after acidification of anti-handling process.

Key words: sandstone oil field, acidification mechanism, acid formulation system, the depth of acidification

III

东北石油大学工程硕士专业学位论文

创新点摘要

研究的主要创新点为：

1、开展新民油田结垢机理研究

通过对新民油田的地质概况、结垢现状及影响进行深入的分析和研究，形成对结垢成因与机理的全面认识为酸化解堵技术研究提供技术依据。

2、全面开展酸化解堵技术的研究与实验

总体思路上以确定适合新民油田的选井选层方法、酸化药剂配方体系、酸化施工工艺为主线，相应的研究储层内部结垢、污染程度与酸化深度的关系，研究低伤害酸化配方技术体系等相关配套技术，形成针对不同井况的多种酸化技术系列。

IV

东北石油大学工程硕士专业学位论文

目 录

学位论文独创性声明 ................................................................................................................. I 学位论文使用授权声明 ............................................................................................................. I 摘要 ........................................................................................................................................... II Abstract ................................................................................................................................... III 创新点摘要 .............................................................................................................................. IV 前 言 .................................................................................................................................... 1 第一章 新民油田酸化解堵技术研究进展 .............................................................................. 3

1.1酸液体系研究 .............................................................................................................. 4 1.2酸化施工工艺研究 ...................................................................................................... 6 1.3酸化优化设计方法发展 .............................................................................................. 7 第二章 新民油田储层结垢机理研究 ...................................................................................... 8

2.1新民油田结垢的情况 .................................................................................................. 8 2.2新民油田储层潜在伤害分析 ...................................................................................... 9 2.3结垢原因分析 ............................................................................................................ 11 第三章 低渗砂岩酸化工作液体系研究 ................................................................................ 13

3.1岩心敏感性分析 ........................................................................................................ 13 3.2新民油田低渗砂岩酸化解堵液体系研究 ................................................................ 17 3.3新民油田低渗砂岩酸化解堵配方体系研究 ............................................................ 19 3.4酸化半径与增产倍数预测模型 ................................................................................ 22 3.5酸化施工中返排与暂堵技术研究 ............................................................................ 30 3.6开展酸化选井、选层方法的研究 ............................................................................ 34 第四章 低渗透油田深部酸化技术研究 ................................................................................ 37

4.1深部酸化的研究意义 ................................................................................................ 37 4.2螯合酸酸化技术研究 ................................................................................................ 38 第五章 减小酸化解堵伤害的预防措施 ................................................................................ 42 第六章现场试验及效果评价 .................................................................................................. 44

6.1深部酸化试验 ............................................................................................................ 44 6.2开展自生泡沫增能试验 ............................................................................................ 44 6.3应用油溶性暂堵剂暂堵酸化 .................................................................................... 45 第七章认识与结论 .................................................................................................................. 47 参考文献 .................................................................................................................................. 48 致 谢 .................................................................................................................................. 49

东北石油大学工程硕士专业学位论文

前 言

酸化是油(气)井增产、注水井增注的主要手段之一，用酸液可以解除油水井井底附近的污染，清除孔隙或裂缝中的堵塞物质，或者沟通、扩大地层原有孔隙或裂缝，提高地层渗透率，从而实现增产增注的目的[1-2]。

开展酸化解堵技术的研究与试验，首先要了解油田的的酸化解堵机理，对于典型油田新民油田而言，它属于裂缝型低渗透砂岩油田，它的砂岩组成成分决定了其酸化解堵的基本机理。

砂岩地层由砂粒和粒间胶结物组成， 砂粒主要成分是石英、长石，胶结物主要成分是粘土、碳酸盐矿物[3]。砂岩储层渗透率降低，往往是地层污染、污染物及堵塞的类型主要是：

1、钻井、作业过程中泥浆压井液进入地层造成的污染；

2、层内粘土微粒在采油、注水过程中随液流移动对地层孔隙造成的堵塞； 3、由于地层压力、温度变化造成的地层结垢； 4、铁、钙等的化学沉淀造成的堵塞等。

因此，砂岩酸化一般采用盐酸与氢氟酸的混合酸(土酸)，或其它能够生成氢氟酸的酸液：盐酸先同碳酸盐矿物、铁质反应，溶解碳酸盐和铁质；然后氢氟酸再与石英、粘土矿物反应，提高地层渗透率。如果土酸中的盐酸量不够，不能完全溶解地层中的碳酸盐矿物，则氢氟酸将与碳酸盐矿物反应，生成CaF2沉淀，堵塞孔道[4]。

鉴于目前国内外油井酸化配方体系的蓬勃发展，我们希望在砂岩酸化配方体系上进行进一步的室内实验和现场摸索，并配套相关工艺技术，形成完善的低渗透砂岩油田的酸化解堵工艺技术。

目前油井酸化的工艺方式主要有三种，酸洗、基质酸化和酸压。

酸洗：也称表皮解堵酸化，主要用于砂岩、碳酸盐岩油水井的表皮解堵及疏通射孔孔眼。

基质酸化：也称常规酸化，是在低于储层岩石破裂压力下将酸液挤入储层孔隙空间，使酸液沿径向渗入地层而溶解地层孔隙空间的颗粒以及其它堵塞物，扩大孔隙空间而恢复或提高地层渗透率。主要用于解除钻井、完井、大修等入井流体及沉积物在近井地带的伤害，该方式中酸液与岩石接触面积较大，酸岩反应时间很短，处理范围一般在1m左右，对严重堵塞井的处理效果较好[5-8]。

酸化压裂：也称酸压，压开裂缝后注入酸液，以沟通井筒附近高渗带或其它裂缝系统、清除井壁附近污染、增大油气向井眼流通面积、改善油气井流动方式和增大井眼附近渗流能力[9-11]。主要用于碳酸盐岩油、气井储层改造[12-14]。

目前新民油田在用的油井酸化技术无论是从施工液量还是处理半径上来看，都是处于酸洗解堵阶段，并没有实现深部的酸化和处理，未达到基质酸化改造的目的。为达到基质改造的目的，就要提高酸液的有效作用距离。酸液在渗流孔道或裂缝中流动，与壁

1

前言

面岩石发生化学反应，当酸液浓度降低到某一数值(通常为鲜酸浓度的10%)时，称为残酸。鲜酸变为残酸之前所流过的距离，称为酸液有效作用距离。酸岩反应速度的快慢，决定了酸液有效作用距离的大小，反应速度越快，有效作用距离越短[15]。因此在酸液的选择时，延迟酸岩的反应速度（缓速酸），延长酸液的有效作用时间，是提高酸液有效作用距离的关键。

针对目前新民油田生产过程中存在的问题，可以判断，油层深部受压裂残液等影响污染相对比较严重，同时近井地带的油层结垢又比较严重，因此要深入研究深部酸化工艺技术，一是如何根据油层及人工裂缝的特性合理确定处理半径及酸液用量的关系；二是如何降低滤失，保证酸液到达油层深部[16-28]；三是近井地带和油层深部的孔隙的堵塞介质不同，如何保证不同介质下的解堵效果。深入研究推广油井酸化解堵技术，从而有效解决新民油田结垢、污染严重影响开发效果的问题，尤其是在重复压裂效果逐渐变差的情况下，能有效拓宽低渗油田增油措施渠道，取得显著经济效益[29]。

2

东北石油大学工程硕士专业学位论文

第一章 新民油田酸化解堵技术研究进展

新民油田砂岩储集层为白恶系泉头组，泉四段及泉三段的上部地层，即扶场地层，油藏深度1050-1400米，平均深度1250米，含油井段160米左右，其中扶余油田100米，扬大城子60米，共划分五个砂岩组，16个小层，其中扶余油层四个砂组12个小层，扬大城子油层4个小层。储层主要为粉砂岩，也有含钙含泥粉砂岩，胶结物主要以泥岩为主，胶结类型以孔隙式和接触式为主，岩石的胶结物含量一般在5-20%。储层中的粘土矿物含量较高，平均为5.73%，以绿泥石和伊利石为主，其次为伊蒙混合矿物，据化验资料表明，粘土膨胀率为26.6%。新民油田为低孔、低渗非均质较强的砂岩油田，在平面上由南至北储层物由好变差，纵向上储层物性以Ⅳ砂组为最好。平均砂岩厚度44米，平均有效厚度8.6米，平均孔隙度15.2%，平均渗透率5.4毫达西。

原油属于低硫石蜡基原油，原油物性差，含蜡量高、凝固点高、粘度高。相对密度中等，其含蜡量为21.8%，胶质沥青含量为19.2%,原油粘度达32.8mPa.s。油田水性质具有矿化度高（矿化度6370.96mg/L），水型为NaHCO3和Na2SO4型；PH值6-9，为中性或偏碱性，并且成垢离子浓度较高。 油层温度较高，平均温度70℃，平均地温梯度5.22℃/100米，油层部位为5.54℃/100米，目前油层温度69.04℃，注水井油层温度52℃，油层深度1150-1250米。

新民油田自注水开发以来，注水开发效果好，油井见效快，地层能量得到了很好的补充，2010年末地层压力恢复到11.63兆帕，恢复到原始地层压力12.9兆帕的90.6％，地层压力得到逐步恢复，基本达到了稳产开发的目的。统计全油田共有油水井2012口，其中油井1391口，水井621口。平均单井日产液1.9吨，日产油0.9吨，油田平均综合含水59.4％，含水最高的区块含水已超过70%，处于中高含水期。

油田开发总的形势是产油量下降，产液量和综合含水上升。综合含水上升速度加快、递减加大，单井产量下降快，特别是高产井下降快，油田开发难度大。新民属低渗透储层，基质孔隙导流能力差，油田要稳产就必需靠人工改造油层。因此，酸化、压裂增产措施在油田稳产中发挥着较大的作用。但调查发现新民油田压裂和酸化措施，往往是初期增产取得了较好效果，稳产期很短，制约改造效果。尤其是近几年是由于油井酸化工作量大，重复酸化井比例逐年增多，酸化效果逐渐变差，增产有效期短。同时根据对历年油井酸化措施效果的统计可以看出，油井酸化效果受周期影响明显，周期越短效果越差。从1993年开始实施酸化施工，经过多年的发展逐步走向成熟，从研究的深入程度上大致可分为4个阶段。

1993-1998年研究应用以盐酸为主酸洗，主要是针对井筒附近结垢堵塞进行处理;研究应用以处理基质为目的的土酸酸化体系；主要研究缓蚀剂，降低酸化液对油管的腐蚀；

1998-2003年重点研究深度酸化配方体系，也研究了砂岩地层酸化时的二次反应;研究应用各种酸体系，以提高处理能力;

3

第一章 新民油田酸化解堵技术研究进展

2003-2009年开展酸化优化设计研究，包括:井层选择、施工设计、实施监测和后评估;

2009-2010年典型区块地层岩石渗流特性，改善酸液添加剂的效果；研究多元化酸化配方体系，提高酸化处理针对性；研究分级注入、泡沫增能、暂堵等多种施工工艺提高处理深度以及处理效果。

1.1酸液体系研究

酸化解堵工作液是酸化作业必不可少的物质基础，其质量的好坏直接关系到酸化作业的成败，对增产增注的效果起着关键作用。为了保护地层，提高酸化效果，最大限度地发挥酸液的作用，必须依据地层特点及酸液和添加剂的作用、性能，综合筛选酸液配方，使之满足酸化工艺要求，与地层配伍，以达到有效解除地层污染的目的。

1.1.1酸液及添加剂的种类

常用酸液类型：盐酸、氢氟酸、土酸（氢氟酸和盐酸的混合物，一般组成为：3-6%HF+10-15%HCL）、自生土酸、有机酸（甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）为弱离子型，慢反应的有机酸）、磷酸（磷酸电离度底，缓速效果明显，适用于钙质含量高的砂岩或石灰岩储集层）、氟硼酸（当氟硼酸注入地层后发生水解反应，生成氢氟酸，从而达到缓速酸化的目的，氟硼酸可作为前置液或后置液与土酸联合使用）、多组分酸（盐酸-有机酸、有机土酸）[10-11]。

酸洗倾向于井筒附近结垢堵塞，基质酸化在于消除影响油井产量的伤害，酸压还要增加渗流面积，沟通裂缝系统。必须了解伤害的范围、类型、成因等，以选择适当的酸液体系。

1、矿物标准

(1)敏感性：地层对某一酸液的敏感性包括酸液与岩石接触可能产生的所有有伤害反应，如基质胶结破坏和坍塌、微粒释放甚至形成沉淀。岩石成分与结构是决定潜在敏

感性的重要因素，从矿物学角度来看，化学成分和表面积可影响矿物的反应[4]。

(2)岩石结构：砂岩储集层中矿物实际溶解度主要取决于矿物在岩石结构内的位置。 2、酸液选择方法

酸液选择的原则很简单，即酸液必须有效消除伤害（包括二次伤害）且能增加渗透率。沉淀物伤害主要取决于：(1)化学因素：沉淀物在后置液及油层天然流体中的溶解 度。(2)结晶因素：沉淀物为非晶质还是晶质。(3)形态因素：关系到可以移动晶粒（从溶液中检出沉淀在孔隙空间）的形式。(4)浓度因素：是否高得足以引起孔隙系统堵塞。(5)油层因素：伤害与渗透率、孔隙大小和空隙形态等岩石特征有关[30-33]。

常用酸液添加剂类型：酸液作为一种通过井筒注入地层并能改善储集层渗透能力的工作液体，必须根据储集层条件和工艺要求加入各种化学添加剂，以完善和提高酸液体系性能，保证施工效果。主要有以下几种：缓蚀剂，主要用于减小酸液对金属管件的腐

4

东北石油大学工程硕士专业学位论文

蚀，降低对地层的污染[34]；表面活性剂，降低表面和界面张力，防止生成乳状液，使地层水湿和加速返排等；铁离子稳定剂，防止铁及其他金属盐形成络合离子而沉淀；助排剂，借助气体膨胀加速残酸返排，常用N2、醇类和表面活性剂；粘土稳定剂，减轻和防止粘土膨胀[35]；降阻剂，降低工作液在井筒流动的沿程摩阻，降低施工压力；暂堵剂，暂堵地层孔隙和高渗层带；稠化剂等[36]。

1.1.2现场施工常用酸液体系

根据新民油藏特点，砂岩油层结构复杂，矿物成分多，因此应选择与其储集层特征和岩石物性匹配的酸液体系。参考相关油田的成功经验，常用的酸液体系以及施工浓度有以下几种：

1、常规土酸体系，适用条件：砂岩储集层的解堵酸化施工，恢复和提高近井地带渗流能力。典型配方：8～12％HCI+3～5%HF+2～3％缓蚀剂+2～3％表面活性剂+1～3％铁离子稳定剂+1～3%粘土稳定剂[37]。

2、氟硼酸缓速体系，氟硼酸水解速度较慢，水解生成的氟化氢后与矿物发生反应，故为缓速酸。主要特点：酸岩反应速度慢，活性穿透距离大，酸处理半径大。适用条件：砂岩油气层的深穿透酸化施工或高温井的酸化施工[38]。

3、自生土酸缓速体系，将酯与氟化胺在井口混合后以较低的排量泵入地层，酯分解生成有机酸，有机酸再与氟化胺反应生成氢氟酸。理论上，该工艺可将酸注入地层很深的部位进行酸化。使用不同的脂类化合物可以满足不同储集层温度（40～107℃）的要求。

4、泥酸体系，顺序注入盐酸和氟化胺，利用粘土的天然离子交换性，在粘土颗粒表面生成氢氟酸，就地溶解粘土。适用条件：适于泥质胶结的砂岩油层，解除来自油层内部粘土颗粒运移、膨胀所造成的堵塞或常规土酸不能完全解除的钻井液堵塞。

5、磷酸缓速酸化体系(PPAS)，磷酸（H3PO4）电离度低，加入专用的添加剂后有明显的缓速效果，高浓度的PPAS与HCI或HF联合使用，特别适用于处理钙质含量高的砂岩或石灰岩储集层。主要特点：能延缓酸的反应速度，使活性酸穿透距离大在有钙质的情况下，能自身延缓反应速度，并保证有最大的铁螯合能力，对硅质具有独特的选择性；具有良好的粘土稳定性，低腐蚀速度和湿水性能。典型配方：磷酸+0.1～1%铁离子稳定剂+0.2～2%磷酸盐结晶改良剂+0.05～0.1%羧基醋酸+酸稳定防沫剂+表面活性剂

[27]

。

6、胶束酸体系，主要组成：胶束剂、盐酸、缓蚀剂、助排剂等。作用机理：胶束

剂使酸液形成胶束，降低表/界面张力。主要特点：具有较强的缓速性，酸在较低压力下实现深穿透；酸液的高表面活性有助于降低毛细管压力，使残液易离开地层，避免水锁，促进排液；胶束吸附酸不溶物微粒并悬浮于酸液中，减轻了微粒运移、沉积而造成的地层伤害。

7、复合酸体系，主要组成：甲醛、氟化铵、有机羧酸盐。作用机理：甲醛+氟化铵

5

第一章 新民油田酸化解堵技术研究进展

生成 HF酸。有机羧酸盐+HF酸 生成二元羧酸(缓速/络合)。主要特点：在常温下酸度较低，在高温并与地层反应的条件下，缓慢离解出酸组分，溶蚀地层堵塞物，并络合部分Fe3+和Fe2+，与地层反应均匀，不易产生二次沉淀物。

1.2酸化施工工艺研究

低渗砂岩酸化是一个相当复杂的酸岩反应过程，包括多种矿物、堵塞物与处理酸液之间的反应，反应发生在多孔介质中，属“非均质”反应，加之每种物质与酸的反应速度不一致，同时反应表面也难以预测，使得准确预测砂岩酸化这一复杂过程的结果是十分困难的。为提高酸化处理的效果，提高处理液处理的距离、提高处理反应程度、提高返排减少二次污染等诸多考虑研究发展了多种与酸化解堵处理目的相适应的施工工艺技术，大大促进了酸化解堵的处理效果。

1、分层酸化工艺：分层酸化工艺是针对纵向多产层，提高纵向改造强度的一种工艺，按分层手段分为封隔器分层和堵塞球分层。前者的可靠性较高，后者施工方便，且适用性强，费用低.

2、暂堵酸化工艺：暂堵酸化是用携带液将暂堵剂带入井内封堵高渗层，然后挤酸；或者酸化中低渗透层将暂堵剂加入酸液中一起挤入地层，暂堵剂首先进入高渗透层迫使后来酸进入中低渗透层，从而达到暂堵酸化的目的用暂堵剂进行酸化，可以避免用封隔器酸化卡不准，套管变形封隔器下不去等缺点。

3、稠化酸酸化工艺：该工艺主要用于中、低渗储集层的改造，既可采用单一的稠化酸注入法，也可采用注前置液加稠化酸的施工方法致密均质的碳酸盐岩储集层用稠化酸酸化时，首先使用高粘前置液在地层压开一条水力裂缝，再利用稠化酸沿裂缝剖面刻蚀出一条高导流深穿透酸蚀裂缝裂缝性碳酸盐岩储集层用稠化酸酸化时，不需要前置液，直接利用稠化酸。

4、泡沫酸酸化工艺：泡沫酸化工艺不仅适用于一般碳酸盐岩油气井处理，更适用于重复酸化的老井和液体滤失性大的低压储集层处理。对于油层温度低，井底附近有石蜡胶质沉积的井，采用泡沫酸处理前，可先用二甲苯浸泡，清洗油层表面泡沫酸酸化的选井原则：泡沫酸有深穿透能力，可用于大段碳酸盐岩储集层的酸化施工，适用于滤失难以控制的储集层、低压、低渗或水敏性储集层[20]。

5、闭合酸化工艺：此工艺主要是针对某些较软碳酸盐岩储集层的酸化增产工艺。采用闭合酸化工艺，可在此类地层中获得理想的裂缝导流能力，从而达到增产的目的[21]。

6、前置液酸压工艺：前置液酸压是碳酸盐岩储集层有效的增产工艺。增产原理是依靠压裂泵的水力作用，压开地层形成新裂缝或撑开地层中原有裂缝。同时，依靠盐酸液的化学溶蚀作用，沿压开、撑开的裂缝溶蚀碳酸盐岩，使这些裂缝成为具有良好导流能力的酸蚀裂缝，从而减少了油气流向井筒的阻力，使油气井获得增产效果[30-31]。

7、多级注入酸压闭合酸化工艺：常规酸三级注入酸压后，随着闭合压力的增加，

6

东北石油大学工程硕士专业学位论文

导流能力下降很快，而稠化酸三级注入酸压后的导流能力下降幅度小[32]。闭合酸化后尽管导流能力均有提高，但仍然是稠化酸闭合酸化导流能力高。稠化酸多级注入较常规酸具更高的酸蚀裂缝导流能力。稠化酸多级注入，级数多、排量大更有利于提高酸蚀裂缝导流能力[23]。

8、注水井增注酸化工艺：常采用酸化防膨增注工艺。对近井堵塞的注水井，或初次处理的注水井，采用常规土酸进行解堵；对深部堵塞的井，用解除深部堵塞的酸液。防膨剂常用阳离子有机聚合物、长效防膨剂等[22]。

1.3酸化优化设计方法发展

为了提高酸化有效率，九十年代，国外大型石油公司和大学的研究机构相继开发研制了基质酸化系统。根据油井类型、生产历史、地层伤害机理、井底温度、压力、物性、矿物组成、原油性质等油气藏地质资料、现场统计分析结果以及酸化专家的经验知识，提供酸化工艺设计方案，提供添加剂及酸化液体系的选择原则。同时可作为培训新职员的工具。近年来，ARco勘探开发公司和Dowell Schlumberger石油公司联合开发了新一代在微机上使用的基质酸化优化设计及评估综合系统StimCADE，它将砂岩、碳酸岩盐基质酸化模拟计算，地层伤害机理分析，液体体积优选，酸液添加剂及酸液体系优选，现场实时监测评估结合在一起。此外还具有如下功能:如结垢预测、转向剂置放、临界压差估算、产量预测及经济评价等。美国LT大学亦将基质酸化专家系统与砂岩酸化模拟器综合在一起，开发研制了优化专家系统ASSESS。首先通过专家系统选择酸液类型、浓度、用量、注入排量、压力等参数。然后再将这些参数作为输入参数启动“两酸三矿物”砂岩酸化模拟器，最后得到优化设计结果，以期提高酸化有效率。

在国内外先进软件系统的基本框架上，我们在优化设计上还停留在感性认识的水平上。对于优化相关施工参数规模设计上，主要来源于现场实践，建立在先导试验的基础上对施工目的井进行对比分析，主要依赖于措施后效果、伤害等分析来进一步优化调整参数。在工艺设计时，按照施工目的层的堵塞程度认识不同采取笼统酸化或分层酸化；按照施工工艺的技术要求上实施不动管柱酸化或动管柱酸化。动管柱酸化还可细分为负压酸化、振动酸化、正水击酸化等来解决酸化工作液处理不同需求目的层。并根据处理半径及工作液数量来采取整体一次性注入或段塞式注入两种方式。

7

第二章 新民油田储层结垢机理研究

第二章 新民油田储层结垢机理研究

新民油田注水井网布局合理，注水后油井受效明显，原油产量相对稳定。但由于注水水质、地层水水质、措施伤害、地层结构以及剩余油质变化等的影响，随着开发时间的延长，油井堵塞问题越来越突出，同时伴随腐蚀、结垢问题，使油井产量下降，稳产难度越来越大。

2.1新民油田结垢的情况

2.1.1、结垢对油井的影响

新民油田油井结垢井数呈逐年上升的趋势，目前已发现70%以上的油井都已经不同程度地发生了结垢。如表2-1所示：

表2-1 历年结垢统计表结垢井油井总数新发现井累计井数数874496239011964288111653956106639442665947366896025693年份2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年q.30q.30s.70i.40p.40p.50r.20%

1、影响油井产能发挥

2007年酸化施工110井次，当年累积增油8778吨，单井增油79吨，年末日增油水平56吨。

2008年酸化施工195井次，累积增油1.8211万吨，单井增油93.4吨。

如：+51-15井2005年5月除垢前日产油0.2吨，除垢后上升到5.7吨，2006年4月酸化前日产油0.3吨，酸化后日产油5.2吨，间隔只有11个月。

2、油井维护性作业工作量增大

每年因结垢造成油井上修占维护性作业井次的20%左右。如表2-2所示：

表2-2 历年结垢上修井统计表年度2005年2006年2007年2008年年作业井次651620527505因结垢上修卡泵24141619泵漏1401427871合计1641569490占%.1925.1617.8417.82

8

东北石油大学工程硕士专业学位论文

3、增产措施受到制约

压裂遇阻井比例逐年上升，特别是2005年以后明显增多，从2004年14.8%，上升到2008年的28.0％。

4、压裂事故井增多

由于油井普遍结垢，小直径胶筒在高压下膨胀系数大，套管壁不光滑使得收缩不好，2005年，压后强拔7口井，造成卡井1口，并且由于结垢使压裂增产效果不能充分发挥。

2.1.2、结垢对水井的影响

1、注入压力高，注水困难。

由于注入压力高欠注和注不进井已达60口，排除井网影响、油层影响，连通影响，初步判断为结垢影响的有54口井，严重制约了周围油井产能的发挥。严重欠注井18口，配注465方，实注233方，欠注232方。控制53口油井，我们统计了可对比的35口油井产量。可对比井产量递减加大，2008年回归递减率26.7%。（新民油田全区回归递减率2.46%）

2、影响分注

新民自投产开发以来，共小修作业296口水井,其中小修拔不动井21口,占修井总数的7.1%，结垢缩径井42口,占小修作业井的14.2%。

2.1.3、结垢对集输系统的影响

1、 地面集输设备结垢严重

联合站的5#掺输炉， 2000年新投，2001年对炉管测壁厚时发现，掺输炉炉管结垢严重，炉管直径由?219mm缩小到193mm，结垢速度26mm/年。2006年有4台掺输炉，因结垢原因炉效由85%降低到61%，年多消耗自用油260吨，并且由于结垢造成炉管爆管，年维护大修费用约5万元。 2、地下管线结垢严重

地下管线结垢严重，由于垢下腐蚀造成管线漏失严重。如表2-3所示：

表2-3 历年管线结垢造成漏失次数统计

外输管线漏失次数掺输干线漏失次数注水管线漏失次数2003年132442004年247572005年464732006年873862007年1184922008年128795 2.2新民油田储层潜在伤害分析

酸化措施除了溶解地层岩石矿物以外，更重要的是要解除储层存在的伤害，恢复油井自然产能。根据新民油田储层特点及开发现状，对储层可能存在的潜在伤害因素分析，可为酸化解堵提供设计依据。

9

第二章 新民油田储层结垢机理研究

2.2.1新民油田地层损害分析

新民油田属于低渗透、低产能、非均质、裂缝性油藏。随着注水开发时间的增长，剩余油质的变化及措施量的增加，油层的损害越来越复杂。

油气层损害的主要原因有以下几个方面：

1油井建成的损害。钻井、注水泥、射孔等过程中，由于完井液与产层接触，发生水敏、速敏、盐敏等效应；完井液由于密度不合理，造成固体颗粒堵塞储层，及射孔过程中的压实作用，都会对地层产生不同程度的损害。

2、采油作业过程的损害。在长期生产作业过程中油层中微粒运移、疏松砂岩、粘土颗粒等堵塞地层；由于地层发生了物理变化和化学变化，引起有机垢和无机垢的生成；作业中由于工作液与地层不配伍，压裂液破胶不彻底 ，压裂砂的嵌入或破碎及压裂液压向地层中滤失，都会对地层造成不同程度的损害。

3、注水过程中的地层损害：根据地层损害的的研究，入井液与地层中接触时间越长，对地层的损害就会越严重。由于注入水长期和油气层接触，注入水的高矿化度、注入水中的机械杂质、注入水中的细菌、注入水中的含氧等，由此产生垢及腐蚀后的锈蚀产物，都会对地层产生严重的损害。

4、增产处理过程中的伤害：井眼清理、酸化施工、油井除垢等措施工过程中，由于入井液与储层的不配伍、清洗下的杂质等的不确定运移等均可对储层造成伤害。

2.2.2新民油田油井堵塞原因分析

1、注水开发的影响。

新民油田储层岩性主要为粉砂岩，胶结物主要以泥岩为主，胶结类型以孔隙式和接触式为主，由于该油田的注水水质清水约占总注水量的85%以上，由于清水与地层水的矿化度差别较大，存在明显的不配伍现象，同时注水开发效果造成了泥岩颗粒向油井的定向运移，以及胶结物的存在将造成油井近进地带堵塞加剧。

2、水质构成的影响。

新民采油厂的油井采出水均为结垢型水质，水中成垢的钙、镁离子含量较高，水中含有硫酸盐还原菌，且水中含有二氧化碳、硫化氢等气体。水质结垢问题十分突出。如表2-4所示：

表2-4 新民采油厂油井采出水水质分析结果统计表

井号1队9-112队+11-103队+46-14队+19-156队+40-0325队45-025Na+Kmg/L240323961200104313102417PH7.48.518.428.077.638.01MgCamg/Lmg/L3.477.765.5973.753.433.672.9215.232.9212.022.67110.622+2+2--总碱度矿化度SCO2SRBSO4CL水质性质mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lug/L个/L2995.5440.458782000.5结垢型水质3119.6250.25648151940.5结垢型水质1081.2545.4255610240.20.5结垢型水质25-6001010.3500.519221555.70.5结垢型水质1453.5380.327421038.20.5结垢型水质3084.2320.352566274.70.5结垢型水质

10

东北石油大学工程硕士专业学位论文

3、油井采出过程中采出液压力变化的影响。

由于采出水中含有一定量的二氧化碳，随着采出液压力的下降，将有大量碳酸盐析出，造成地层及井下机具结垢。

4、腐蚀产物的影响。

由于水中含有细菌及二氧化碳、硫化氢等腐蚀性介质，将造成腐蚀产物在井下沉积结垢。

5、油质的影响。

由于原油物性差，胶质、沥青质、蜡含量高，随着开发时间的延长，这些物质将在地层中沉积，使结垢趋势加剧。

2.2.3油井腐蚀原因分析

由于采出水中含有细菌及二氧化碳、硫化氢等腐蚀性介质，且水中盐含量较高，在开采过程中将引起井下机具及管柱腐蚀，腐蚀的特点为点腐蚀及缝隙腐蚀。

2.2.4酸化伤害分析

1、酸化腐蚀原因分析

酸化过程的腐蚀原因主要有以下两点：

（1）酸腐蚀：缓蚀剂的选型不当或使用不当将使腐蚀加剧。

（2）溶解产物腐蚀：由于碳酸盐、腐蚀产物在溶解过程中将产生大量的二氧化碳及硫化氢气体，这些气体在酸性条件下将形成弱酸，在酸化过程中将引起井下机具的腐蚀。

2、酸化二次堵塞原因分析

由于常规的酸化处理能够溶解碳酸盐、硫化铁等酸溶性垢物，但却不能溶解有机物质和油质等，酸化处理过程中，由于酸不断地被消耗，处理液的PH值随之上升，溶解了的硫化铁又会沉淀下来堵塞地层孔隙，没有溶解的有机物质和油质等将使二次堵塞加剧。重复酸化将造成胶质、沥青质形成的淤渣，造成二次伤害，加剧地层堵塞。

2.3结垢原因分析

2.3.1垢的主要成分

垢成份主要有：有机垢及无机垢（碳酸盐钙、镁和铁化合物）。少量有机垢是原油中的高凝点组分。碳酸盐钙、镁垢是硬度离子过饱和后的沉积垢。铁化合物主要是腐蚀产物垢氧化铁、氧化亚铁。

2.3.2水样化验分析

通过分析对比,得出以下结果：产出水的碳酸根离子、氯离子、硫酸根离子、钾、

11

第二章 新民油田储层结垢机理研究

钠离子、PH值及总矿化度有不同的增加，其中增加最多的是氯离子和钾钠离子。在产出水中增加的是无害离子，而减少的恰恰是有害离子。滞留在地层的钙、镁离子生成了不溶物碳酸钙（镁），产出水的钙、镁离子都有明显的减少，这是地层结垢的主要原因。

2.3.3水不溶物分析，如表2-5所示：

表2-5 垢中水不溶物含量和水不溶物中无机、有机物含量

水不溶物含量%（wt）垢 质99.7样 品油污含量%（wt）0.2水不溶物中有机物含量%（wt）7.1水不溶物中无机物含量%（wt）92.9

对水不溶物的分析证明，垢的主要成分是无机盐。水不溶物无机残渣中铁的含量大大超标，为0.0375%（wt），大大超过0.006%经验推算值，因此存在铁离子形成的地层堵塞。不溶物中有7.1%的有机物，是原油中的胶质，硫酸盐还原菌、铁细菌的分泌产物。

2.3.4研究分析结论

新民油田不同地区的结垢成分也不同：存在单一的无机垢类型，同时也存在有机与无机垢相互包容类型；部分地区的有机垢中存在大量的铁离子成分，处理中需要考虑加入铁离子稳定剂；油层中存在铁离子形成的地层堵塞。

12

第三章 低渗砂岩酸化工作液体系研究

距离短、对骨架破坏和导致微粒运移的缺点。

(5)伤害消除机理原则:针对不同的伤害选用不同的酸化工艺措施。一般伤害半径小(主要是钻井完井过程的伤害)，用常规土酸;生产过程中的自然伤害，一般伤害半径较大，用缓速酸进行深部酸化。室内和现场试验表明，伤害半径小时，用缓速酸反而没有用常规土酸效果好。

(6)渗透率选择原则:根据储层渗透率的特征及储集类型确定储层的酸化设计规模和技术方法。

(7)产出液选择原则:根据储层的流体特征、含油气性质确定与之配伍的酸液体系和施工工艺，不同油气藏类型，其酸化时的添加剂是不同的。

结合近年来在新民油田酸化推广实际中的经验，提出了砂岩酸化前置酸用酸指南及主体酸用酸指南（如表3-2、表3-3所示）。当然，上述标准只是酸液选择的一般标准，对于某一区块，在有条件的情况下，还应以岩心流动试验等室内研究为基础，从而选择最优的酸化工艺设计。

表3-2 前置液选择标准矿物＜10%微粒和＜10%粘土＞10%微粒和＞10%粘土＞10%微粒和＜10%粘土＜10%微粒和＞10%粘土渗透率（×10-3μ㎡）＞10015%盐酸10%盐酸10%盐酸10%盐酸20—10010%盐酸7.5%盐酸7.5%盐酸7.5%盐酸＜207.5%盐酸5%盐酸5%盐酸5%盐酸表3-3 主体酸液选择标准矿物＜10%微粒和＜10%粘土＞10%微粒和＞10%粘土＞10%微粒和＜10%粘土＜10%微粒和＞10%粘土渗透率（×10-3μ㎡）＞10012%盐酸+3%氢氟酸13.5%盐酸+1.5%氢氟酸12%盐酸+2%氢氟酸12%盐酸+2%氢氟酸20—1008%盐酸+2%氢氟酸9%盐酸+1%氢氟酸9%盐酸+1.5%氢氟酸12%盐酸+1.5%氢氟酸＜206%盐酸+1.5%氢氟酸4.5%盐酸+0.5%氢氟酸6%盐酸+1%氢氟酸6%盐酸+1%氢氟酸 3.2.2、新民油田扶杨油层酸液研究

根据新民油田油层储层特征、敏感性及低渗注水井伤害因素分析，酸液应具备以下特征:

(1)能够解除钻井、固井、完井等过程引起的地层堵塞; (2)能够解除污水回注及增注过程造成的地层伤害;

(3)注污水地层损害较深，酸液体系应具备缓速、深穿透功能; (4)对金属设备、管串的腐蚀性小，保证施工安全;

(5)由于新民油田油层长石含量高、重复酸化等原因，酸液体系中HF浓度必须适中，不能太高，以使所优选的酸液体系既能有效解堵，又能降低氟硅酸盐、氟铝酸盐及水化硅沉淀生成，避免酸化可能对储层造成的新的二次伤害，避免过度溶蚀地层而破坏地层骨架；

18

东北石油大学工程硕士专业学位论文

(6)各种酸化添加剂应在酸和地层温度条件下配伍性好，不分层、发生沉淀及性能改变;

(7)酸液体系的现场可操作性强，伤害低，价格/性能比合理。

在确定酸液基本原则基础上，开展了酸液配方研究，通过溶蚀率、破碎率及粘土稳定剂、助排剂、互溶剂、破乳剂等大量的筛选与评价，确定了酸液体系的基本性能。如表3-4所示：

表3-4 新民油层酸化液体系综合性能表酸化液名溶失率称（%）复合酸（油井）有机酸（水井）20.7113.2产生二次20min破破碎率腐蚀速率沉淀时PH乳液（%）（g/㎡.h）值（%）2.390.87＞7＞71001000.06520.4洗油率界面张力（%）（mN/m）64.357.21.21.13渗透率提高率（%）9378 3.3新民油田低渗砂岩酸化解堵配方体系研究

根据新民油层酸化液体系综合性能的基本要求，依据油层粘土矿物、孔隙度、腐蚀、缓速等基本状况，对酸化设计原则、配方体系选择、配方组份确定、药剂浓度筛选等进行认真的梳理和设计，确定了符合新民油田实际的酸化配方组成体系。

3.3.1、设计原则

1、新民油田储层中的粘土矿物含量较高，平均5.73%，以绿泥石和伊利石为主，其次是伊蒙混层，属于物性较差的油田。

2、新民油田扶余油层储层性质主要储集空间为残余孔隙，也可见粒间孔隙，少见粒内孔隙。新民油田为低孔低渗非均质性较强的砂岩油田，砂岩最大孔隙度为20%，一般12—18%，平均15.2%，有效厚度内平均15.9%；渗透率最大59.1×10-3μm，一般0.1—10×10-3μm，平均5.4×10-3μm，有效厚度内平均8.5×10-3μm；表明储层渗透性较差，储层天然裂缝不发育。因此采用有机缓速土酸酸化技术解除近井地带污染，改善近井地带渗透率，恢复油井产能，提高目前产量。

3、储层长石含量高，且具有较高含量的粘土矿物，在不破坏储层结构的情况下合适的酸液可以解除近井地带的堵塞。主体酸采用土酸溶解部分无机堵塞物和长石、粘土，增大孔隙孔道，解除近井地带的污染。

4、为了防止酸液对设备的腐蚀应采用良好的缓蚀剂； 5、对于不同区块不同井应采取不同的设计；

2

2

2

2

19

第三章 低渗砂岩酸化工作液体系研究

3.3.2、配方选择原则

通过新民地区水质和垢样分析，确定新民地层垢型属一种由无机和有机相裹的混合垢型。在选定主体工作液和添加剂过程中，必需考证到新民地层的多敏性，从而进一步在技术上优化其三者的作用原理、理化性能、配伍性，筛选出较完整的复合型解堵酸化体系。

1、主体酸液的确定

无机垢的主要成分为碳酸盐垢。为此确定以土酸和有机解堵剂为主而形成的复合酸液体系。其作用原理是以次逆土酸工作液溶解无机堵，有机解堵剂溶解近井地带的有机垢堵，并分散和溶胀沥青质和胶质，起到降低原油的黏度，剥离垢表面的有机覆盖物，促使次逆土酸与无机垢完全反应。再加入缓蚀剂、表面活性剂、抗敏剂保护油层，抑制多敏性矿物和酸溶产生的二次沉淀。同时具有溶蚀、润湿反转、防止残酸乳化、洗涤、分散等综合作用，可降低油水界面张力，使黏附力下降，减少油流阻力的作用。

2、抗敏感性添加剂的选择

缩膨剂是综合粘土转型、“包被”机理、多点吸附等原理合成出来的一种多功能粘土矿物处理剂，它通过与粘土矿物发生物理化学反应，使粘土晶格改性，遇水后不膨胀；已膨胀的粘土晶格，通过化学反应后释放出水分子，晶格缩小。并通过多点吸附作用使这些改性的粘土物质与原地层矿物牢固结合，从而避免了粘土矿物遇水膨胀、运移给地层造成伤害，所选用的缩膨剂在粘土矿物试验中缩膨率达到95%以上。

酸处理地层时，一般认为当残酸PH=2.2时，开始形成凝胶状Fe(OH)3沉淀。为了防止二次沉淀的产生，在处理液中加入高效和配伍的铁离子稳定剂。该稳定剂具有三个配位基团，对铁离子的稳定作用是乙酸的三倍。可有效的防止铁离子沉淀，提高施工效果。

体系中加入定量的助排剂，可大大降低油水界面张力，使施工后的残液易于反排出地层，同时可以使岩石保持水润湿，油藏接触角由95度下降至10度左右，降低了岩石与原油的界面张力，提高油相渗透率。

3、缓蚀剂的选择

针对新民油井产能低的特点，采用不动管拄施工工艺，保证深井泵在施工过程中不受腐蚀，选择适合地区温度和工作液浓度的酸化缓蚀剂，可使缓蚀率达到98%以上。

4、有机解堵剂的选择

我们采用以油酸钠、硬脂酸钠其中加有破乳剂、表面剂、活化剂等对有机垢解除较为彻底的膏状有机解堵剂对地层中沉淀的有机物质如蜡、胶质、沥青质等有较好的增溶、剥离、分散、洗涤等作用，同时可降低油水界面张力，降低油流阻力，提高地层的渗流能力。

5、防二次沉淀螯合剂的选择

选用的螯合剂以有机膦为主剂，可与高价金属离子发生螯合反应，使不溶于水的盐转化为可溶于水的螯合物。使不溶于盐酸的硫酸盐转化为可溶性物质。

20

东北石油大学工程硕士专业学位论文

3.3.3、配方组成：

主体工作液为盐酸（或土酸）、有机解堵剂：

主要处理无机盐垢类和溶解有机物蜡质、沥青质、胶质堵塞，部分存在细菌堵塞较严重的井决定注入杀菌剂；

添加剂：缓蚀剂+铁离子稳定剂+助排剂+杀菌剂+缩膨剂+螯合剂

3.3.4、配方浓度筛选

A：配方中主剂的筛选，如表3-5、表3-6所示

表3-5 6%HCL不同浓度下有机解堵剂溶垢情况表（60℃）

HCL%有机解堵剂%垢样重量(g)反应温度(℃)反应时间(min)观察现象6444090反应缓慢有少部分残渣6544070反应缓慢有少部分残渣6644070反应缓慢有少部分残渣6744070反应缓慢有少部分残渣 表3-6 8%HCL 有机解堵剂不同浓度下溶垢情况表 （60℃）

HCL%有机解堵剂%垢样重量(g)反应温度(℃)反应时间(min)观察现象8540240仅溶解50%左右8354060反应缓慢有少部分残渣8454040反应较快有少量残渣8554018反应剧烈有少量残渣8654015反应剧烈有少量残渣8754015反应剧烈有少量残渣 下图3.6是8%HCL浓度下，有机解堵剂随时间变化溶垢变化情况曲线

有机结堵剂浓度随反应时间变化曲线6050)nim40（间30时系列1应20反1003124536475浓度（%）图3.6 8%HCL浓度有机解堵剂随时间变化溶垢变化情况曲线

从上图看出，溶解垢样最理想的盐酸浓度为8%、有机解堵剂浓度为5%。 优选主剂配方结果：8%HCL（或土酸）+5%有机解堵剂 B：配方中添加剂的筛选

21

第三章 低渗砂岩酸化工作液体系研究

（1） 缓蚀剂浓度的筛选

根据吉林油田油层特性我们选用阴极型缓蚀剂A，下表3-7给出不同浓度下A的实验数据：(钢质采用N80油管钢,表面粗糙度0.8级;酸液采用8%HCL+HF2%） 表3-7 不同浓度下A的实验数据

缓蚀剂浓度（%）腐蚀速度（g/m2.h）11.522.524.9729.82.112.05试片描述腐蚀0级腐蚀0级腐蚀0级腐蚀0级缓蚀度（%）41359294 因此选用缓蚀剂浓度为2.0% (2)铁离子稳定剂的筛选:

将工作液与5000mg/l Fe3+反应,沉淀初始PH值见下表3-8 A: 8%HCL+5%有机解堵剂+0.6%铁离子稳定剂 B: 8%HCL+5%有机解堵剂+0.4%铁离子稳定剂 C: 8%HCL+5%有机解堵剂+1.5%铁离子稳定 D:8%HCL+5%有机解堵剂+1.7%铁离子稳定剂 表3-8 沉淀初始PH值

工作液ABCDFe(OH)3开始沉淀开始沉淀开始沉淀开始沉淀PH值23.14.55.1 从上表可看出工作液C、D沉淀初始PH值远大于残酸PH值（一般为3-4），稳定铁离子能力强。从经济上考虑选用1.5%的铁离子稳定剂。

综上所述酸化配方为，如表3-9所示:

表3-9 酸化配方

药品名称盐酸土酸缓蚀剂助排剂活性剂螯合剂粘土稳定剂铁稳定剂缩膨剂用量(%)1288+2210.50.51.5 3.4酸化半径与增产倍数预测模型

3.4.1、酸化半径的确定

酸化的作用区域主要集中在以井筒为中心的油层的近井地带，并且主要以解堵为主，酸化措施的规模应以经济可行且能够最大程度地解除地层堵塞为目的，因此如何确定和设计酸化半径是决定酸化措施效益的一个重要因素。假设井筒半径为Rw，污染半径为Rs，井控制地层半径为Re，未污染地层渗透率为Kl，地层污染后渗透率为K2，井筒、污染带、油藏边界情况如图3.7。

22

东北石油大学工程硕士专业学位论文

图3.7 封闭油藏酸化井示意图

那么，根据达西定律:

Q=2πKh(Pe?Pw)μlnRe (3-1)

Rw 可得:

未污染地层注入量为:

Q2πK1h(P1?P3)1= (3-2)

μlnReRw 地层污染后，井的注入量为:

对于非污染区: Rs≤R≤Re

Q2πK1h(P2?P3)2=μlnRe (3-3)

Rs污染区: Rw≤R≤Rs

Q2πK2h(P1?P2)3= (3-4)

μlnRsRw根据连续性原理，在Rw≤R≤Re范围内Q2= Q3，可得水井注入量为:

Q=2πK1h(P1?P3)4μ(lnReRs?1Rs (3-5)

XlnRw)其中，X=K2K

1 23

第三章 低渗砂岩酸化工作液体系研究

下面计算注水井酸化后的注入量，并进而确定酸化半径。分为未污染井酸化和污染井酸化。

1、未污染井酸化:

假设酸化半径为R1，则公式(3-5)在这里同样适用，因此可得酸化后注入量:

2πK1h(P1?P3)Q5= (3-6)

Re1R1μ(ln?ln)R1X1Rw 其中Xl为酸化带渗透率提高倍数。 则对于未污染井，其注入量增加倍数为:

ReQ5Rw= (3-7)

Re1R1Q1ln?lnR1X1Rw2、已污染的井酸化

ln (l)增注倍数的确定

对于井径为Rw，污染半径为Rs，井控制地层半径为Re，酸化半径Ra，根据式 (3-5):

l)当Rw

2πK1h(P1?P3)Q6= (3-8)

Re1Ra1Rs(ln?ln?ln)RsX2RwXRa 其中，X2为渗透率恢复率。 则增加注入量倍数:

Re1Rs?lnQ6RsXRw= (3-9)

Re1Ra1RsQ4(ln?ln?ln)RsX2RwXRa 2)当Rs

2πK1h(P1?P3)Q7= (3-10)

Re1Rs1Raμ(ln?ln?ln)RaX2RwX1Rs 则增加注入量倍数:

lnRe1Rs?lnQ7RsXRw= (3-11)

Re1Rs1RaQ4ln?ln?lnRaX2RwX1Rsln 公式(3-7)、(3-8)、(3-9)可以用一个通式来表示:

f(Ra)=

K1 (3-12)

ln(K2?RaK3）24

东北石油大学工程硕士专业学位论文

其中，对于

?Re1 ①未污染井: K1=ln;K2=Re?RwX1;K3=-1

X1Rw1 ②污染井: 当Rw＜Ra≤Rs： K1= Re?Rs1?1X?Rw?1X；K2= Re?Rs1?1X?Rw?1X2；K3=

11- X2X 当Rs＜Ra： K1= Re?Rs1?1X?Rw?1X；K2= Re?Rs11?X2X1?Rw?1X2；K3=

1-1 X1 (2)酸化半径的确定

在公式(3-12)中，由于K3小于0，因此Ra越大，则增注倍数也越大，但随之，酸液用量也要增加，即酸化费用也随之增加。因此酸化的最佳半径应以取得最大效益为准则，下面通过公式推导及图版，分别确定不同堵塞类型的最佳酸化半径。

这里令Q为该井日配注量，I为增吨油所需增注水量，ψ1为原油价格(扣除成本)，ψ2为每方酸液价格，φ为地层孔隙度，则每单位油层:

(f(Ra)?1)?Q??1 酸化增加的效益为:W1=

I 酸化增加的费用为:W2=Ra2??????2

那么酸化获得的效益为:

(f(Ra)?1)?Q??1?Ra2??????2 F(Ra)=

I 当F(Ra)的导数为零时，可求得最佳的酸化半径。 令F(Ra)=0，则有公式: Ra?(lnK2?K3?lnRa)?(?K1?K3?Q??1) (3-13)

2?????I??2 该公式可利用迭代法进行计算，也可利用图版求出Ra，下面就用图版法进行求解。 对于不同的油田，由于其基础数据不同，因此计算的结果也会不同，这里以新民油田为例，计算酸化的最佳半径。根据目前新民砂岩油田现场的数据，有效井径0.1397m，水井控制地层半径200m，则可得增产倍数与酸化半径关系图，如图3.8，增大酸化半径增产倍数随之增加，说明增大酸化半径对提高产能是有益的

25

第三章 低渗砂岩酸化工作液体系研究

2.2φ—酸化后渗透率提高倍数21.81.61.41.2酸化半径(m)φ=8φ=7φ=6φ=5φ=4φ=3φ=2增产倍数1024681012

图3.8酸化半径与增产倍数关系曲线

假设砂岩油田每单位油层注入量为10m3，地层孔隙度20%，按每20 m3水产1t油，每方酸0.08万元，每吨油0.1万元，则通过计算可得图3.9、图3.10。

16141210864200123456789φ=2101112φ—酸化后渗透率提高倍数φ=8φ=7φ=6φ=5φ=4φ=354效益（万元）6φ—酸化后渗透率提高倍数φ＝8φ＝7φ＝6效益（万元）32100-1-212345678910φ＝5φ＝4φ＝311φ＝212酸化半径(m)酸化半径(m) 图3.9 效益与酸化半径关系曲线(有效期一年) 3.10 效益与酸化半径关系曲线(有效期半年)

由图3.9和图3.10可见，酸化后的有效期是确定最佳酸化半径的决定因素之一。假设酸化对砂岩油田岩心渗透率提高率平均为2倍，则如果有效期一年，则其酸化半径应为5m左右，单位油层酸化后可获得最大效益4.6万元，其投入产出比分别为1:4.7。如果有效期为半年，则其最大酸化半径应为3m左右，单位油层酸化后可获得最大效益2.0万元，其投入产出比分别为1:5.3。

(3)砂岩油田已污染油层酸化半径的确定:

表3-10不同堵塞类型污染半径表

堵塞类型粘土矿物泥浆堵塞机械杂质堵塞堵塞特点地层粘土矿物含量较高，矿物类型以蒙脱石及伊利石为主。钻井泥浆比重较大(一般大于1. 80 )，浸泡油层时间较长(可达上百小时)，并且在转注初期注水就较差。注水井井口水质较差，返出水机械杂质含量较高。污染半径3. 0m1. 0m1. 2m 1)粘土污染:

Rs=3m，x2=1 .51，根据达西公式可得:x=0.30，经计算可得出不同酸化半径与增产倍数的关系，如图3.11，通过计算不同酸化半径所得的最大效益，进一步确定酸化半径，如图3.12、图3.13。

26

东北石油大学工程硕士专业学位论文

3210增产倍数0123456789101112酸化半径(m)

图3.11酸化半径与增产倍数的关系曲线

15效益（万元）10500123456789101112酸化半径(m)

图3.12效益与酸化半径的关系曲线（有效期一年）

效益（万元）65432100123456789101112酸化半径(m)

图3.13效益与酸化半径的关系曲线（有效期半年）

由图3.11可见，在污染带内，随酸化半径增大，增产倍数增大幅度较大，在酸化半径超过污染半径后，则曲线变缓，表明增产倍数增大幅度变缓，从图3.12和图3.13也可看出，酸化半径超过3.5m后，效益开始呈负增长，由此可见，对于粘土污染的注水井，其最佳酸化半径应在3.5m左右，若有效期达到一年，单位油层最大可获效益11.5万元，投入产出比为1:19.7。若有效期为半年，单位油层最大可获效益5.5万元，投入产出比为1:9.9。

2)泥浆和机械杂质污染:

对于泥浆和机械杂质，可认为Rs=1.2m，根据室内岩心解堵试验可知x2=1 .29，根据达西公式可得:x=0.23，同理，可得出不同酸化半径与增产倍数的关系，如图3.14，通过计算不同酸化半径所得的最大效益，进一步确定酸化半径，图3.15、图3.16。

27

第三章 低渗砂岩酸化工作液体系研究

32.5增产倍数21.510.500123456789101112酸化半径(m)

图3.14 酸化半径与增产倍数的关系曲线

1210864200增产倍数123456789101112酸化半径(m)

图3.15效益与酸化半径关系曲线(有效期一年)

65432100增产倍数123456789101112酸化半径(m)

图3.16效益与酸化半径关系曲线(有效期半年)

由图3.14可见，在2m内，随酸化半径增大，增产倍数增大幅度较大，在酸化半径超过2m后，则曲线变缓，表明增产倍数增大幅度变缓，从图3.15和图3.16也可看出，酸化半径超过2.5m后，效益增加不明显，甚至出现负增长，由此可见，对于泥浆和机械杂质污染的注水井，其最佳酸化半径应在2.5m左右，若有效期达到一年，单位油层最大可获效益11.0万元，投入产出比为1:36.0。若有效期为半年，单位油层最大可获效益5.3万元，投入产出比为1:17.9。

3.4.2、注入压力的确定

砂岩酸化必须在低于破裂压力下注液。因为超破裂压力注液，酸液可沿裂缝滤失，注完液，压力下降，裂缝闭合，则近井地带渗透率并未得到提高。

现场中井底压力的计算是按下式进行的:

P井底＝P井口+ P液柱- P摩阻 （3-14）

其中：P井底—井底压力，MPa； P井口—井口注入压力，MPa；

28

东北石油大学工程硕士专业学位论文

P液柱—液柱压力，MPa; P摩阻—摩阻压力降，MPa。

由于P摩阻相对于P井口和P液柱很小，这里舍去，P液柱通过下式求得:

P液柱=ρgh (3-15) 其中 ρ一密度，kg/m3;

g一重加加速度，9. 8m/s2; h一液柱高度。

一般油田油层深为1000m，根据公式(3-14)、(3-15)、(3-16)可计算井底压力P井

底

=P井口+P液柱-P摩阻＝P井口+10Mpa。

3.4.3、最大泵注排量的确定

由达西定律:

v?KdP (3-16) ?dr2?KdP (3-17) ?drQ?vA? 将上式分离变量并积分得:

PeQ?RedrdP ?dP??PwRw2?Khr 得平面径向流的流量公式:

2?Kh(Pe?Pw) (3-18) Q?Re?lnRw 式中: Q—流量，cm3/S ; P—压力，10-3MPa; K—地层渗透率，μm2; h—油层厚度，cm; Re—生产井控制半径，cm; Rw—油井半径，cm;

μ—粘度，mPa.s。

将破裂压力与安全压力余量代入可得:

2?Kh[(Gf?H)??Psafe?Pe] (3-19) Q?Re?lnRw式中:Gf—破裂压力梯度，MPa/m;

f ?Psa—安全压力余量，MPa;

29

第三章 低渗砂岩酸化工作液体系研究

通过公式(3-19)可确定最大施工排量，实际现场施工中，可依据该值控制施工泵压。

3.4.4、施工液量的确定

对于封闭油藏(见图3.7)，利用体积公式可计算出现场施工所需酸液用量。 现场施工中所需酸液用量:

Q设计＝3.14（r酸化2-rw2）hφ 其中:

φ

设计

设计

（3-20）

＝φ平均+β

设计平均

式中：φ

φ

—设计孔隙度; —地层平均孔隙度;

β—实验系数，一般可忽略。

根据公式(3-20)，结合前面所确定的不同酸化类型地层的酸化半径，可得出不同类型酸化地层的酸液用量，见表3-11。

表3-11不同类型酸化地层每单位油层的酸液用量酸化类型无污染井粘土伤害泥浆和机械杂质污染酸化半径(m)一年有效期 半年有效期53.52.533.52.5 酸液用量(m3)一年有效期15.77.73.9半年有效期5.77.73.9 新民油田平均油层厚度按照10米,新民油田平均φ为15.2%计算,平均处理半径为2.5米，计算总液量30米3。

3.5酸化施工中返排与暂堵技术研究

酸化关键技术之一是酸化目的层受效均匀，酸液能及时返排，采用泡沫不但能在一定程度上克服油层的非均质性，还能增加低压地层能量实现快速返排目的。通过应用暂堵剂封堵高渗层使得酸化液实现层内转向、多层施工，使得对于特殊施工要求酸化更具有针对性。

3.5.1、自产气泡沫酸化技术

提高酸液利用率，防止酸液无效循环，酸液快速返排是保证酸化效果的重要因素。泡沫酸酸化可以提高酸液的利用率，防止酸液无效循环，同时利于酸液的返排。但需要相应的气源和注入设备，增大了现场施工难度和作业成本。为解决此问题，我们应用了自产气体系。简化了施工程序，降低了作业成本。

1、自产气泡沫酸化体系的组成：

该体系由产气剂、起泡剂和所采用酸液体系构成。产气剂的加量根据酸化井目的

30

东北石油大学工程硕士专业学位论文

层厚度而定。

2、泡沫产生机理

在前置液中，加入设计量的产气剂和起泡剂，产气剂进入地层中后，在地层温度的作用下，分解产生气体（在酸的作用下也可分解产生），气体和起泡剂在地层孔隙中的流动过程中产生泡沫。

3、自产气泡沫酸酸化机理

(1) 产气原理：该药剂在57℃以上，可连续产生气体（遇酸也可以产生气体），初期产气速度快。产生的气体主要为CO2(同时产生氨气，由于氨气大量溶解于水，故CO2起主要作用)，1、CO2可溶于原油，降低原油的黏度；2、同时增加地层流体的弹性驱动能量，利于原油在地层中流动，可提高油井产量，3、由于产生了大量气体，提高酸化时的注入压力，使酸液较均匀的进入地层，4、由于产生气体，使地层液体易于流动，即达到助排的目的。如单独使用，也可以起到增效作用。氨气溶解于水生成铵离子，可以起到防止黏土膨胀的作用。

(2)起泡助排原理：采用DXQ－1起泡助排剂，由特种表面活性剂及相应的助剂组成，在地层温度下稳定，泡沫半衰期平均地1500S左右。初期起泡能力强。可在地层水中形成稳定的泡沫。同时可大大降低地层流体的表面张力，表面张力在1%水溶液中小于25mN·m－1,利于返排。

(3) 泡沫暂堵原理：泡沫在地层孔隙中流动时，产生贾敏效应，贾敏效应是叠加的，可在孔隙中起到封堵作用，因注入的酸液遵循阻力最小的方向流动的途径，产生的泡沫对大孔道产生封堵，使后续酸液进入中低渗透层，提高酸液的利用率，防止酸液无效循环，同时提高酸化效果。

4、自产气泡沫酸用剂的主要技术指标 (1) 自产气药剂－增效产气剂主要技术指标

外观：白色固体粉末或颗粒； 水溶性：≥35 g/100g·水； 产气量（60℃，15%，5min）：≥0.86L/g (2) 起泡剂－起泡助排剂主要技术指标 外观：自由流动液体； 起泡性能：起泡能力：≥200ml 半衰期，t1/2:≥3000s

表面张力（1%），mN/m:≤25

5、技术特点：

由于使用的气源为自产气的化学药剂，不需要特殊的注入设备，施工简便，大大降低泡沫酸化的作可以业成本。在地层温度≥60℃的地层均可以应用，并适于各种酸化体系。

泡沫酸化增大了酸液在地层中的覆盖率，产生的气体可使原油降黏，防止黏土矿物水化膨胀，增加孔隙中的弹性驱替能量，利于酸液的返排，可大大提高酸化效果。该

31

第三章 低渗砂岩酸化工作液体系研究

技术在应用中，平均单井注入压力提高2MPa～4MPa，有效地提高了酸液的作用效率，得到很好的增产效果。

3.5.2、低渗透油藏转向酸化技术

为了防止酸液在大孔道突进，使酸化效果差，同时也会造成油井含水率上升。上世纪90年代初，有人提出最大压差最大排量法（MAPDIR）。该技术即在低于地层破裂压力下用最大的压力和排量注入。但是与转向酸化技术相比，它解除地层损害的能力远低于酸化转向技术，因为MAPDIR技术虽然排量较大，但是处理液的自然趋势仍是遵循最小阻力途径，即进入高渗透层最高，损害最小的地带，而低渗透层和损害严重的地层进入的相对量较小，一是造成酸液的不必要的浪费，二是达不到酸化的最佳效果，为此，各类转向技术应运而生。

为提高转向剂的作用，科技工作者提出了各类转向技术，这些技术有：MAPIR、稠化转向液、连续泡沫转向、间歇注入颗粒转向等。这些技术中以注入颗粒转向剂最为有效。该技术使用方便，应用范围广泛；黏性流体较其它转向技术相比应用效果较差。

转向剂颗粒要在地层起到暂堵作用，为此有单溶性（油溶性）和双溶性的（油、水中均可溶解）。

在选择酸液转向剂时，为提高暂堵效果，防止酸化后油井含水量上升，油溶性暂堵剂应为首选。同时要有较合适的密度，一是便于在注入液体悬浮，利于注入，防止在井底堆积；二是在注入液中分配均匀，可选择性进入高渗透层。

我们研制应用了新型双组分油溶性树脂：选用不同类型的石油树脂、烃类树脂作为主要原料。其中石油树脂呈黄色，软化点80－90℃；烃类树脂呈褐色。软化点为135－150℃，刚性较大。将这2种刚柔互济的树脂按一定比例混合复配使用，不仅可以提高产品的抗温性，还能使产品具有优异的分流转向能力。将石油树脂和烃类树脂制成粉末，用孔径为0.065和0.154mm的2组分等质量混合物。 1、暂堵酸化性能

油溶性：用煤油和煤油的乳化液评价暂堵分流剂的油溶率，实验结果见表3-12

表3-12 DXZ－1在不同介质中的溶解率

介质原油煤油30%水+70%煤油50%水+50%煤油70%水+30%煤油80%水+20%煤油DXJ－1/g2.00352.01821.90342.00881.99472.0009不溶物/g0.23460.0340.08040.10020.12490.134油不溶物/g11.711.684.224.996.266.7溶解率/?.2998.295.7895.0193.7493.3 由上可知，DXZ－1在原油中及含20%－70%煤油介质中均有很高的溶解度。表明该剂在含油层或油水混合层中只会产生暂堵作用，用煤油浸泡或开井可基本清除暂堵物，不会增加油流压力返排带来的困难，也不会对地层造成永久性损害。

32

东北石油大学工程硕士专业学位论文

2、暂堵剂的酸溶性

实验可知，该剂在酸中既不溶解也不溶胀。表明其具有很好的耐酸能力（见表3-13）。

表3-13 DXZ－1在不同酸介质中的溶解率

介质10%盐酸土酸10%磷酸5%醋酸乳化酸ZDJ－1/g2.00551.99861.98592.00171.9993不溶物/g2.00191.99451.98522.0031.9989酸不溶物99.899.899.999.999.9溶解率0.20.20.10.10.1 3、分散性

DXZ－1为油溶性物质，由于堆积密度接近1，在水中易于悬浮，所以在清水中加入适当的亲水性表面活性剂溶液，即均匀地悬浮分散在携带介质中时，可被带到目的层位，并使暂堵剂在一定的注入压力下，顺着流动阻力小的方向进入大孔道或裂缝，从而使暂堵剂在大孔道或裂缝的一定深部堆积并达到封堵的效果。在含DXZ－1的清水中加入（0.01－0.02）%OP－10和0.3%的一定的分散剂，将该携带液放置12小时未见分层现象，可见该体系具有一定的分散稳定性。

4、暂堵酸化实验

在相同的条件下（DXZ－1浓度为7%、温度为65℃，注入量5PV），5 组不同渗透率的人造岩心的解堵参数见表。由表可以看出，随着岩心渗透率的增加，暂堵率有所下降，油相渗透率恢复值逐渐加大；渗透率较低时，突破压力增高，表明此时有较高的封堵强度，耐水冲刷能力也强；用水反驱暂堵剂时，突破压力梯度为8－12MPa/m；使用煤油驱替时，开始压差较高（1－2MPa/m），而后逐渐降至0.5MPa，返排一定体积的液体后，油相渗透率恢复值在85%以上。表明暂堵剂既有较高的暂堵强度，又有较好的渗透系恢复性能。

表3-14 不同渗透率岩心暂堵率和油相渗透率恢复值

岩心号KW1,10-3μm2KW2,10-3μm2P突破MPa/m暂堵率，.19012.1210023450.651.123.045.0400.020.040.129.1210.18.788.2710098.298.797.6岩心号KW1,10-3μm2KW2,10-3μm2P突破MPa/m暂堵率，.430.37286.823450.551.062.874.150.470.912.493.65221.51.585.68687.188 33

第三章 低渗砂岩酸化工作液体系研究

5、分流实验

用酸化暂堵剂向装置评价暂堵剂的分流效果。在实验过程中，将不同渗透率的天然岩心并联，挤入暂堵分流剂（先低压0.2MPa，后高压1.2 MPa，反向用氯化铵3%溶液驱测渗透率，得到暂堵剂对高、低渗透率岩心分流转向数据。

表3-15 暂堵剂的分流转向数据

K0,10μm1.490.274.820.355.40.619.1211.410.1726.723.020.47-323%氯化铵溶液/10-3μm2QR1渗透率级差进液量P突破QR2DV %Ml/MPa·sML/MPa·s5.51.237651.730.60.1482.595.2堵前液量113.8191112.567.1156.96.410.02391.46430.03120.1750.01873.210.4820.04910.1761.29680.161119.719.418.1113.317.424.310.720.111.29.85.40.059200.024100.0190.3360.02560.03213.13920.19620.0981101011.113.2219575.3980.891.5100－10046.923.3

65.626.463.624.5注QR1和QR2分别为分流前后进入高、低渗透岩心的流量比，DV为分流转向率，表示分流前高渗透岩心时液量与低渗透岩心渗透量的比值比分流后减少的百分数。

由上表3.15可以看出，高、低渗透率级差越大，其分流向转向率越高；对于2根岩心并联，原始渗透率级差在9：1以上时，分流转向率达100%；对于3根岩心并联，高、中、低渗透率比值分别为112.5：76.1：1和56.9：6.4：1时，液体转向率分别为98.4%、91.5%和95%、75.3%。暂堵剂对高渗透层暂堵强度高，其突破压力梯度也大，而对低渗透层的堵塞强度小，突破压力梯度也小，有利于酸液挤入低渗透层，对高渗透层加以封堵，达到改造中低渗透层的目的。

3.6开展酸化选井、选层方法的研究

在深入研究选井选层方法的基础上，改变以往只注重地质认识的选井状况，加强油井是否结垢的状况评价，地质上对能量及产能发挥情况进行细致分析，提高选井质量。选井方法由注重动态研究发展到动静态、监测资料相结合的综合选井方法转变。

3.6.1在经验选井基础上，通过总结，确定主要选井原则：

1.堵塞问题：动态反应产液产油量下降幅度远大于自然递减速度；有施工历史且效果较好目前动态反应又恢复上次施工前水平；通过检泵或其它措施证明有结垢、结蜡史。

2.污染问题：作业后油井产量及含水不能及时恢复；井组注水稳定，表皮系数高，

34

东北石油大学工程硕士专业学位论文

区域地层压力高能量足。

----选井时论证井控储量、周围注水、地层压力情况、表皮系数大小； ----查阅修井记录区域是否有结垢结蜡；

----含水突然上升取采出液化验氯根等资料验证是否是注水窜导致。

3.6.2酸化施工预选井应满足下列条件：

1.动态上，有高产史，目前产量下降，产能较低。 2.通过检泵及其它措施证明有结垢史。 3.静态上，油层性质较好，有一定的物质基础。

4.注采井网完善，与水井连通较好，主力层基本与水井成主河道连通，水井注水正常，吸水较好。

5.区块测压资料反应油层压力较高的油井。

3.6.3优化工艺设计

1.改变以往地质部门单独选井的模式。选井工作要坚持地上服从地下，加强与注水的有机结合，把握好措施时机（尤其是酸化周期），通过工程、地质的有机结合，避免措施盲目性。统计全区重复酸化80口井，措施周期在12-24月间的措施井有37井次，占评价井的46.3%，增产较好。周期较短而增油效果较好的井只是个别现象。因此新民油田的酸化周期控制在1年以上为宜。

表3-17　重复酸化周期分布时间1-12月12-24月24月以上合计井数14372980占比例17.50F.306.300% 600500增400产300量20010000122436周 期4860酸化周期分布

图3.17 酸化周期分布

2.提高资料在选井过程中的指导作用。把水质化验数据、作业反馈结垢情况、测压资料有效地应用到选井工作中，并在地质方案中进行了详尽的描述，对施工单位科学制定针对性措施起到了积极作用。

序 号12井号+46-5+15-13表3-18　作业及水质化验判断结垢情况作业情况区块民215-15测压情况05.12，Ⅰ/7.9、Ⅱ/9.1;08.1,Ⅰ/12.8、Ⅱ/1307.9，Ⅰ/8.5、Ⅱ/8.5、Ⅲ/8.8、Ⅳ/9.2临井测压井+47-15地层压力19.2兆帕05年06年07年合计12211211545作业描述泵体结垢结垢结蜡结垢严重、7个月花管堵死水质化验数据施工累计总碱度CaMgCl-结垢趋势日期增油(mg/L)(mg/L)(mg/L)(mg/L)2+2+1.65.619.625.593.167.0514181347.11737.05550.44530.24420.34严重结垢严重结垢严重结垢8.282.16.62144371483+53-017民118 35

第三章 低渗砂岩酸化工作液体系研究

3.优化方案设计，确保实现 “一口井一个工程”。实施前期酸化方案论证会制度，采油厂地质、工程部门会审，从“选井依据、地质认识、结垢程度、配方体系、施工工艺”等各个方面进行深入研究，优中选优，剔除低效、无效、高风险“酸化井”；优化方案设计，实现对症下药、工艺合理。2010年组织论证会39次，技术论证井数达到169口，筛选掉低效井12口，高风险井8口，优化和调整设计方案83口，增加施工主体液量371方，平均处理半径2.6米，最高施工压力7.9MPa，从而保证和提高了酸化的有效率和单井增油水平。

36

东北石油大学工程硕士专业学位论文

第四章 低渗透油田深部酸化技术研究

自新民油田开展酸化增产技术以来，油井酸化周期逐渐缩短，为保证酸化的增产效果，我们对油井深部酸化技术作了如下试验研究。

4.1深部酸化的研究意义

4.1.1、酸与地层岩石的溶蚀率的关系

实验表明，酸岩反应溶蚀率从5%开始以5%间隔递升，岩心渗透系的增加速度以50%量逐级递减，当岩心溶蚀率由25%增至30%时，渗透率仅提高5.4%，溶蚀率继续增加时，岩心渗透率增加幅度越来越小；

由此得出：酸液溶蚀率对岩心在25%左右为主，对垢的溶蚀率一般大于40%即可，因为此时垢骨架可以坍塌。

表4-1溶蚀率与增产关系：

溶蚀率/Q015202530渗透率增长倍数1.161.942.593.043.333.15产油量/m3d-1酸化前2.152.152.152.152.152.15酸化后4.787.679.9211.412.3112.87产油量增长倍数2.223.574.615.35.735.99 随着酸岩反应中溶蚀率的增加，岩心渗透率、产油量增长倍数均逐渐增加，但是增加幅度越来越小。酸岩反应溶蚀率增加，则地层孔隙度和渗透率增加，根据达西定律，产油（液）量与渗透率之间呈线性加关系，因此渗透率增加，产油（液）量也相应增加。但是酸岩反应是一个复杂的化学过程，岩心溶蚀率的增加也伴随着二次污染，因此，岩心溶蚀率应在一个合理的范围（20%－30%）。

4.1.2、酸化半径与增产关系

酸化半径为1.0m时渗透系提高20.8%，酸化半径由1.0m增加到1.5m时渗透率再增加26.4%，酸化半径由2.0m增加到 2.5米时渗透率相应增加到8.0%，考虑酸化的二次污染，酸化半径存在最佳范围；岩心原始渗透率分别为0.3、0.7、1.5和2.0μm2时。酸处理后的渗透率分别是原来的2.39倍、1.94倍、1.8倍和1.63倍，在理论上低渗透层酸化增效更为明显；产量相同、产层数分别为1、2、3、4层的油井，在相同参数条件下酸化后，产量增加倍数分别为2.24、3.49、4.74、5.99。

37

第四章 低渗砂岩酸化工作液体系研究

取酸岩溶蚀率为30%，研究不同酸化半径（1.0、1.5、2.0、2.5米）对油井产量的影响，结果如下

表4-2 不同酸化半径与增产关系曲线

酸化半径11.522.5渗透率增长倍数2.082.633.253.51产油量/m3d-1酸化前2.152.152.152.15酸化后8.1510.0612.0712.87产油量增长倍数3.794.685.615.99

酸化半径的增加，，则地层平均渗透率增长倍数增加，产油（液）量趋于上升，但是随酸化半径的增加，地层渗透率增长倍数和产油（液）量增加幅度变小，但是为保证酸化效果，还是应提高酸化半径。

4.1.3、提高酸化效果、油井深部酸化的技术保证

人们认识到，当地层损害原因确定之后，对地层堵塞物的解除可以找到一个针对性的酸液配方，然而，实施过程中，要提高酸化效果主要有二个方面，一个是缓蚀；即充分保护地面设备和井下设备不受酸液的腐蚀，以延长油井的寿命；它是酸化的经济有效性的重要指标；二是缓速，它是决定酸化工艺中酸液是否可与岩石充分反应，能达到酸化效果的一个重要条件。

常规的盐酸、土酸体系反应速度较快，在进入地层初期，与井筒和地层中的垢反应速度很快，故很难进入地层深部。尤其是土酸，土酸中的氢氟酸与地层岩石反应速度快，且生成的溶蚀产物易产生二次沉淀，如酸液迅速消耗，PH值升高较快，砂岩与HF酸产生的产物在没完成返排时即产生沉淀，使酸化效果变差。另外，如不采取缓速，由于近井地带与酸液快速反应，而进入地层深部时，酸液浓度降低，以至于不再与垢和地层岩石作用。而距井口近的地层，往往有时会反应过度，以致损害地层胶结物的骨架，造成二次损害。

为了实现深部酸化的目的，除了必须增大酸液的用量外，另一个主要环节就是减慢酸液与地层岩石的反应，使酸液进入地层溶部达到深部酸化的目的。

4.2螯合酸酸化技术研究

4.2.1、 酸化基本原理

螯合酸是用螯合剂与酸螯合而形成螯合物，螯合物是存在螯合平衡，像多元电解质一样，是分级螯合解离平衡的。为此，酸液中的氢离子在螯合剂的作用下，逐渐释放出氢离子，可减缓酸与地层岩石和垢的反应速度，因此可以进入地层深部。

38

东北石油大学工程硕士专业学位论文

我们采用的螯合酸配位体为4，可分四级螯合、解离，为此随着解离级数越大，解离出的氢离了就越慢，当氢离子消耗的时候，平衡向解离方向移动，释放氢离子，直到反应完全。由上说明可知，螯合酸释放出氢离子是靠氢离子消耗来决定的，故可以进入地层深部，从而达到深部酸化的目的。同时由于释放氢离子的速度较慢，所以对地层产生二次酸化损害较小。

H4In == H+ +（H3In）1- K1 （H3In）3- == H+ +（H2In）2- K2 （H2In）2- == H+ +（HIn）3- K3 （H In）3- == H+ +In4- K4 其中K1＞＞K2＞＞K3＞＞K4

由上述螯合平衡式也可以看出，要使氢离子完全电离，只有当氢离子完全消耗，才能使氢离子释放。所以螯合酸可以起到缓速作用，达到深部酸化的目的。

4.2.2、施工工艺：

为了防止Fe3+沉淀，减少因二次沉淀粘土矿物运移等造成的伤害，通过提高酸液配方的针对性，并对地层进行深部酸化，提高酸化效果，注入工艺顺序为前置液→螯合酸液→推进液→后处理液→顶替液，各种处理液作用如下：

前置液：可以解除有机物沉积造成的堵塞，保证酸化后粘土不在膨胀、分散、运移产生二次污染，降低油水界面张力，达到洗油和清洗油层的目的，防止二次污染等作用。

螯合酸液：采用酸液和其他处理液为工作液，工作液进入地层后与地层基质岩石及生成的垢发生反应，同时对裂缝中的垢和压裂残渣进行清洗，扩大孔隙空间和渗流通道及大孔道等高渗透条带，从而提高油井的生产能力， 解除地层主要损害，提高地层渗透率。

推进液：把主体酸液替入地层深部，达到深部酸化作用，同时对油层进行保护，并防止产生二次污染。

后处理液：清洗射孔炮眼及近井地带堵塞。

转向剂：对新民油田地质特征和结垢类型，进行有针对性的酸化，施工过程中根据压力变化情况，实时加入转向剂，提高酸化效果，恢复油层渗透率。

顶替液：把后处理液替入地层，防止酸液对管柱造成腐蚀。

4.2.3、配方体系的确定

根据新民采油厂的垢样分析结果可以看出，在垢样内存在着有机垢、无机垢。针对这些垢类的组成，和可能存在的其它污染我们采取了不同的室内试验，进行酸化液的配方体系筛选。

（一）、针对有机垢类的试验

称取垢样，放入装有5%有机解堵剂的烧杯内，在70℃下，记录不同时间内的清洗

39

第四章 低渗砂岩酸化工作液体系研究

效率，对于有机垢类在4h内基本上清洗完毕。

（二）针对新民采油厂垢样的试验

取新民采油厂垢样，将灼烧后的垢样，用螯合酸处理，置于恒温水浴中，在70℃条件下恒温4个小时，过滤后，烘干称量溶解后的垢样，分析结果如下：溶蚀率达到85.5%。

（三）有机溶剂与酸液复合清洗溶垢率试验

取新民采油厂垢样，分别放入装有10%螯合酸、5%有机溶剂溶液的烧杯中，在70℃下，记录不同时间内的溶垢率，5小时后溶蚀率达到89.9%。可以看出，有机溶剂与螯合酸复合后，溶蚀率明显比单一的药剂溶蚀率增加了。

（四）配伍性试验

取新民采油厂油、水样与螯合酸液进行配伍性试验，试验结果无乳化、无分层、无沉淀，配伍性良好。

（五）助剂的选择

为保证酸化效果，通过室内实验对配方添加剂进行筛选，在处理液里添加了表面活性剂、有机物质、助排剂、缓蚀剂、稳定剂等。

1）助排剂的选择

配比中加入1.0%的助排剂，该助排剂以含氟表面活性剂和互溶剂为主，可使反应后的残液易于返排出地层，并可以使岩石保持水润湿，接触角下降，从而大大降低了岩石与原油的界面张力，提高油相渗透率。

2）有机解堵剂的添加

由于新民采油厂的油井初期产能较高，随着开采时间的增加，地层温度发生了改变。因此，大量的有机物质会析出，形成堵塞物，而引起地层渗透率下降 ，所以我们在施工过程中选择适合该地区的有机解堵剂，作为前置液的一种主要处理剂，对产生堵塞的有机物质先期进行处理，为工作液解除堵塞创造一个有利的条件，使用浓度为3-6%。

3）缓蚀剂的选择

针对新民采油厂单井产能的特点，采用不动管柱施工工艺，为了保证设备及抽油泵在施工过程中不受腐蚀，我们对酸化缓蚀剂进行了优选，通过缓蚀率试验和配伍性试验，选出了以有机胺类为主的高效缓蚀剂，现场实施过程中也证明此缓蚀剂的缓蚀作用，此缓蚀剂在酸浓度10%，地层温度在90℃时，缓蚀率达98%以上，所以该缓蚀剂的使用，有效的解决了设备腐蚀及泵漏问题，使用浓度为1.5-2%。

4）铁离子稳定剂选择

复合酸处理地层时，一般认为当残酸PH值达到2.2时，开始形成凝胶状Fe（OH）3

沉淀，当PH为3.2时沉淀就完全了，为了防止二次沉淀的产生，在处理液中加入铁离子稳定剂，该稳定剂与主体酸液配伍，在酸性介质中和中性介质中，与铁络合均有较高的稳定性，在温度大于90℃时仍有较好的稳定效果，使用浓度为1.0-1.5%。

5）暂堵剂选择

为了使酸化效果达到最佳，我们采用了暂堵技术做保障，暂堵剂可以对高渗透层进

40

东北石油大学工程硕士专业学位论文

行暂时封堵，从而使处理液对已酸化的层段不再吸液而使后续酸液进入到未酸化的层段，使用量每米3-5公斤。

6）缩膨剂的添加

该产品具有以下特点：1、对膨胀性粘土矿物的防膨、缩膨合二为一；2、可使粘土悬浮物的粒径变小；3、与地层水、淡水有良好的配伍性；4、与酸化液、压裂液、表面活性剂及无机盐有良好的配伍性；5、作为酸化、压裂的前置液具有良好的增效作用，使用浓度为1.0-2.0%。

7）地层防污染液：由高效表面活性剂、氧化剂、垢分散剂、防膨剂等组成，具有改善油水界面张力、破胶、分散垢、稳定粘土等作用，达到保护油层防二次污染、提高酸化效果延长有效期的目的，使用浓度为1.0-2.0%。

8）强氧化剂：对压裂裂缝中的残渣进行有效的氧化溶解。 （六）基本配比

1）前置液：有机解堵剂浓度5%；表面活性剂浓度1.0%；缩膨剂浓度1.0%。 2）螯合酸液; 螯合酸浓度8%；缓蚀剂浓度2.0%；表面活剂浓度1.0%；铁离子剂浓度1.0%；助排剂浓度1.0%；氧化剂浓度0.5%。

3）推进液：有机解堵剂浓度1%；地层防污染剂浓度2.0%；。

4）后处理液：螯合酸浓度7.0%；缓蚀剂浓度2.0%；表面活性剂浓度0.5%；铁稳定剂浓度1.0%；助排剂浓度0.5%；破乳剂浓度0．5%。

41

第五章 减小酸化解堵伤害的预防措施

第五章 减小酸化解堵伤害的预防措施

新民油田经过二十年的开发，近井地带油层污染结垢较为严重，低孔低渗、结垢型水质治理对策仍需要进一步深入研究。在开展酸化解堵措施的时候如何减少油层、井下机具及地面集输管网的伤害，为可持续开发打下基础，是我们面临的十分现实的问题。多年的积累使我们在减少酸化解堵伤害上有了一定现场经验，从油层保护到地面管网都研究应用了相应的保护措施和技术施工方案。 1、 预防地层污染的措施

在采取酸化措施时，做好预防地层二次污染是取得好的效果的保障，酸化二次污染主要有氟化物沉淀，粘土分散膨胀及运移，残酸液与地层流体乳化和形成酸渣，铁化合物沉淀、各种不容的固相颗粒堵塞五个方面，针对上述分析在配方中采取了以下六种措施降低酸化措施对油层的伤害：通过先导试验增加有机酸、潜在酸的使用量，减少油层伤害；使用粘土防膨剂，防止粘土膨胀、分散及运移产生污染堵塞；使用防乳破乳剂、互溶剂，防止乳化和酸渣的形成；使用铁离子稳定剂，防止铁离子形成沉淀；各种表面活性剂可以通过增溶、卷曲等作用使不溶固体颗粒随油层流体、残液流出地层排出；使用泡沫增能技术提高返排效果。

2、预防施工设备设施以及井下机具腐蚀的措施

酸化措施主要是对施工的井筒套管、深井泵、油管等金属产生腐蚀，减少残酸浓度、施工连续、防止新酸进入泵筒、延缓酸反应等措施避免酸液对非施工目的设备设施的伤害。首先做好酸化配方体系的室内配伍性实验,量化各种药剂配置的最佳配置用量；施工前进行试压，确保井口符合要求后在施工，施工中控制施工压力及排量，控制爬坡压力低于2.0MPa以内，平稳施工防止井口设备刺漏；采取施工前憋泵处理，防止处理液在施工中进入泵工作筒；主体酸液用量适当，反应时间要合理，保证酸--岩反应尽量完全。

3、残酸处理技术减少残酸的伤害

为减少和避免残酸造成二次污染和伤害，减轻其对整个集输系统的影响，开展了残酸处理技术研究，方法是用罐车接放残酸（加碱中和后排放到指定地点），同时进行PH值的测试，当PH值为6.5以上或者大量见油时进管线生产，编制《酸 化 施 工 返 排 监 督 卡》严格监督实施，保证了残酸返排及处理到位。

42

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/q6bp.html