竺 彪,李 翔,林 濤,白健華,侯永利

(中海油田服務股份有限公司生產(chǎn)事業(yè)部,天津塘沽 300450)

渤海油田泡沫吞吐解堵技術(shù)研究與應用

竺 彪,李 翔,林 濤,白健華,侯永利

(中海油田服務股份有限公司生產(chǎn)事業(yè)部,天津塘沽 300450)

稠油油藏由于儲層膠結(jié)疏松,原油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高,加上稠油中重質(zhì)組分與細粉砂、泥質(zhì)成分混在一起,往往在防砂管柱篩孔處形成堵塞,造成近井地帶堵塞,影響了油井產(chǎn)能。常規(guī)的有機解堵或酸化增產(chǎn)措施很難解除這種復合堵塞,即使解堵后,效果也不理想。針對上述問題,提出了泡沫流體吞吐解堵技術(shù),進行了室內(nèi)實驗和數(shù)值模擬計算。優(yōu)選的高效清洗劑Po-Ca,在5%濃度時降黏率達到99.28%、對油砂的清洗效率達到94.6%,并通過在渤海油田一口稠油井首次成功應用后該井由停產(chǎn)井變?yōu)楫a(chǎn)量為28～30 m3/d的高產(chǎn)井,取得了滿意的效果。該技術(shù)為海洋稠油油藏低產(chǎn)低效井綜合治理提供了一種新的技術(shù)手段,對渤海油田低產(chǎn)低效井的增產(chǎn)具有重要的意義。

稠油;高效清洗劑;泡沫吞吐;解堵

渤海油田一些稠油油藏在投產(chǎn)后不久,產(chǎn)量下降迅速,2009年初,統(tǒng)計渤海SZ36-1油田和LD5-2油田的低產(chǎn)低效井共39口,這些井大多在2007年以后投產(chǎn),短短兩年時間,平均單井產(chǎn)量由投產(chǎn)初期的60～70 m3/d下降到5～10 m3/ d,造成這些井低產(chǎn)低效的主要原因是:(1)細粉砂未從地層中析出,井筒附近沒有建立穩(wěn)定砂橋; (2)油井關(guān)斷后開井太快,地層速敏使泥粉砂緊緊包住防砂管;(3)地層黏土礦物水敏,導致儲層滲透性變差;(4)油井在生產(chǎn)過程中,形成瀝青沉積,堵塞近井地帶和防砂管柱;(5)從篩孔中析出的細粉砂,未能及時全部排出地面。如果這些低產(chǎn)低效井得到及時有效的治理,對渤海油田的產(chǎn)量有較大的貢獻。

目前,治理這些低產(chǎn)低效井措施經(jīng)常采用沖砂、有機解堵或酸化等技術(shù),這些技術(shù)針對性比較單一,很難同時解除膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等有機質(zhì)和黏土、砂粒等無機顆粒對近井地帶造成的復合污染,很多油井作業(yè)后效果較差,而采用大修再完井成本高,作業(yè)周期長。

泡沫吞吐解堵技術(shù)可以解除這種復合污染、改善近井地帶滲流狀況。其原理是將一定量的清洗劑打入防砂段,將篩管附近的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等有機質(zhì)溶解,然后注入低密度泡沫,利用泡沫的低密度、高攜帶性能、表面活性劑的清洗作用及泡沫回吐時的高速沖刷、紊流攪動混排作用[1],將小于篩管孔隙的泥質(zhì)、細粉砂攜帶出井筒,自噴速度降低時,循環(huán)低密度泡沫提供返排動力。

1 實驗部分

1.1 實驗條件

實驗用水:根據(jù)渤海油田地層水的實際組成配制的人工模擬鹽水,礦化度為5 491 mg/L,水質(zhì)為NaHCO3的水質(zhì)。實驗用模擬鹽水離子組成見表1。

表1 實驗用模擬鹽水離子組成Tab.1 The ionic composition of brine in the experiments

實驗用油為渤海灣LD5-2油田原油。實驗溫度55℃。

實驗模型:采用人工填砂模型,進行阻力系數(shù)與殘余阻力系數(shù)實驗采用的模型尺寸為Φ=2.5 cm×10 cm,進行驅(qū)油效率實驗采用的模型尺寸為Φ=4.5 cm×4.5 cm×30 cm。

實驗用化學劑:常規(guī)解堵劑1,常規(guī)解堵劑2, Po-Ca。

實驗設(shè)備:實驗采用J K990c全自動張力儀,原油脫水儀,Haake RS6000模塊化流變儀,江蘇海安儀器廠生產(chǎn)巖心驅(qū)替實驗裝置測試設(shè)備,主要包括恒溫箱、手搖泵和中間容器等。

1.2 實驗步驟

1.2.1 清洗劑降黏效率及表面張力的測定步驟

在室溫30℃條件下用鉑金環(huán)法測量清洗劑的表面張力,用開口法測定閃點,使用《SY/ T7549—2000原油黏溫曲線的確定旋轉(zhuǎn)黏度計法》標準在55℃條件下測定清洗劑的降黏效率。

1.2.2 清洗劑對油砂清洗能力的測定步驟

(1)各取300 g石英砂(80～100目)+30 g原油放入3個燒杯內(nèi)充分攪拌,然后放入55℃的烘箱內(nèi)烘1 h,取出備用;

(2)用燒杯分別配置濃度為44%(其中88 g降黏劑,112 g水)的3種降黏劑溶液,將第1個燒杯內(nèi)中的降黏劑溶液加入第1杯油砂中,將第2個燒杯內(nèi)中的降黏劑溶液加入第2杯油砂中,將第3個燒杯內(nèi)中的降黏劑溶液加入第3杯油砂中,密封,然后放入55℃烘箱內(nèi)烘2 h;

(3)取出燒杯內(nèi)混合物放入150目的篩網(wǎng)中,用清水洗干凈。然后放入55℃烘箱內(nèi)烘了48 h,直到混合物徹底烘干;

(4)取出油砂樣品稱量。

1.3 結(jié)果分析

從表2的實驗評價結(jié)果可以看出,在相同的實驗條件下,Po-Ca降黏率高達99.28%,油砂清洗效率高達94.6%,而另外兩種苯類、芳香烴類解堵劑不同時具備高的降黏率和清洗效率。常規(guī)降黏劑大多利用相似相溶原理溶解稠油,降黏效果很有限,而Po-Ca采用特殊的表面活性劑復配物,少量的藥劑就使水溶液形成活性微乳液,親水基朝水相,疏水基朝外,降低了溶液的表面張力。疏水基團在外,決定了其進入油藏好,活性分子容易被油吸引,具有能產(chǎn)生自動找油的特點。找到油以后,部分的活性分子先是附著于油團積垢表面,然后向油中轉(zhuǎn)移。在進入油中以后,Po-Ca的親油疏油綜合作用結(jié)果,使表面活性分子定向于油表面,親油基朝油相,疏油基背離油相,從而油的表面被一層碳氫鏈覆蓋,達到降低表面張力,減輕瀝青質(zhì)、膠質(zhì)的黏結(jié)力,達到溶解、分散、降黏的作用。隨著藥劑的逐步轉(zhuǎn)移,界面也在逐步轉(zhuǎn)移,最后引起破乳,因而使用Po-Ca的優(yōu)勢還有產(chǎn)品本身具有良好的破乳功能。

表2 Po-Ca解堵體系與常用解堵體系參數(shù)對比Tab.2 The comparison of Po-Ca detergent and conventional detergents

2 泡沫吞吐參數(shù)優(yōu)化

2.1 泡沫擠注量的確定方法

根據(jù)“壓降漏斗”理論,油井生產(chǎn)過程中,越靠近井底,壓力梯度越大,壓差絕大部分消耗在井底附近地區(qū)。這個結(jié)論很重要,為用酸化、壓裂方法提高油井產(chǎn)量提供了理論依據(jù),也可以指導泡沫吞吐擠注參數(shù)的設(shè)計。

現(xiàn)場施工中泡沫擠注量的確定方法為:(1)通過油井的壓降漏斗曲線確定最佳處理半徑;(2)根據(jù)處理半徑和注入的PV數(shù)計算地下泡沫的體積; (3)選擇合適的氣液比,計算地面注氣、注液量。例如:渤海油田某井油層厚度20 m,油層垂深1 381 m,孔隙度35%,滲透率1 500×10-3μm2,地層壓力13.66 MPa,地層溫度70℃,通過該井生產(chǎn)過程中的壓降漏斗曲線,確定其最佳處理半徑為2 m,按1 PV的量注入,計算地層條件下泡沫注入量為88 m3,氣液比取1∶1,計算地面注氮氣的量為5 300 m3,注泡沫基液的量為44 m3。

2.2 泡沫循環(huán)返排參數(shù)優(yōu)化

循環(huán)返排過程中泡沫流體攜帶能力強弱和造成多大負壓取決于密度、黏度、質(zhì)量、摩阻等參數(shù)。當泡沫質(zhì)量大于98%,就形成霧,當泡沫質(zhì)量小于52%時,在井底易形成近似牛頓流體的混合體。在這兩種情況下泡沫結(jié)構(gòu)特性差,攜帶能力也差。因此,泡沫流體循環(huán)返排時,一般要求井底泡沫質(zhì)量保持在52%以上,井口保持在84%～98%,以保證泡沫有較好的攜帶能力[2]。泡沫流體密度可控范圍為0～1 g/cm3,一般情況下,泡沫流體在井筒中的平均密度控制在0.5 g/cm3左右就能在井底形成較大的負壓。

圖1 渤海油田某井泡沫循環(huán)返排參數(shù)計算結(jié)果Fig.1 The calculation results of the flowback parameters in foam cycle

通過對不同注入排量下泡沫質(zhì)量、摩阻、密度、壓力、流速及生產(chǎn)壓差等參數(shù)進行模擬計算,分析計算結(jié)果,可以優(yōu)化循環(huán)返排參數(shù)。由圖1可知,在某個注入排量下,渤海某稠油井井筒中泡沫質(zhì)量在0.53～0.9之間,井底泡沫質(zhì)量為0.53,具有較強的攜帶能力,能將砂粒及污染物成功的攜帶出井口。井筒泡沫密度在100～500 kg/ m3之間,結(jié)合井筒摩阻壓降和地層壓力,計算得出井底能形成8 MPa左右的連續(xù)負壓,解開近井地帶堵塞能力極強。在相同深度,油管內(nèi)泡沫流速總是小于環(huán)空內(nèi)的泡沫流速,隨著井深的增加,泡沫流速在減小,井底的泡沫流速為20 m/min。

3 現(xiàn)場應用情況

渤海LD5-2油田A24井是一口優(yōu)質(zhì)篩管防砂的稠油井,稠油地下黏度400 mPa·s,2007年投產(chǎn),初期產(chǎn)油量40～50 m3/d,2008年8月產(chǎn)油量開始明顯下降,懷疑近井地帶及防砂段存在污染, 2009年5月,使用降黏劑解堵,作業(yè)后產(chǎn)油量仍然持續(xù)下降,2009年7月,地層無產(chǎn)出,停井。

2009年9月,渤海油田首次應用泡沫吞吐解堵技術(shù)對該井進行解堵,施工過程中Po-Ca溶解了防砂管柱附近死油,泡沫循環(huán)返排攜帶出近井地帶雜質(zhì)3 m3,作業(yè)后該井復活,產(chǎn)油量穩(wěn)定在28～30 m3/d。

4 結(jié)論

(1)Po-Ca降黏率高達99.28%,油砂清洗效率高達94.6%,現(xiàn)場施工中溶解了大量近井地帶的死油,可以應用于稠油油藏解堵作業(yè)。

(2)通過對循環(huán)返排過程中泡沫流體的質(zhì)量、摩阻、密度、壓力、流速及生產(chǎn)壓差等參數(shù)進行優(yōu)化,現(xiàn)場施工中,按設(shè)計的注氣、注液排量,將井筒中泡沫流體密度控制在100～500 kg/m3、質(zhì)量控制在0.53～0.9,充分發(fā)揮了泡沫低密度、高攜帶能力的優(yōu)勢。通過井下壓力計測試,井底形成了8 MPa左右的連續(xù)負壓,成功攜帶出大量近井地帶的雜質(zhì)和污染物。

(3)泡沫吞吐解堵工藝簡單、成本適當,可以解除稠油井防砂管柱和近井地帶復合堵塞,為海洋油田低產(chǎn)低效井綜合治理探索了一條新的途徑,值得在海洋油田廣泛推廣。

[1]裴春.樂安油田稠油出砂油藏工藝配套技術(shù)[J].石油天然氣學報,2008,30(2):598-599.

[2]李松巖,李兆敏,孫茂盛,等.水平井泡沫流體沖砂洗井技術(shù)研究[J].天然氣工業(yè),2007,27(6):71-74.

Research and application of a plug removal technology through foam soaking in Bohai offshore oilfield

Zhu Biao,Li Xiang,Lin Tao,Bai Jianhua,Hou Yonli
(Production Optimization,China Oilf ield Services Limited,Tanggu300450)

Blockage usually happens near the wellbore in heavy oil reservoirs due to unconsolidated cementation,high gum asphaltic content,especially when the sand-controlling strings were blocked by heavy constituents and fine silts as well as argillaceous sediments,which would reduce oil well productivity dramatically.It is very difficult to deal with this composite blockage by conventional organics plugging removal or acidization stimulation methods.A novel plugging removal technology has been developed by experiments and numerical simulation.The experiments and numerical simulation results indicate that the viscosity reduction rate can reach 99.28%and oil sands-cleaning efficiency can reach 94.6%for the selected detergent Po-Ca at the concentration of 5%.The technology has been successfully used in a shutdown well of Bohai oilfield for the first time,and the average oil production increases to 28～30 m3/d. As a novel technology for improve the oil production of low efficient wells,this technology has a great application prospect in offshore heavy oil reservoirs.

heavy oil;high-efficiency detergent;foam soaking;plug removal

book=6,ebook=76

TE357.46

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.044

1008-2336(2010)02-0044-04

2009-11-24;改回日期:2010-01-15

竺彪,1980年生,男,碩士,工程師,現(xiàn)從事海上油田氮氣泡沫系列工藝技術(shù)研究。E-mail:zhubiao@cosl.com.cn。