葉頡梟 張華禮 李松 王小紅 熊偉 曾知昊

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川東石炭系氣井因油套管腐蝕、入井液體與地層不配伍、地層顆粒運(yùn)移等原因，部分氣井井筒出現(xiàn)了不同程度的堵塞，嚴(yán)重影響氣井產(chǎn)能。同時(shí)，川東石炭系氣藏開采進(jìn)入中后期，氣井井底壓力不斷降低。目前，五百梯、沙坪場(chǎng)等氣田有利區(qū)域壓力系數(shù)低于1.0，部分氣井壓力系數(shù)甚至降到0.5以下[1]。低壓氣井地層壓力不足，常年反復(fù)酸化形成大的近井酸蝕通道，使得酸液未發(fā)揮作用就已漏失，表現(xiàn)為酸化施工過程中油壓不起壓甚至酸液自吸；酸化后，殘液返排率低以及二次沉淀不能清除，反而造成對(duì)儲(chǔ)層的傷害。井筒和地層堵塞若不能有效解除，將嚴(yán)重影響氣井產(chǎn)能。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者不論是在解堵工藝或液體方面都進(jìn)行了大量的研究。曹蕾等[2]利用CO2配合增溶劑蓄能壓裂補(bǔ)充低壓氣井地層能量，通過不返排酸及縮膨劑解除地層堵塞，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層改造；Nasir Khan[3]提出一種超聲波輔助化學(xué)強(qiáng)化解堵技術(shù)，尤其適合水敏儲(chǔ)層的無機(jī)垢和凝膠堵塞，解堵效果好；吳廣等[4]研制出一種集聚合物解堵與無機(jī)堵塞物解堵功能于一體的螯合解堵體系，入井后可長(zhǎng)時(shí)間關(guān)井反應(yīng)且無需快速返排；姚茂堂等[5]開展了凝析氣藏井筒的結(jié)垢分布規(guī)律、垢成分、結(jié)垢原因及除垢措施研究。

針對(duì)川東石炭系低壓氣井，開展了井筒堵塞物成分分析，優(yōu)選出井筒解堵液配方，對(duì)于油管、套管和地層堵塞提出了不同解堵工藝，并對(duì)地層解堵工藝進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果好，可為同類氣井解堵提供借鑒和參考。

1 井筒堵塞物分析與解堵液優(yōu)選

川東石炭系氣井堵塞物成分復(fù)雜，來源多樣。通過氣井大修作業(yè)，如更換油管、打撈井下落魚和日常的通井作業(yè)，獲取井下堵塞物。室內(nèi)采用不同極性有機(jī)溶劑萃取分離的預(yù)處理技術(shù)、集成精密儀器分析和化學(xué)分析的元素組成定性和定量分析技術(shù)，對(duì)井筒堵塞物組分進(jìn)行分析。以TD井為例，堵塞物為黑色不均勻固體顆粒(見圖1)，用醚類、酸酯類、醇類等不同極性的有機(jī)溶劑對(duì)不溶物進(jìn)行順序提取分離烘干預(yù)處理，得到堵塞物水分、有機(jī)物、無機(jī)物各組分樣品及含量(見表1)。有機(jī)物、無機(jī)物采用紅外光譜分析，判斷其主要成分，圖2、圖3為酸酯類有機(jī)溶劑提取物外觀及紅外譜圖，分析為月桂醇聚醚類有機(jī)物：2 923 cm-1、2 854 cm-1和1 458 cm-1、1 378 cm-1、721 cm-1為長(zhǎng)鏈烷基，-OH出現(xiàn)在3 448 cm-1；聚醚特征峰：1 350 cm-1、1 108 cm-1、951 cm-1、840 cm-1。

表1 垢樣組成及主要成分

無機(jī)物先用能譜電鏡掃描儀定性分析無機(jī)元素組成(見圖4)，確定主要金屬元素有鐵、鈣、鋇、鋁、鎂、鈉等，非金屬元素有碳、氧、硫、硅等。無機(jī)物用鹽酸消解處理后過濾，濾液采用原子吸收光譜法分析其中金屬離子含量，將不溶物烘干稱量，得到酸不溶物含量，結(jié)果見表2。

表2 垢樣中金屬離子、酸不溶物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由于垢物主要由酸可溶物組成，因此考慮解堵液主劑為鹽酸體系，同時(shí)添加對(duì)油污具有分散剝離能力的表面活性劑，制成表活酸對(duì)TD井垢樣進(jìn)行溶蝕，結(jié)果見表3。90 ℃下，15%(w)表活酸對(duì)垢物溶蝕率可達(dá)70%以上。反應(yīng)30 min后，溶蝕率為73.2%，2 h后為77.6%，增量較小，說明鹽酸與垢樣接觸能快速溶解堵塞物。推薦的解堵工作液體系為15%(w)HCl+1%(w)緩蝕劑+2%(w)鐵穩(wěn)劑+3%(w)表面活性劑。根據(jù)每口井垢物解除實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)表面活性劑、緩蝕劑和鐵穩(wěn)定劑等添加劑的具體加量適當(dāng)調(diào)整。

表3 90 ℃下酸液對(duì)垢樣的溶蝕率

2 井筒解堵工藝推薦

根據(jù)井筒內(nèi)堵塞物的堵塞位置，主要為油管內(nèi)與套管內(nèi)堵塞。對(duì)于油管堵死井，可嘗試用連續(xù)油管在油管內(nèi)建立循環(huán)通道，然后采用小排量泵注循環(huán)解堵液。根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)解堵液與堵塞物反應(yīng)速率，控制連續(xù)油管下放時(shí)間，一旦能夠有效建立流體通道，則停止連續(xù)油管作業(yè)，以降低連續(xù)油管卡管柱等井下復(fù)雜情況風(fēng)險(xiǎn)，最后通過油管泵注解堵液，解除油管堵塞[6]。對(duì)于油管局部堵塞井，采用油管小排量泵注，增加解堵液在油管中的運(yùn)移時(shí)間，施工結(jié)束后以室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得出的解堵液與堵塞物反應(yīng)速率控制關(guān)井時(shí)間，達(dá)到關(guān)井時(shí)間后開井排液，以增加解堵液在油管中的作用時(shí)間。

通過對(duì)現(xiàn)有的套管解堵工藝分析，影響套管解堵效果的主要因素有兩點(diǎn)：一是氣井壓力系數(shù)低，采用流體循環(huán)攜帶法的井筒清潔工藝不能滿足套管解堵作業(yè)；二是采用機(jī)械撈砂工具由于沒有旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，對(duì)井下板結(jié)沉砂撈取效果較差?？尚D(zhuǎn)式撈砂工具基本解決了旋轉(zhuǎn)問題，但由于受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，多數(shù)時(shí)候不具備實(shí)施旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的條件(設(shè)備沒有配備轉(zhuǎn)盤、作業(yè)管柱沒有采用鉆桿)，在某些情況下存在不安全因素。因此，推薦真空回位撈砂套管清潔工藝，相比常規(guī)的水力沖砂無需增加任何設(shè)備，成本低；不污染儲(chǔ)層；能夠較快地處理井噴事故；抽砂能力強(qiáng)，可抽出較大的水泥塊，在低壓井或井漏嚴(yán)重井中無需建立循環(huán)；當(dāng)?shù)叵律懊孑^硬時(shí)，可以用砂鉆進(jìn)行鉆進(jìn)來?yè)v碎砂面。

3 地層解堵工藝優(yōu)化

基質(zhì)酸化不僅可以旁通污染帶解除污染，還可以進(jìn)一步提升近井地帶的滲透率和孔隙度[7]。川東石炭系氣井生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，常年反復(fù)酸化導(dǎo)致氣井井周形成大的近井酸蝕通道，酸液未發(fā)揮作用就已漏失。泡沫酸化能對(duì)井周酸蝕大通道進(jìn)行有效暫堵，提高嚴(yán)重污染和相對(duì)低滲井段的酸化效果；殘酸返排時(shí)，泡沫使得井筒內(nèi)壓力降低后再自身膨脹，起到了增能的作用，尤其適用于能量不足的低壓氣井[8-9]。前期，本區(qū)氣井已開展了泡沫酸現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，但是最優(yōu)工藝參數(shù)尚不明確。利用之前研究者建立的泡沫分流模型[10-12]，對(duì)泡沫暫堵進(jìn)行了模擬研究和工藝參數(shù)優(yōu)化，以期指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

假設(shè)把某井儲(chǔ)層段分成孔滲條件不同的3個(gè)小段：第1段污染少，孔隙度和滲透率較高；第2段污染較多，儲(chǔ)層物性居中；第3段受污染最多，孔滲條件最差。圖5～圖7是不同條件下的模擬結(jié)果。在注酸開始階段，高滲層(第1段)吸酸能力強(qiáng)，進(jìn)液量大，而低滲透層(第2、3段)進(jìn)酸少。隨著注酸時(shí)間延長(zhǎng)，高滲透層分流量逐漸降低，而低滲透層的分流量逐漸增大，表明泡沫酸可以有效地實(shí)現(xiàn)均勻酸化，對(duì)于經(jīng)過多次酸化改造后形成的酸蝕蚓孔有一定的暫堵作用。排量為0.4 m3/min、黏度50 mPa·s的泡沫酸，經(jīng)過約35 min注酸能實(shí)現(xiàn)各段瞬時(shí)進(jìn)酸量相同(見圖5)；若黏度不變，排量提高到0.6 m3/min，只需約30 min注酸就能實(shí)現(xiàn)各段瞬時(shí)進(jìn)酸量相同(見圖6)；排量保持0.6 m3/min不變，黏度降低為20 mPa·s，注酸超過70 min仍未能實(shí)現(xiàn)各段瞬時(shí)進(jìn)酸量相同(見圖7)。因此，在其他條件不變的情況下，提高酸液排量和泡沫酸黏度有利于更好更快地實(shí)現(xiàn)全井均勻酸化。

根據(jù)不同氣井污染程度來決定酸化處理半徑，一般選擇1～3 m，然后用體積法初步確定酸液規(guī)模范圍，再利用StimPT基質(zhì)酸化軟件模擬計(jì)算不同用酸強(qiáng)度下的表皮系數(shù)改善情況，從而確定酸液用量。由于泡沫酸液柱壓力遠(yuǎn)低于常規(guī)酸，因此施工時(shí)井口泵壓較高，根據(jù)不同排量下的摩阻、液柱壓力和地層壓力預(yù)測(cè)井口泵注壓力。在不超井口限壓以及與最大液氮排量相匹配(保證泡沫質(zhì)量60%～70%)的情況下，應(yīng)盡可能選擇最大排量施工，同時(shí)可通過適當(dāng)提高泡沫酸黏度來提高酸化效果。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

目前，在川東石炭系低壓氣井開展解堵工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的共計(jì)6口井，恢復(fù)氣井產(chǎn)量27.1×104m3/d，解堵有效率100%。

表4 川東石炭系氣藏低壓氣井解堵工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果

5 結(jié)論與建議

(1)川東石炭系井筒垢物主要由鐵的氧化物、碳酸鹽、BaSO4和SiO2等無機(jī)物和月桂醇聚醚類有機(jī)物組成，推薦的解堵工作液體系為15%(w)HCl+1%(w)緩蝕劑+2%(w)鐵穩(wěn)劑+3%(w)表面活性劑；該體系在地層溫度下對(duì)垢物的溶蝕率最高達(dá)77.6%。

(2)油管堵死井推薦采用連續(xù)油管小排量泵注循環(huán)解堵液，根據(jù)解堵液與堵塞物反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)結(jié)果控制連續(xù)油管下放時(shí)間，建立流體通道后起出再用油管注酸。油管局部堵塞井，直接通過油管小排量泵注，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果控制關(guān)井反應(yīng)時(shí)間。套管解堵推薦真空回位抽砂工藝。

(3)根據(jù)氣井污染程度和基質(zhì)酸化軟件模擬的酸化規(guī)模與表皮系數(shù)的關(guān)系確定酸液用量。在不超井口限壓以及與最大液氮排量相匹配(保證泡沫質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%～70%)的情況下應(yīng)盡可能選擇最大排量施工，同時(shí)可通過適當(dāng)提高泡沫酸黏度來提高酸化效果。

(4)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)井經(jīng)過解堵措施后，初期復(fù)產(chǎn)效果理想，長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)效果有待后期驗(yàn)證。對(duì)于本區(qū)和同類低壓氣井解堵有一定借鑒意義，后期建議進(jìn)一步擴(kuò)大試驗(yàn)范圍。