粘弹性表面活性剂在油气井酸化中的应用.pdf

专刊 田国油田化宇品 3 3 在 粘弹性表面活性剂 井酸化中的应用 石阳1 2 周福建1 2 扬贤友1 2 连胜江1 ，2 李向东1 2 赵增迎3 1 ．中国石油勘探开发研究院，2 ．中国石油天然气集团公司采油采气重点实验窒l3 ．中国地质大学 北京 摘要以粘弹性表面活性剂 VES 做为转向剂的清洁自转向酸正越来越广泛地应用于油 气井的增产措施中。这种清洁自转向酸不仅具备优良的转向性能，而且对地层没有污染，大大 提高了增产措施的成功率。本文实验为基础，研究了清洁白转向酸的转向机理。流变性实验分 析了pH 值、温度以及不同离子对自转向酸转向性能的影响，并联岩心流动实验对比了转向酸 和常规酸液对岩心的改造效果。同时以两口井为例，介绍了转向酸的现场应用效果。室内实验 及现场试验都揭示了清洁白转向酸对长井段非均质储层全面、均匀的改造效果。 1 ．引言 近年来，在新增的油气储量中，低渗透储量的比 例越来越大。以中国石油为例，低渗透油气储量在近 年探明和待探明储量中占到7 0 ％左右，由于低渗透 储层物性较差、非均质性强、自然产能低，已探明的 低渗透储量动用程度低于4 0 0 。为了提高低渗透油气 藏的开发程度，通常需要借助酸化压裂增产等增产 措施。然而，由于油气井储层物性和污染的非均质 性，常规的酸化压裂技术往往无法满足长处理段的 均匀改造，效果较差。针对这一难题，国内外进行了 相应的转向酸化压裂技术研究，以期达到均匀改造 储层的目的。目前主要使用的转向技术分为机械转 向和化学转向两种n 捌，机械转向包括封隔器、堵球、 连续油管等，机械转向的施工难度大，费用较高；化 学转向包括固相颗粒暂堵转向、交联聚合物暂堵转 向、泡沫暂堵转向等，这些技术也存在转向效果差， 对地层污染大的缺点。 本世纪发展起来了一些新的化学转向技术【3 。】， 其指导思想就是实现非伤害的就地自转向，以解决 传统转向剂不具选择性和井下无法控制的缺陷。这 类转向酸液体系中添加有特殊的表面活性剂。当酸 液与储层岩石反应生成大量的无机盐时，酸液体系 的粘度会迅速增大，将高渗储层段堵塞，将后续酸液 转向到污染相对严重或物性相对较差的储层，实现 就地自转向，提高酸液处理效果。本文将以清洁自转 向酸 D C A 为例，介绍粘弹性表面活性剂在油气 井酸化中的应用。 2 ．粘弹性表面活性剂转向机理 D C A 转向酸中的粘弹性表面活性剂 V E S 通 常是双子季铵盐类表面活性剂。这种表面活性剂具 有一些独特的性质①高p H 值下保持低粘度。V E S 在高浓度鲜酸中以单个分子存在，无法缔合成胶束， 从而不会改变鲜酸的浓度。这种性质使得V E S 转向 气由 ～～▲， 回要ⅢⅢ墅丑 酸液体系在地面初始状态r 可咀轻松地泵 井筒。 在酸液与岩石反应过程中就地变粘。在酸液与岩 右反应时，由于p H 值的升高咀及反应过程中钙镁离 子的大量产生，导致表面活性剂分子在残酸液中首 先缔台成柱状或棒胶束 图1 a ，形成的柱状或棒状 艘束在钙镁离子的作崩下形成集台体，井相互连接 形成巨大的体型结构 图l b ，从而使残酸体系的粘 度急剧增 ，这就是自转向酸的增粘机理。③V E S 胶束遇到烃类物质自行破胶，牯弹性表面活性剂丹 f 形成的棒状胶柬遇到烃娄物质时，胶束自行破坏， 转蹙成球状胶束．使残酸黏度降低 图2 ，有利于 酸液返排，对地层无污染．实现清洁转向。 a 单分r 星辰柱状或棒胶束 b 柱状或捧胶束形成体型结构 圈1V E S 转向剂增轱机理示意图 赫，钠 图2V E S 胶束破胶示意图 基于以上这些特点，使得V E S 成为一种理想的 清洁自转向剂。当含有V E S 转向剂的D C A 转向酸进 人地层时，由于渗流阻力较小，低粘度的鲜酸会首先 进入高渗透率、低污染带的层段，当酸液与岩石反应 后，酸液体系粘度随p H 值的升高迅速变大，对高渗 地层形成暂堵，从而迫使后续酸液转向低渗高污染 带，实现全井段的均匀、全面的处理。 3 转向机理实验研究 通过流变性实验和岩■井联实验来验证验证 V E S 的转向性能。 3 1 流量挂实驻 311 酸液粘度随p H 值的变化 配制酸液DCA 转向酸，配方为20 ％ H C l q5 ％V E S ，利用C a C O 。配制不同p H 值的残酸， 然后利用流变仪测定币同p H 值残酸的粘度。测定温 度为室温 2 0 ℃ ，测定时剪切速率分别为5 S 。， 1 0 S 1 ，5 0 S 。和1 7 0 S 1 。 ． 。 i二- 图3 残酸粘度随p H 值的变化 围4 不同离子对D C A 转向酸残酸粘度的影响 由实验结果课可咀看出，p H 值变大时，残酸粘 度太幅度升高。尤其是当p H 由负值升高到0 之前， 残酸粘度迅速变大，p H 大干0 之后，体系粘度保持 在一个较高的状态，变化不太。这说明在酸液与岩石 的反应过程中，酸液体系粘度可以迅速、大幅度提 高，从而对高渗透地层形成暂堵，对后续酸液起到转 向的作用。 3l2 不同离于对酸液粘度的影响 配制由2 0 ％H C I 和5 ％V E S 组成的D C A 转向酸， 分别利用C a C O ，，M g C O ，和N a ，c O ，调节酸液p 儿 值，研究不同的离子对于体系牯度的影响。当酸液 中的I I C l 完全反应后，利用流变仪在室温下 2 0 ℃ 1 7 0 S 。。剪切速率下测试残酸牯度，测试结果如 下图。 由实验结果可以看出，c a 离子对于体系粘度 的提升贡献最大，可咀将体系粘度提升到3 8 0 m P as 左右，而M 9 2 离子对休系粘度提升的贡献相对最小。 然而在碳酸岩地层矿物中，N a 的含量相对丁c a “、 M 9 2 离子来说含量很少，所队碳酸盐岩地层中D C A 转向酸的暂堵效果主要还是靠讲I 值的升高及c a ”， M 9 2 离子的作用。 手刊 石阳，等牯弹性表面活性剂在油气扑酸化中的应用 3 5 313 温度对于体系粘度的影响 为了描述酸液体系在地层温度下的粘度状志，测 定了不同温度下D C A 残酸的粘度变化。宴验用D C A 转向酸配方依然是2 0 ％1 I C I 5 ％V E S ，加人不同量的 C a C O ，配成两种残酸样品，第～个样品中有5 W , 的 H C l 与C a C O ，充分反应，第一个样品中全部1 1 C I 都 与与C a C O ，完全反应。实验温度2 01 5 0 “ 7 ，剪切速 率17 0 S1 两个样品的测试结果如F 圉。 图5 温度对残酸粘度的影响 由实验结果可以看出，p H 值的变化程度和c a 的含量对残酸粘度的影响很大，5 0 ％的盐酸反应后 体系粘度最高只有1 0 0 m P as 左右，而盐酸全部反应 完全之后体系最高粘度达到1 0 0 0 m P aS 。同时当温 度达到1 2 0 U 时，完全反应后体系的粘度仍然可以保 持在4 0 0 m P as a 右．表现出了D C A 体系良好的抗 温性。 8 ．2 岩心并联赛验 籽三块不同渗透率的岩心并联在一起，在同一压 力系统下注 常规酸和转向酸，对比起两种体系的 注酸压力及酸液改造后各岩■渗透率的变化情况， 趴此验b E 转向酸的转向效果，实验方巷示意图及实 验结果如下。 图7 并联岩心注酸压力对比 实验结果证明，转向酸化的注酸压力最高达到近 7 M P a ，而常规酸的注酸压力最高只有04 M P a 左右， 转向酸的眭酸压力远远高于常规酸的注酸压力。同 时．对于改造后备岩心的渗透率变化隋况，u ，以发 现．转向醴对于中、低渗透岩心的改造被果明品好于 常规酸的改造效果。该实验有力的验证了D C A 转向 酸良好的转向效果。 表1岩心注酸前后渗透率变化 _ ⋯Ih n ⋯引伯村’⋯4 酣舯蚌．例I 特 f‘5 * ● ‘ ，⋯HE●e’‘1‘{ ，2 “5 ％*● m* u■ _ _* 2 ’{’ v⋯州- _∞， ‘11 ～ “⋯ om7 { ⋯ 4 现场应用 4I 井A 井A 一口水平开发斗，完钻井深2 7 8 5O O m 斜 豫 。目的层主要为低f L 低渗的灰岩储层，局吾【；为低 孔高渗储层，储层裂缝发育。测井解释l 类储层 2 6 m ／3 层I I 类储层2 1 9 m ／18 层．垒为气层；I I I 类 储层2 0 95 m ／1 2 层，十层2 45 m ／3 层。止常的温度 压力乐统，地温梯度21 ～25 ℃／1 0 0 m ，压力系数 0 9 110 8 。该井酸化施工井段为2 3 2 2 ～2 7 8 5 m ，跨 度达到4 6 3 m 。根据储层发育情况，采卅遇油膨胀封 隔器丹为三段进行政连0 第1 胜2 6 1 25 ～2 7 8 5 m ／ 1 7 25 m } ②第2 段2 5 0 2 ～2 6 0 75 m ／1 0 55 m ； 第 3 段，2 3 2 2 ～2 4 9 8 m ／1 7 6 m 。 由于各分段井段较长，改造方案确市了在各分段 采用转向酸化一转向酸压的L 艺思路各分段采用 D C A 转向酸化工艺实现均匀市酸与深度酸化，备分 段采用D C A D C F 转向酸压工艺争取多处沟通近井 i r 能存在的高渗带，达到全井段高效、清洁改造效 果．争取最佳产能。 履‰一 一[ 刮番一赢 『 』一 联 ]日且t．．r_n并一喧辱～ r 覃J1 i 苎日r 匿- I ，巳r 。_ ‘1 一 再F1 ∽L 印目油田化宇晶图8井A 第1 分段醅化 酸压施工曲线该1 { { 酸压施工中各丹段有明显泵压升高和多处沟通现象 图8 ，D C A 在酸化过程中起到很好的液体升流转向作用。本攻酸压全程进行了散地震裂缝监测，监测结果表明本次酸化压裂全井段共产生5 条人工裂缝，全井段受到改造{ 受的影响，说明转向酸化和转向酸压起到均匀布酸和多处沟通的效果。酸压用2 0 r a m 油嘴测试求产，油压1 10 M P a ，折日产气5 4万方，日产油1 0 方，比临井产气量高出2 0 万方。4 ．2 井B井B 完钻井深斜铎2 0 2 0 ．0 0 m ，垂耀1 7 1 59 6 m ，遗斜井段全长1 7 6 33 2 m ，水平位移州6 8 m 。该井区地层压力1 64 ～1 76 5 M P a ，压力系数09 5 ～09 7 ，属正常压力系统。油蘸温度6 0 t 7 ，地温梯度35 t 2 ／1 0 0 m 。2 0 0 7 年9 , g7 日到1 4 日期问，对1 9 2 94 32 0 0 11 9 m 井段的7 I7 6 m 储层进行试油及试采．E t 产油04 方，日产水39 ．之后不产液关井。经过分析认为该井在钻井过程中受钻井液污染严重，故决定对其实施酸化改造。由于谚井采用筛管完井，且生产井段较长，因此咀D C A 转向酸为基础，设计了以下多级循环注入工艺趴前置转向酸 转向增效剂 主体缓速酸为一个泵注阶段，采取循环注入的工艺手段，以增强转向效果，对长水平井段储层进行均匀酸化。该井于2 0 0 7 年9 月3 0 日到1 0 月3 日进行了转向均匀酸化施上，施工曲线见图9 ，酸化后的生产曲线见图1 0 。目■ ■_ _ q ’ ●、 _ v - 一图9 井B 施工曲线。图10 井B 生产曲线尹耐该井酸化改造后．产液量和产油量由施工前的43 方／灭和04 方／天增加到施工后的1 25 方／天和1 03 方／天，分别增加29 和2 57 5 倍t 含水率由施工前的8 9 ．6 ％下降到18 ％，酸化嫂造效果很好。参考文献⋯赵增迎、扬贤友等，转向酸化技术现状与发展趋势Ⅲ，大庆石油地质与开发，2 X 、5 ，v 0 1 2 5【2 ] M l c h a e lJ ．E c o n o m i d e s ，K e r m e t hG ．N o l t e油藏增产措施 第三版 【M ] 北京石油工业出版社，2 0 0 2 ．【3 ] F u j l a nZ h o u ，Y u z h a n gL i u ，na 1 ．．C a s eS t u d y - Y M 2 0 4O b 切i n e dH i g hP e t r o l e u mP r od u c t l o nb yA c i dF r a c t u r eT r e a t m e n tC o m b i n i n gF l u i dD i v e r s i o na n dF r a c t u r eR e o r i e n t a t i o nS P E l 2 1 8 2 7N e t h e r l a n dM a y2 0 0 9[ 4 】F u j i a nZ h o u ，Y u z h a n gm ，e tmAN o v e lD i v e r t i n gA c i dS t i m u l a t i o nT r e a t m e n tT e c h n i q u ef o rC a r b o n a kR e s e r v o i r si nC h i n a印E 1 2 3 1 7 1I n d o n e s i aA u g u s t2 0 0 9[ 5 】GG k 由e r g 朗，BT o d d ，MV a nD o m d m ，a n dM ．G l o v e rD e s i g na n dF i e l dT m f i n go faT r u l yN o v e lD i v e r t i n gA g e n tS P E1 0 2 6 6 6S P EA n n u a lT e t h n i c a lC o n f e r e n c ea n dE x h i b i t l c nS a nA n t o n i o ．T e x a s2 0 0 6 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载