新民油田低渗砂岩油藏酸化解堵技术研究与应用01041911.doc

1、分类号： 单位代码：10220UDC： 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 TestXinmin Low Permeability Sandstone Reservoir Oil Field Acidizing Technology Research and Application Candidate: huang huiTutor: liu

2、yikun，li xingkeField: Oil and Natural Gas EngineeringDate of oral examination: 10th May. 2011University: Northeast Petroleum University 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

3、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：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

4、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

5、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Xinmin low permeability sandstone reservoir oil field acidizing technology research and applicationAbstractXinmin Fengdu oil is a typical low-, low-permeabi

6、lity 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

7、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, multi-level + acidic injection crack closure Technolo

8、gy has always been a mainstream 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,

9、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. T

10、he 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 f

11、ormation 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 scaling2) to study the characteristics of suitable acid Xinmin formulation

12、 of reservoir system3) low permeability of deep acidification Technology4) The residual acid after acidification of anti-handling process. Key words: sandstone oil field, acidification mechanism, acid formulation system, the depth of acidification朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典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

13、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。III 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IIAbstractIII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31.1酸液体系研究41.2酸化施工工艺研究61.3酸化优化设计方法

14、发展7第二章 新民油田储层结垢机理研究82.1新民油田结垢的情况82.2新民油田储层潜在伤害分析92.3结垢原因分析11第三章 低渗砂岩酸化工作液体系研究133.1岩心敏感性分析133.2新民油田低渗砂岩酸化解堵液体系研究173.3新民油田低渗砂岩酸化解堵配方体系研究193.4酸化半径与增产倍数预测模型223.5酸化施工中返排与暂堵技术研究303.6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374.1深部酸化的研究意义374.2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446.1深部酸化试验446.2开展自生泡沫增能试验446.

15、3应用油溶性暂堵剂暂堵酸化45第七章认识与结论46参考文献47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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、油措施渠道，取得显著经济效益29。 1 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

21、，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5.54/1

22、00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

23、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

24、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; 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

25、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

26、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

27、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

28、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：812HCI+35%HF+23缓蚀剂+23表面活性剂+13铁离子稳定剂+13%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（40107）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。