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QK-砂岩油层酸化成功的关键因素

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QK 砂岩 油层 酸化 成功 关键因素
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文章编号 :1004 — 5716 (2005) 01 — 0059 — 03 中图分类号 : 文献标识码 :贺绍辉 ,韩建国 ,王继军(大庆榆树林油田开发有限责任公司 ,黑龙江 大庆 151100)摘  要 :根据近年榆树林油田油水井酸化的经验与认识 ,提出成功的砂岩酸化的关键在于研究储层的损害类型和分析储层矿物的含量 ,是酸化工作液体系配方与工艺参数优化设计的基础 ,分析总结了砂岩储层常见的损害及其处理方法、酸岩反应和二次损害及其预防与解决对策 ,以实例论述了酸化前对关键因素评估的重要性。关键词 :酸化 ;关键因素 ;室内实验 ;酸化施工酸化工艺作为低渗层改造的重要增产增注措施之一 ,得到越来越广泛的应用 ,分析储层的污染物、研究不同酸液与矿物间的反应及相应的反应沉淀物 ,从而提高酸化有效率 ,延长有效期 ,成为近十年砂岩酸化研究的发展方向。1  储层损害分析对一口无污染井进行基质酸化 ,是没有经济效益的。只有通过分析 ,确定储层受到了损害 ,才能进行有效的基质酸化。1. 1  试井解释试井解释对损害程度的分析相比较是最准确的 ,但对损害类型和损害深度的分析没有帮助。1. 2  油藏模拟对储层渗透率和损害程度的分析结果不及试井解释准确 ,对损害类型和损害深度的分析也没有帮助。1. 3  测井资料分析该方法虽然很容易获得储层的孔渗参数 ,但对储层的分析值偏高 ,对污染深度的分析相对要准确一些 ,对污染程度的分析只能是定性。1. 4  生产动态资料分析容易判断储层是否受到损害和时间 ,但分析多为直观的和定性的。现场更多的是通过分析动态资料 ,总体把握油水井的生产状况 ,决定是否有必要进行酸化。2  储层的损害类型 、成因及处理方法2. 1  酸可溶损害(1) 微粒 ,即来源于储层矿物中的高岭石、伊利石 ;来源于钻井、完井和修井作业、水井注入过程中的外部微粒。通常是损害的主要因素 ,在土酸酸化过程中容易溶蚀 ,容易返排。(2) 粘土膨胀 ,注入流体的盐浓度的不配伍性导致粘土膨胀 ,酸化时应加入氯氧化锆和羟基铝等无机多核阳离子粘土稳定剂。(3) 垢 ,碳酸钙、碳酸镁等盐垢 ,采用盐酸溶解 ,高温时也可采用醋酸溶解。铁垢 (包括 3 、 4和 ,采用盐酸和多价螯合剂或还原剂来解决。氢氧化垢 (常是氢氧化镁或氢氧化钙 )是在碱性环境下形成的 ,使用酸液即可溶解。(4) 水堵 ,采用表面活性剂或乙醇进行处理 ,降低水和油或气之间的表面张力。2. 2  酸不溶物损害在石炭系下统 (后确认为忠信组 ) 沉积碎屑岩与中上石炭统壶天群碳酸盐岩接触界面上 ,如果存在下列情况 ,有可能找到工业矿体 :(1) 成矿元素含量较高 ,其中 200 ×10 - 6 、 300 × 10 - 6 , 400 × 10 - 6 , 5 × 10 - 6 。(2)出现 前缘元素 ,且元素浓度中 20 ×10 - 6 、 20 × 10 - 6 、 60 × 10 - 9 ;(3) 素含量较高 ,一般 > 2000 × 10 - 6 ,同时有 (4)尾部元素 W、 量较低 ,或不出现明显的异常 ;(5)原生晕中各元素的比值 ,符合下列情况对找矿有利 :① ( (W + × 100 > 6. 5 ;② 1 ;③ 2。在实际工作中 ,应用“玉水式”铜矿床元素原生晕地球化学模式时须综合考虑以下情况 :(1)成矿元素 含量较高 ,要大于矿体上盘围岩中元素的含量 ;(2)前缘元素 含量要达到矿体上盘围岩中元素的含量 ;(3)尾部元素 W 的含量较低 ,要小于矿体下盘围岩中元素的含量。本文是在原省地矿局七二三地质大队化探高级工程师温渭华老师的指导下完成的 ,在此深表谢意。参考文献 :\[1 \]  何耀基 . 广东梅县玉水热液沉积多金属矿床的成矿地质特征 \[J \] 1990 ,1.\[ 2 \]  中国地质科学院情报所 . 矿床的原生晕地球化学土晕及其在普查工作中的应用 \[ R\] . 1977.\[ 3 \]  何耀基 . 永梅坳陷海底火山喷流 - - 热液沉积型矿床系列 \[J \] 04 期2005 年第 1 期           西部探矿工程 N           o. 1042005   (1) 乳状液 ,油基和水基液体的混合物易形成乳状液。从水质分析和室内模拟看 ,水井注入过程中的乳化液 ,是注水井受到损害的主要因素。通常用互溶剂或破乳剂处理。(2) 润湿性改变 :通常注入互溶剂 ,将亲油的表面活性剂洗掉 ,再注强亲水表面活性剂 ,恢复油相渗透率。(3) 石蜡、胶质沥青质 :油井在开采过程中原油中的石蜡、胶质沥青质在一定条件下析出 ,对储层形成损害。常采用芳香族有机溶剂进行溶解 ,如乙醇、甲苯、二甲苯等的混合溶剂。(4) 酸渣 :酸渣形成的损害不易消除 ,可通过酸岩反应增大孔隙空间 ,在返排时将其从储层带出。进行这类储层的酸化设计时 ,要做好铁的控制和缓蚀工作 ,防止酸渣生成。(5) 硫酸盐垢 :常见的有硫酸钡、硫酸钙等 ,很难清除。常采用的方法是用多价螯合剂 (如乙二胺四乙酸 ,或其二钠盐、四钠盐等 )处理。2. 3  酸反应二次产物在酸化过程中二次沉淀物主要有氟化钙 、氟化铝、硅酸、氢氧化铁、氟硅酸盐等 ,由于它们是在酸环境下形成的 ,很难用酸液解除。可通过酸岩反应增大孔隙空间 ,在返排时将其从储层带出。应在酸化设计时 ,对酸、添加剂和工艺参数进行优化 ,尽量减少其生成量。3  储层的主要矿物成分分析砂岩储层的酸化就是酸与各种矿物之间的反应 ,了解储层矿物的主要组成是确定酸化配方的基础之一。目前 ,描电镜和薄片鉴定是广泛应用的分析岩矿学的三大基础技术。 X 射线衍射分析是鉴定晶质矿物应用最广泛而有效的技术 ,对细分散的粘土矿物及其内部结构的分析有独到之处 ,可以鉴定出各种粘土矿物的含量 ,粘土矿物的内部结构、混合型粘土的类型和各自的含量。扫描电镜 ,对敏感性矿物的产状分布、孔隙形状、孔喉大小、颗粒表面层特性分析有独到之处。薄片鉴定可获得岩石中各种矿物的成分、含量、形态、大小、分选、胶结等。其它如热分析技术、电子探测分析技术等也可获得有关储层矿物的组成、含量、大小、形态、分布等资料 ,为酸化设计提供重要帮助。4  二次反应沉淀物的生成 、预防与处理在酸化反应增大孔隙的同时 ,一部分离子在一定条件下 ,会产生不同形式的沉淀而堵塞储层孔隙、孔喉 ,使酸处理达不到预期效果。砂岩酸化过程中可能的沉淀物及它们的产生的条件为 :4. 1  水化硅水化硅来自粘土和硅在 的溶解。 同时沉积出不定型硅。当初始存在的 近消耗完 ,而且溶液中含有相对较高数量的氟硅酸离子 ,即6 时 ,就会出现硅胶沉淀。出现这种情况部分原因是氟对铝的亲和力大于硅 : 6 + 4 6 + 6H+ + 因此在 浓度高时会迫使硅胶以第一次反应中相同的溶解度溶解。 i (4可能是砂岩酸化中最重要的沉淀物。当矿物溶解时 ,铝和硅争夺可得到的氟 ,而铝对氟有较大的亲和力 ,因此 ,当自由氟的数量下降时 ,硅以 4形式沉淀 ,导致了孔隙度降低。通过保持低 p H 值和环境温度 ,可减少水化硅的沉淀。4. 2   s)沉淀在模拟计算中发现有氟化铝沉淀 ,在孔隙空间形成的氟化铝与硅胶一样 ,其数量具有相同的数量级 ,相对硅胶而言 ,氟化铝溶解得慢且轻微。返排液样的分析中常有较大的 ,比矿物本身的 大 1~ 2 个数量级 ,可能原因是 解在溶液中 ,而硅沉淀在地层中。4. 3  氟硅酸钾 、氟硅酸钠和氟铝酸盐反应产物氟硅酸盐和氟铝酸盐在水中易溶解 ,但钾、钠和钙盐有部分不溶。长石和伊利石溶解在 液中 ,就会形成氟硅酸钾、氟硅酸钠沉淀。另外氟硅酸能与地层中的碳酸钙反应形成氟硅酸钙。氟硅酸盐的形态为冻胶状白色沉淀 ,可在注土酸前 ,注入一定量的前置盐酸溶解井筒周围的碳酸钙、隔离 地层水中的K+ 、 来减小。因此 ,不论 否为残酸 , K+ 、 和 离子都不应与 合 ;含有氟化钙、氟化钠、氟化钾的地层水也应避免 ;唯一和 容的是氟化铵。氟铝酸盐的形态为冻胶状白色沉淀 ,可采用络合 的方法加以抑制 ,常用的络合剂有三乙醇胺 ;也可采用抑制氟硅酸盐沉淀的方法。4. 4  氟化物氟化物 (的形态为冻胶状白色沉淀 ,在酸液中加入少量常见的 N 檬酸等络合剂就可消除 ,但最好不要使用含 合剂。也可在 工之前 ,注入前置盐酸除去近井地带的碳酸盐岩矿物而消除。虽然会形成氟化钙和氟硅酸钙 ,但与硅胶和氟化铝相比 ,其数量要小。 金属盐沉淀物在 度为 3 %和更高时会形成 ,虽然可通过高浓度 液降低它们的数量 ,但不可能完全消除它们。4. 5  铝盐溶解的铝可和氟形成 6 种化合物 : ,2 ,4 ,5 和 6 。所有这些成分都能在溶液中共存 ,并且受平衡关系的控制。 明 ,在酸化过程中 ,也会形成 H) 3沉淀。如果 度高 ,而 低 ,就会形成 如果 者浓度都低 ,即从初始的强 化组成趋向反应结束时 ,3会沉淀出来。通过注前置盐酸和后置酸保持低 p H 值、提高 度、降低 度可减小铝盐的沉淀。4. 6  氢氧化物在酸逐渐消耗 ,p H 值上升到 2. 0 时 ,残酸中的 开始形成 3沉淀 ;当 p H 达到 3. 0 时 , 开始形成 3沉淀 ;在 p H 值上升到 7. 0 以后 ,氢氧化亚铁开始形成。铁离子的来源包括一些矿物 ,如绿泥石、菱铁矿和赤铁矿 ,及管线腐蚀。H) 3是棕色絮状沉淀 ,3 是白色絮状沉淀。 H) 3是最常见的酸化后期伤害储层的沉淀物 ,可通过保持低p H 值进行控制 ,使用盐酸做前置酸可除去绝大多数可溶离子。也可在酸中加入铁络合剂或铁还原剂 ,如 N 檬酸及醋酸或盐酸羟胺等 ,降低 浓度或者将 还原成 。氢氧化亚06 西  部  探  矿  工  程                  20051  铁通常在 p H 值为 7. 7~ 9 时开始沉淀 ,已高于残酸中的 p H 值 ,所以在酸化中 不需当作一个问题考虑。5  酸化工作液的优化在上述工作的基础上 ,就可以初步确定酸化工作液体系。根据矿物成分中石英、长石的含量 ,基本可以确定盐酸和氢氟酸的浓度 ;根据矿物成分中粘土矿物的主要类型和含量可以确定必须添加的防止损害的化学添加剂 ;依据储层原油和地层水性质可以确定是否需要加入表面活性剂和抗酸渣剂、破乳剂等 ;依据孔渗和损害成因、类型温度可确定是否需要加缓速剂 ,实现深度酸化。在基本确定酸化工作液体系之后 ,需要进行岩心的酸化反应流动实验 ,评价酸液体系的综合性能和反应特性参数 ,为酸岩反应模型提供优化计算依据。6  工艺参数的优化为减少酸化过程中形成二次损害物的量 ,需要对各种酸的用量、施工过程中的压力和排量进行优化设计 ,对这些参数优化的前提是对储层损害和岩石矿物特性及油藏特征的认识与理解。通过降低酸岩反应温度可减少反应过程中形成的二次沉淀物的量 ;控制合适的酸量 ,可有效解除损害 ,保持近井地带岩石的骨架 ;控制施工压力 ,能有效防止压开地层 ,从而解除近井地带的堵塞和扩大孔隙流动空间 ;通过恰当提高排量 ,可减小近井地带的过度反应 ,增大酸作用距离和减少酸岩反应二次沉淀物的形成。7  实例分析7. 1  储层的主要损害榆树林油田扶杨油层储层物性属特低渗透级 ,储层具有低渗、小孔喉、多层、非均质性严重的地质特点 ,经过近十年开发 ,目前大多数注水井注水压力逐渐增加 ,注水量逐渐减小。通过分析认为 ,储层在开发中受到了注入水中的细小微粒、含铁化合物及细菌伤害 ,以及不合理的工作制度导致储层吐油。细小微粒、反吐油造成的伤害是主要的伤害因素。由于储层粘土矿物含量高 ,储层敏感性强 ,成功酸化的难度很大 ,酸化工作液必须具有高效、低损害和缓速的综合性能 ,还应依据原油的特性 ,研制高效洗油剂。7. 2  储层的矿物特点榆树林油田的岩心中石英含量 、长石含量很高 ,而且含有大量岩屑 ,成分很复杂 ,反映了储层的低渗特点。在酸化中 ,应尽量避免 近井地带与长石过多反应 ,形成大量的氟硅酸钠和氟硅酸钾沉淀 ,同时保持低 p H 值 ,减小硅胶的沉淀量 ,增大活性 作用距离。依据榆树林油田粘土矿物的含量 ,在配方中重点考虑了防止微粒运移和膨胀的粘土稳定剂 ,阻止氢氧化铁形成的铁离子稳定剂。为充分发挥添加剂的协同效应 ,研制了综合添加剂 ,并进行了岩心流动模拟实验。7. 3  工艺优化设计通过几次岩心流动实验评价酸液体系的综合性能和酸化效果后 ,确定了由洗油剂、前置酸、主体酸、后置酸、顶替液组成的酸化工作液体系。对各种施工材料的用量进行了优化 ,并且在施工工艺上采用“最大排量压差法” ,即在不压开地层情况下 ,尽可能提高施工排量 ,在现场进行了施工。7. 4  现场酸化施工依据优化设计结果和施工要求进行了现场酸化施工 。图 1是树 69 - 65 井施工过程中泵车压力和施工排量随施工时间的关系图。从图中可见 ,洗油剂起到了明显的解堵效果 ,排量从0. 4. 6土酸进一步增大了酸化溶解的作用 ,使排量进一步从 0. 6升到 0. 75泵压也从26降到 22 1  树 69 - 65 井酸化施工压力 - 排量曲线7. 5  酸化效果2001~ 2002 年榆树林油田共酸化增注 17 口井 ,措施有效率94. 1 % ,17 口井酸化后平均注水压力下降 3. 6平均单井日增注 18有效期全部达到 12 个月 ,平均单井已累计增注61332003 年推广应用 20 口井 , 20 口井酸化前在平均压力25. 7平均日注 3酸化后初期在平均压力 20. 8 ,平均日注 16目前在平均压力 23. 0 ,平均单井日注13油压平均降低 2. 7平均日增注 108  结论(1) 油水井酸化的理论和经验证明 ,成功的砂岩酸化的关键在于研究储层的损害类型和分析储层矿物的含量 ,这些是酸化工作液体系配方与工艺参数优化设计的基础。(2) 对储层损害和岩石矿物特性及油藏特征的认识与理解是参数优化的前提 ,要根据措施对象的特点 ,采取相应的措施和对策。(3) 榆树林油田特低渗透油层的成功酸化表明 ,在对储层酸化特征认识的基础上 ,通过科学的实验手段 ,可以达到预期的酸化效果。(4) 优化的施工参数和工艺 ,也是成功酸化的有效保证。参考文献 :\[1 \]  黄瑛 . 国内外砂岩酸化技术发展近况 \[J \] 2000 ,(1) .\[ 2 \]  王宝峰 ,等 . 砂岩基岩酸化反应及二次伤害机理实验研究的新方法\[J \] 2000 , (3) .\[3 \]  赵为伟 . 确定地层矿物含量是砂岩储层酸化成功的关键 \[J \] 2000 , (2) 005 年第 1 期              王文昌 ,贺绍辉 ,韩建国 ,王继军 :砂岩油层酸化成功的关键因素
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