转向酸化技术综述

转向酸化技术综述X

贾新峰1,李建丽2

(1.中国石油勘探开发研究院,北京　100083;2.西南石油大学,成都　610500)

摘　要:钻井、生产或修井过程中,大多数井会发生伤害,即近井地带渗透率降低,影响产能。因此需要对其进行压裂或酸化等作业,以解除伤害,提高产能。本文详细介绍了二次伤害形成的原因及转向酸化的作用机理,同时介绍了常规转向酸化技术——机械转向和化学转向技术及国外转向酸化技术近几年的发展方向。

关键词:地层伤害;转向酸化;常规转向酸化;黏弹性表面活性剂酸

1　引言

在钻井、生产或修井过程中,由于岩石挤压破碎、钻井液固相入侵、颗粒运移、润湿反转等〔1〕,绝大多数井会产生伤害——近井地带渗透率降低,因此需要对其进行酸化。油水井酸化主要是通过向地层注入含有HF液,HCI酸或HFB酸等酸液,使酸液同许多硅质矿物包括石英和粘土反应,解去近井地带的堵塞物(如氧化铁、硫化亚铁、粘土等),恢复地层渗透率;还可溶解近井带的部分岩石,扩大孔隙结构的喉部,提高地层渗透率〔2〕。

2　地层二次伤害及解决办法

2.1　二次伤害

将含有HF的酸液注入地层后,HF酸与地层矿物发生发应,将其溶解。在此过程中会产生很多一次、二次、三次反应产物,反应产物间又将再次发生化学反应,引起大量固体沉淀和非晶质凝胶。这些固体沉淀和非晶质凝胶物质在近井地带和其他地方,将会导致对地层的二次伤害,从而影响酸化处理效果。总的来说,地层中产生沉淀的主要反应如下: 2Na++H2SiF6Na2SiF6+H2O(1)

为了防止Na2SiF6沉淀,在主酸液HF注入之前,需注氯化铵前置液,将地层盐水驱替进入井眼区域。

2H++2F-+CaCO3CaF2+CO2+H2O(2)

为了防止CaF2沉淀,在主酸液HF注入之前,需注HCl或有机酸前置液,以除去钙基矿物(白云石、方解石、铁白云石等)。

26HF+Al2Si4O10(OH)24H2SiF6+2AlF (OH)2+8H2O(3)H2SiF6+6Al++2OH-6AlF2++SiO2・2H2O

(4)

为了防止硅的水化物的沉淀,需在主酸液中加入HCl或有机酸。

26HF+A l2Si4O10(OH)2+4HCl4H2SiF6+ 2AlF2++12H2O+4Cl-(5)以上五个方程表明砂岩酸化过程是极其复杂并存在风险的,在高温地层,风险更高〔1〕。

2.2　二次伤害的解决方法

二次伤害可依具体情况通过以下几种方式解决:

¹向HF中加入过量的HCl,以降低HF的pH 值,低的pH值可溶解更多的反应产物。这是土酸(HF∶HCl=1∶4)和当前许多其他酸,如Cdanski 酸(HF∶HCl=1∶9)的基础;

º用“延迟酸配方”,缓慢产生HF,使其能深度酸化且稀释反应产物。这是粘土酸(HBF4)和SGM A (自转向酸)采用的方法;

»中强度土酸是另一种降低反应产物浓度的策略;

¼采用缓冲酸技术,限制氢离子(H+)的释放来控制HF的生成,可实现深度酸化;

½使用顶替液,通常是稀HCl或NH4Cl盐水,将含有反应产物的HF残酸驱出近井地带;

(6)快速返排技术。经常当pH还在低值时就要尽快返排。

然而,不仅硅酸盐会引起沉淀,许多砂岩都含有碳酸盐矿物,从而引起CaF2沉淀。这也是油层伤害的一个潜在因素。因此经常采用前置液(HCl或其他

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　2008年第22期 内蒙古石油化工

X收稿日期:2008-05-12

作者简介:贾新峰(1983-),男(汉族),河南省巩义市人,2006年7月毕业于西南石油大学石油工程专业,获工学学士。

在读硕士,主要从事酸化压裂、防砂方面的研究。

不含F的酸液)去溶解碳酸盐矿物。

3　常规转向技术

在实际应用中,HCl前置液通常会首先进入连通孔隙而避开渗透率低的伤害区域,随之HF主酸液也进入高孔隙度区域,导致堵塞区域的粘土和硅酸盐矿物得不到处理。在多级酸化中,这种情况就更严重。并最终导致大部分酸液流入少数蚓孔,而主要目标区域没有得到有效酸化。因此,需要使酸液转向,从而均匀酸化整个地层。转向剂的作用即是平衡酸液流动,使不同渗透率的地层均能得到酸化。按作用机理,转向酸化技术主要分为机械转向和化学转向等〔3〕。

3.1　机械转向

机械转向可主要分为封隔器转向和堵球转向。机械转向技术很笨重,所需的现场装置设备既费时又昂贵,其有效性受到孔眼圆度、光滑度和射孔数量的影响且颗粒转向剂很难排出,容易引起地层伤害。因此机械转向技术的应用范围已经很小。

3.2　化学转向

化学转向剂是不溶于酸但溶于水或者烃的化学物质。它可在砂岩壁面产生低渗滤饼,也可通过注入黏性高分子段塞而降低高渗层的注入能力。化学转向剂分为两类:

一类是粒状暂堵剂,如苯甲酸、硼酸、萘、油溶性树脂等,这类暂堵剂的堵塞是通过水溶或油溶的方法解堵;

另一类是冻胶型暂堵剂,如铬冻胶、硼冻胶等,这类暂堵剂的堵塞是通过加在其中的破胶剂解堵。

完全溶解材料的发展使转向技术获得较大进步,完全溶解转向剂包括蜡、聚合物、树脂、岩盐和苯甲酸等。其中蜡、聚合物和树脂等用于油井;岩盐和苯甲酸等用于水井。

泡沫转向、聚合物转向技术在国外是重要的化学转向技术,黏弹性表面活性剂转向技术则是最新发展的一项化学转向技术。以下便是对泡沫转向、聚合物转向技术及黏弹性表面活性剂转向技术的介绍。

3.2.1　泡沫转向

泡沫至少从20世纪60年代就开始用作酸化作业的转向剂。加入气体和表面活性剂后,酸液就能产生泡沫,通过气泡在高渗透层叠加的贾敏效应封堵高渗透层,而地层中的油可解除泡沫产生的堵塞。泡沫可与酸交替注入〔3〕地层。泡沫转向酸是通过增加气的饱和度来降低水的饱和度的。该转向酸一旦进入地层,大部分水就会从泡沫中分离出来。

但用作酸化转向的泡沫既不强韧也不持久,这是由于¹油使大多数泡沫的强度削弱甚至破坏;»温度高于93℃时,大多数泡沫不稳定,受到温度的严格限制;»在渗透率极高的储层中,存在高渗漏现象,泡沫的有效性很小。

NF-Djabbarah等人研究了蒸汽泡沫的转向技术。评价了几种表面活性剂,发现直链烷基甲苯磺酸盐在单管填砂模型中具有较高的流动阻力,在南Belridg油田注蒸汽条件下,这种表面活性剂具有较好的抗盐性、耐油性和热稳定性。泡沫的形成和扩散导致蒸汽转向,从而提高了扫油效率,大大提高了原油采收率,同时降低了蒸汽注入量。

近年来发展了水基泡沫转向技术,该技术具有很多优点:¹滤失低,暂堵效率高;º转向分流作用明显且快速有效;»适应性强,不受射孔段跨距大小限制(封隔器分层酸化技术则受限);¼适应范围广,能适应射孔、衬管和裸眼等多种完井方式〔4〕等。

3.2.2　聚合物转向

就地聚合物酸液可提高酸液的黏度,因此可以应用于酸化转向。该酸液由酸溶性聚合物、pH缓冲剂、交联剂及解聚剂组成。聚合物一般为聚丙烯酰胺类的聚合物、氨基聚合物等;交联剂可为锆盐、铁盐如三氯化铁等;解聚剂可为树脂包覆的氟化钙或是氯化肼等。高聚物体系交联凝胶酸(XLGA)已经在油田中作为自转向流体来使用。

就地聚合物酸液体系依赖于pH值来激发黏度的增加。pH活化了体系中的金属试剂,该金属试剂使聚合物分子链发生交联,增加了聚合物流体的黏度和流体的流动阻力。pH值的进一步增大会钝化金属试剂的交联,打破聚合物的交联,使聚合物分子链相互分开,黏度下降。pH值为2时,聚合物与交联剂反应后形成一种黏性凝胶。此时酸的质量分数降低到大约0.04%,黏度达到1000mPa・s,可将未参加反应的酸转向至没有酸化的区域。当pH值为4～5时,聚合物和交联剂解体,凝胶的黏度下降,酸液黏度也降低,较容易从地层移出。

交联聚合物溶液(LPS)是由低浓度部分聚丙烯酰胺(H PAM)与交联剂柠檬酸铝(A1Cit)交联形成的交联聚合物线团(LPC)分散在水中形成的体系。李明远等人进行的并联岩心驱油实验、毛玻璃可视模型和微观可视模型驱油实验结果都表明,交联聚合物溶液能够封堵高渗透的水流通道,使后续驱替液转向至低渗透的含油层,实现了液流转向,提高了改造效果〔5〕。

3.2.3　黏弹性表面活性剂转向

表面活性剂分子由水溶性基团(头部)和油溶性基团(尾端)组成。其性能依赖于表面活性剂头部的

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