楊 明 ,周泓宇 ,萬小進 ,程利民 ,何瑜寧

(1.中海石油(中國)有限公司 海南分公司,海南 ?？?570312;2.中海石油(中國)有限公司 湛江分公司,廣東 湛江 524057)

對于多層系開發(fā)油藏,由于縱向儲層物性差異、巖礦差異、儲層壓力差異,酸化過程中酸液的分布和有效控制是酸化成功的關鍵,籠統(tǒng)酸化酸液注入地層后,遵循阻力最小原則,往往優(yōu)先進入高滲透層,從而導致低滲透率層或傷害較嚴重的層沒有得到有效處理,地層滲透率級差增大,層內層間矛盾加劇[1-4]。且一般而言,水相流動通道大于油相,酸液優(yōu)先進入水流通道,造成含水進一步上升,導致油井增液不增油[5-6]。目前常見的分流轉向技術可分為機械轉向和化學轉向兩大類[7],其中,機械轉向需要起下管柱等井下作業(yè),費時費力,普通化學暫堵轉向技術則有效性低,且對儲層有一定傷害[8-9]。國內開展了大量化學轉向材料的研究,但其受耐溫性能差、分流效率低、對地層傷害大等因素制約[10-14]。本研究以我國南海西部油田某中高含水儲層為研究對象,針對儲層縱向非均質性強、層間矛盾突出的中高含水油井,研制出一種分流效率高、耐沖刷性強、且對地層傷害小的選擇性化學微粒(SA-1D),該化學微粒配合酸化作業(yè),能實現酸液分流的同時對高滲水流通道具有一定封堵作用,起到解堵控水雙重效果。

1 實驗方法

1.1 材料與儀器

化學微粒SA-1D,由天然樹脂與多元醇反應生成的油溶性樹脂,工業(yè)品,成都安實得石油科技開發(fā)有限公司;煤油、柴油、汽油、HCl、HF、NH4Cl 溶液,分析純,湛江華南化工公司;人造巖心,由中海油湛江實驗中心匹配目標儲層物性人工制作而成。

PARR 4584 高溫高壓反應釜,美國PARR 公司;HYDRO2000(APA2000)全自動激光粒度儀,英國馬爾文公司;Zeiss Xradia Context 多功能巖心掃描儀,Carl Zeiss Microscopy Gmbh 公司;SF-1 型并聯巖心流動實驗儀,海安華達石油儀器有限公司;DF-4 全自動智能型瀝青軟化點測定儀,河北信科儀器公司。

1.2 化學微粒原料及合成

化學微粒以天然樹脂工業(yè)產品和多元醇為主要原料,在溫度為220～300 ℃條件下,反應6～12 h 所得到的產物,用搗碎機在變速情況下將合成的塊狀樣品搗碎后過標準篩,得到不同粒徑的淡黃色細顆粒樣品,如圖1(a)所示。在水溶液中分別加入一定百分比的表面活性劑、分散互溶劑、化學微粒SA-1D,并攪拌均勻,得到淡黃色懸浮液體,如圖1(b)所示。

1.3 化學微粒基本性能評價

1.3.1 溶解性評價

在地層溫度(80 ℃)下,分別采用煤油、柴油、汽油進行溶解實驗,在1 h 后觀察溶解情況;在地層溫度(80 ℃)下分別采用蒸餾水、自來水、鹽水(3%NH4Cl 溶液)、HCl 和HF 浸泡SA-1D 顆粒1 h,用失重法分析微粒在各種溶液中的溶解性。

1.3.2 耐溫性評價

利用全自動智能型瀝青軟化點測定儀測定化學微粒SA-1D 的軟化點以評價分流劑的耐溫性能,具體步驟:將SA-1D 樣品放于燒杯中,燒杯中有經加熱除去水分后再冷卻至低于預計軟化點45 ℃以下、但不得低于32 ℃的甘油,放置10 min 后,使甘油溫度每分鐘升高5 ±0.5 ℃,并不斷地充分攪拌使溫度均勻上升,直至測定完畢。當試樣落至金屬平板時讀取的溫度即為軟化點,多次測量,取平均值,得到化學微粒SA-1D 的軟化點。

1.4 化學微粒粒徑優(yōu)化實驗

匹配目標儲層的滲透率,制作人造巖心。根據儲層的孔喉分布,設計并制作出4 個粒徑等級的化學微粒,開展以下化學微粒粒徑優(yōu)化設計實驗。

1)粒徑分布測定:采用激光粒度儀分別對制作出的4 個粒徑等級的化學微粒溶液進行檢測,評價工業(yè)化制作出的化學微粒是否符合設計要求。

2)化學微粒封堵效率測定:在地層溫度80 ℃,對巖心注入化學微粒10 PV,根據達西公式計算巖心滲透率:

式中:K為巖心滲透率,μm2;Q為注入流量,cm3/s;μ為化學微粒的黏度,mPa·s;L為巖心長度,cm;A為巖心橫截面積,cm2;ΔP為巖心進出口壓差,MPa。

封堵率:

式中:X1為分流劑封堵率,%;KW為巖心初始正向水相滲透率,10-3μm2;KW1為暫堵后巖心滲透率,10-3μm2。

式中:X2為過基液封堵率,%;KW2為暫堵后巖心正向水相滲透率,10-3μm2。

解堵率:

式中:Y為恢復率,%;KO為巖心初始反向驅替解堵液的滲透率,10-3μm2;KO1為解堵后巖心反向解堵液后的滲透率,10-3μm2。

比較各粒徑化學微粒對各巖心的暫堵率及反向驅替解堵液的解堵率,評估化學微粒對儲層滲透率的影響。

3)侵入深度測定:用巖心掃描儀對化學微粒封堵前后的巖心進行掃描,根據巖心中縱向上滲透率分布,可以精確測量封堵前后巖心縱向上的滲透率變化,進一步指導化學微粒的粒徑優(yōu)選。

4)耐沖刷性測定:在注完化學微粒形成濾餅后,以相同的驅替壓力,繼續(xù)對巖心驅替約50PV的基液,期間記錄注入水的PV數及相應的出口端流量,對比基液沖洗前后巖心滲透率變化。

5)解堵效率測定:通過反向驅替解堵液(煤油)測試滲透率的恢復率。

1.5 化學微粒分流效率評價

選用高、低滲透率的2 塊巖心并聯,模擬實際生產中非均質地層;用NH4Cl 溶液測巖心的初始滲透率;用50%的化學微粒溶液對巖心同時進行封堵,使之形成穩(wěn)定的外濾餅;對封堵后的巖心,以恒定的驅替壓力注入基液,直到出口端流量趨于穩(wěn)定,根據流量計算出化學微粒對高、低滲巖心的封堵率。

2 實驗結果與討論

2.1 化學微?；拘阅?/h3>

化學微粒在80 ℃條件下在煤油、柴油、汽油中的溶解性良好,溶解率均達98% 以上,實驗結果如表1 所示,表明有機溶劑對化學微粒溶解性好,分流酸化時,少部分進入油層后對其滲透率傷害的可能性小。

表1 化學微粒油溶性評價結果

化學微粒在80 ℃條件下在蒸餾水、自來水、鹽水(3%NH4Cl 溶液)、HCl 和HF 中基本不溶解,實驗結果如表2 所示,表明化學微粒SA-1D 顆粒在水或酸中呈惰性,因此酸化施工時可直接采用水或酸液作為攜帶液,將SA-1D 顆粒帶入地層。

采用失重法測得化學微粒平均軟化點為120 ℃左右,如表3 所示,表明化學微粒在地層高溫條件下能保持穩(wěn)定而不會發(fā)生變形,有利于形成穩(wěn)定封堵。

表2 化學微粒水溶性和酸溶性評價結果

表3 化學微粒軟化點測試結果

2.2 化學微粒粒徑優(yōu)化

采取與實際巖心孔喉匹配性好的人造巖心開展化學微粒暫堵和解堵實驗,測定人造巖心的孔喉數據來劃定化學微粒的粒徑范圍,測得人造巖心的最大吼道直徑為180 μm。根據Abrams[15]提出的“三分之一”架橋規(guī)則和羅平亞院士提出的“1/2～2/3”架橋原則[16],設計制備4 種不同粒徑范圍的化學微粒,如表4 所示。

通過激光粒度儀測量每種化學微粒的粒徑分布,并繪制粒度分布曲線和粒度累積分布曲線,檢驗工業(yè)化制作出的化學微粒是否滿足設計要求。

表4 設計化學微粒粒徑范圍

1)化學微粒粒徑分布:如圖2～圖5 所示,Ⅰ號粒徑化學微粒,粒徑從0.2～104 μm 之間跨度,其粒徑主要分布在30～60 μm,該區(qū)間化學微粒累計分布達87.1%。Ⅱ號粒徑化學微粒,粒徑從0.6～132 μm 之間跨度,其粒徑主要分布在60～90 μm,該區(qū)間化學微粒累計分布達79.8%。Ⅲ號粒徑化學微粒,粒徑從0.6～180 μm 之間跨度,其粒徑主要分布在90～120 μm,該區(qū)間化學微粒累計分布達80.0%。Ⅳ號粒徑化學微粒,粒徑從0.4～236 μm 之間跨度,其粒徑主要分布在120～150 μm,該區(qū)間化學微粒累計分布達76.7%。以上結果表明:工業(yè)化生產出的該化學微粒與設計的范圍差別不大,滿足后續(xù)實驗要求。

2)封堵效率評價:同等條件下,測量4 種粒徑的化學微粒對巖心的封堵率,實驗結果如表5 和圖6～圖9 所示。結果表明,化學微粒粒徑越小,驅替后巖心的滲透率減小幅度越大。

實驗結果表明,設計出的這4 種粒徑的化學微粒,均能在巖心注入端形成厚薄不一的外濾餅,對巖心的封堵率能達到90%以上,再注入3%的NH4Cl 溶液至流量穩(wěn)定,基液所測得的封堵率達87%以上。其中,Ⅲ號粒徑化學微粒形成的濾餅形態(tài)和封堵效果最好,既是具有一定的封堵效果,也不至于進入地層太深難以解除。所以針對此類孔喉大小的儲層,判斷Ⅲ號粒徑化學微粒用于分流酸化作業(yè),使其既能在巖心端面形成外濾餅,又有少部分顆粒進入巖心內部,形成內部充填,使封堵狀態(tài)穩(wěn)定,達到良好的分流轉向效果。通過接下來的實驗結果進一步驗證Ⅲ號粒徑對此類孔喉大小的儲層的分流轉向效果。

表5 不同粒徑化學微粒對巖心的封堵效果

3)化學微粒侵入深度:測量驅替Ⅲ號粒徑化學微粒后巖心縱向上滲透率的變化,實驗結果表明,巖心縱向上滲透率降低明顯,并且越靠近注入端面的點,其滲透率降低幅度越大;化學微粒縱向進入深度為25～35 mm,超過該深度,巖心滲透率變化不明顯,如圖10 所示,表明Ⅲ號粒徑化學微粒不易進入地層深處,在起到封堵分流作用的同時,有利于儲層的保護。

4)化學微粒耐沖刷性:耐沖刷性實驗結果表明,隨著基液沖洗體積的增加,巖心封堵率變化緩慢,但隨微粒粒徑的增加,封堵率降低幅度呈增大的趨勢,經約50 PV 基液沖洗后,封堵率降幅在1.18%～10.36%,如表6 和圖11 所示。

表6 不同粒徑化學微粒的耐正向基液沖刷性

其中,Ⅲ號粒徑化學微粒封堵率降幅為6.65%,濾餅保存性完好,如圖12 所示,說明該化學微粒形成濾餅的穩(wěn)定性最好,能夠有效地暫堵分流。

5)化學微粒解堵效率:通過對已封堵的巖心,反向驅替煤油測試巖心滲透率恢復率,實驗結果表明,Ⅰ號、Ⅱ號粒徑化學微粒反向煤油解堵率較差,Ⅲ號、Ⅳ號粒徑反向煤油解堵率高,如表7 所示。Ⅲ號粒徑較Ⅳ號粒徑化學微粒,結合封堵實驗和耐沖刷實驗來看,Ⅲ號粒徑不但封堵效果好,反向煤油解堵率高,而且濾餅穩(wěn)定不易被沖刷脫落,能達到良好的分流酸化效果,因此推薦Ⅲ號(120～170 目)粒徑化學微粒用于此類儲層的分流酸化作業(yè)。

2.3 化學微粒分流效率

高、低滲并聯巖心注入化學微粒SA-1 溶液后,溶液優(yōu)先進入高滲層進行封堵,隨注入時間的增加,當高滲層的滲透率降低到接近低滲層的滲透率時,化學微粒開始進入到低滲透層巖心,對低滲巖心也起到了一定的封堵作用,封堵穩(wěn)定后,最終對高滲層的封堵率達97%以上,低滲層的封堵率達93%以上,分流指數達91%以上,如表8 和圖13 所示,說明該化學微粒對不同滲透率并聯巖心能起到很好的分流轉向效果。

表7 解堵液對巖心滲透率恢復率測試

表8 化學微粒對并聯巖心的分流效率

綜上所述,油溶性化學微粒SA-1D 不僅能對不同滲透率地層進行選擇性暫堵,達到分流酸化的目的。同時作業(yè)結束,啟泵生產時,因化學微粒具有油溶水不溶的特點,進入油層的化學微粒能較快地被油流溶解排出,使巖心滲透率得以恢復,具有自行解堵并保護油氣層的效果。

3 現場應用

3.1 單井概況

目標井CX 井采用裸眼優(yōu)質篩管完井,下了兩個裸眼管外封,將儲層段分為了3 段,其中,根端井段103 m(2 326～2 429 m),有效油層厚度62 m,平均滲透率283 mD,根端儲層存在完井液傷害、微粒運移和有機垢傷害,因滲透率極差較大,有必要實施分層酸化。

3.2 應用效果

現場作業(yè)過程中,正擠10 m3分流劑后,正擠30 m3處理液,最后頂替到位,關井反應24 h。

分流酸化作業(yè)后,日產油55 m3,含水率下降29%,較修井前增油45 m3/d,超出油藏預期,分析認為該分流劑取得了較好的分流解堵效果,且具有一定的控水作用,具體數據如表9所示。

表9 CX 井修井前后產油量對比

4 結論

1)選擇性化學微粒SA-1D 具有油溶水不溶的特點,隨原油產出自解除率高,在酸和水中呈惰性,可用其作為攜帶液將化學微粒帶入地層。

2)選擇性化學微粒SA-1D 粒徑易調,能適應不同孔喉大小儲層。針對目標儲層,通過封堵效率、侵入深度、耐沖刷性及分流效率評價實驗,優(yōu)選出Ⅲ號(120～170 目)粒徑用于分流酸化作業(yè)。

3)選擇性化學微粒SA-1D 配合酸化作業(yè),能實現酸液分流的同時對高滲水流通道有一定封堵作用,起到解堵控水雙重效果。