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油气井解堵增产技术研究现状及展望

油气井解堵增产技术研究现状及展望

钻完井、采油及修井作业过程中由于外来流体进入储层,易引起一系列的储层伤害。外来工作液中固相颗粒侵入油气层,可能引起储层堵塞。与此同时,若外来工作液与储层岩石物性不配伍,易引起水敏、盐敏、碱敏等敏感性伤害以及润湿反转现象。此外,若外来工作液与储层流体不配伍,则易生成无机盐沉淀,发生水锁效应,产生乳化堵塞、细菌堵塞等储层伤害。油气井储层受到伤害,必然会引起产量下降甚至停产。因此,针对不同储层伤害提出各项解堵增产技术具有十分重要的意义。目前国内处理储层堵塞的方法和技术多种多样,可以概括为化学法、物理法、物理化学法和微生物法等四类方法,本文对前三类常用解堵技术研究进展作综合评述。

1 化学法解堵技术研究现状

化学解堵应用非常广泛,其主要是通过将化学剂注入地层,解除胶质、沥青、结垢等对储层造成的伤害。需要根据伤害类型而选择不同的化学处理剂,如使用分散剂和表面活性剂复配来解除由于沥青或石蜡引起的储层伤害;乳化伤害需要用互溶剂来解除;而由于黏土矿物膨胀、固相微粒堵塞等则需要使用酸化。化学法解堵技术最主要的就是酸化[1],其余就是各种非酸化学解堵剂。

1.1 酸化解堵技术

酸化解堵分为酸洗、基质酸化及酸化压裂。基质酸化是在低于储层破裂压力条件下向地层注入各种类型酸液以及酸液添加剂,溶解地层可溶物质,恢复和提高近井地带渗透率。

1.1.1 酸化工作液

目前常用的主体酸按照相态分可分为固体酸、液体酸、泡沫酸。按照化学成分可分为有机酸,无机酸,复合酸。无机酸包括盐酸、氢氟酸、氟硼酸、磷酸以及在注水井中偶有使用的硫酸;有机酸主要包括甲酸(蚁酸)和乙酸(醋酸)。按照反应速度分可分为常规酸、缓速酸,其中缓速酸主要包括稠化酸、乳化酸、泡沫酸、自生酸等。目前,我国大多数的油气井所开发的储层为低渗储层,低渗储层常用的酸液体系包括以下几种。

常规土酸体系,它是在盐酸体系上建立起来的,适用于砂岩储层的酸化解堵施工,恢复和提高近井地带渗流能力,但反应速度快,并伴随有“二次沉淀。其中,HCl的作用主要是解碳酸盐岩,并保持H十浓度,减少反应生成沉淀物的析出:HF对储层岩屑、高岭石以及绿泥石等具有一定溶解能力。

无机缓速酸体系,包括氟硼酸缓速酸体系、多氢酸缓速酸体系、磷酸缓速酸体系以及自生酸缓速酸体系等。主要特点是酸岩反应速度慢,具有较好的分散性和化学鳌合性,可防止二次沉淀,活性穿透半径大,适用于油气层深穿透酸化施工或高温井的酸化施工。其中,氟硼酸缓速酸体系靠水解作用不断产生HF,对高岭石等黏土矿物具有良好的溶蚀性;磷酸缓速酸体系特别适合于含有大量钙质的储层;自生酸缓速酸体系可以通过改变脂类化合物类型实现不同温度储集层酸化解堵。

复合缓速酸体系,包括复合固体酸体系、复合泡沫酸体系、稠化酸体系、乳化酸体系、多氢酸十氧化复合酸体系等。复合固体酸体系由固体有机酸、固体潜伏酸及多种复合添加剂等组成,既可溶解有机堵塞物,也可以溶解无机堵塞物,并能络合地层中的金属离子,防止二次沉淀的产生。复合泡沫酸体系能使井筒内酸液均匀分布,控制酸岩反应速度和提高pH值,起到缓蚀作用。稠化酸体系可以降低活性酸的滤失,同时形成胶体网状结构,起到缓蚀作用。乳化酸体系具有较高的粘度和较好的缓蚀性,能进入地层深部提高酸化作用半径。

1.1.2 酸化工艺

酸化工艺可以分为笼统酸化和分层、分段酸化,发展的方向主要在注入排量、注入速度的优化,酸液置放技术,减少工艺流程等方面。关于均匀布酸的问题,常采用的手段是酸液转向,包括机械技术(堵塞球和封隔器)、化学药剂转向、泡沫转向和纤维转向等。近几年,随着连续油管技术发展,又提出了连续油管拖动均匀布酸技术。针对动管柱酸化作业施工工艺复杂、作业周期长、作业费用较高等缺点,为减少工艺流程,工程师们又提出了不动管柱酸化工艺。

1.2 非酸解堵技术

非酸解堵一般是在考虑酸液解堵效果不好的情况下使用,非酸解堵剂主要分为三类类。第一类是由有机溶剂、表面活性剂、防膨剂等组成的乳液体系,其中有机溶剂对有机沉积(胶质、沥青质、蜡质等重质成分)进行溶解降粘,表面活性剂可降低油水界面张力,防膨剂可固定岩石骨架,维护矿物胶结能力。该技术适用于解除单项的有机沉积引起的近井地带堵塞。第二类由强氧化剂、催化剂及助剂组成,所用的强氧化剂有过氧化钠、高锰酸钾、次氯酸钠或二氧化氯等。该体系可氧化降解有机沉积物,使粘稠大分子变为流动性强的小分子。该类型解堵剂适用于解除单项的有机沉积引起的近井地带堵塞。第三类为近年来发展起来的纳米技术。先对近井地带进行反洗、热处理或复合药剂处理,消除岩石裂隙表面的有机物沉积,再注入含有纳米粉体的配制液,在助剂的作用下岩石表面吸附并粘接纳米粉体,使近井地带岩石裂隙表面具有一定的耐粘污性能,阻止有机物沉积,改善渗流条件。

非酸液体解堵工艺其优点在于对施工设备要求低(用平台固井泵即可完成无须动员压裂泵等专用设备)、施工材料易准备无腐蚀、施工程序简单,风险低,易完成。其缺点在于通过物理变化解除水相损害,不发生化学溶蚀,无法解除固相伤害,解堵方式偏向保守,解堵范围和力度有限。因此对孔渗物性较差的储层作用有限。

2 物理法解堵技术研究现状

2.1 水力压裂解堵技术

水力压裂是目前应用最广泛的油气藏增产技术之一。其技术原理为向地层注入高压流体,达到岩石破裂压力后,在地层中形成一条或多条人工裂缝,同时,向地层注入一定强度支撑剂以使裂缝系统具有一定的导流能力。水力压裂技术的发展可以归结为支撑剂、液体、压裂方式、压裂解释与监测四方面的发展。解堵是压裂的必然结果,但如果施工不当同样有可能加重储层的伤害。

2.2 高压水力射流解堵技术

高压水力射流解堵是将高压射流工具送至油管射孔处,在地面使用高压泵车组将黏土稳定剂、表面活性剂等注入高压射流发生器,通过喷嘴径向喷出旋转射流,清除近井地带的机械杂质、以及钻井液固相伤害、盐类沉积等,可以形成不闭合的裂缝,从而改善地层渗透率[35-36]。该技术有效率高,经济和社会效益良好。

2.3 声波和电磁波解堵技术

用超声波解除地层伤害是一种利用传播速度的不同使得介质获得不同的机械能,进而改变介质中的压力,处理掉井底的机械杂质和形成地层裂缝,增大渗流通道,提高流体渗透率。目前国内外一些学者发现高频电磁波如微波,可以在砂岩、煤岩中产生裂缝以及使水变成水蒸汽达到解除水锁和煤岩基质起裂等。

2.4 水力振荡解堵技术

水力振荡增产技术包括水力振动、旋转喷射振动、滑阀振动、正水击振动等。它是借助于一种专门的装置-井下振动器,利用地面泵罐车,靠流体流过腔体时产生的周期性剧烈水力脉冲振动波,在目标层附近地带建立波动法,并向地层孔道中传播,使井筒射孔段附近堵塞物与孔道壁之间结合力在疲劳应力作用下遭到破坏,松动脱落,并随返排液带出井筒。这类技术适用于压力比较高的储层。

2.5 高能气体压裂解堵技术

高能气体压裂是利用炸药在井底产生高压、高温气体,在井底附近的储层中产生并能保持多条多方位的径向裂缝,提高地层渗流能力而达到增产增注的目的。其主要适用于脆性地层,不甚适用于塑性地层。

3 物理化学法解堵技术研究现状

3.1 酸压解堵技术

酸压主要是针对碳酸盐岩地层增产提出的,也有学者探索在砂岩储层应用。大的方面上讲,酸压与支撑裂缝的主要区别是前者通过酸蚀裂缝面而不是通过支撑裂缝获得导流能力。酸压追求的目标主要有两个:酸蚀裂缝作用距离和酸蚀裂缝导流能力。目前,借鉴非常规油气藏改造思路,对于低渗透碳酸盐岩地层,提出酸蚀裂缝要尽量沟通天然裂缝系统的技术理念。

3.2 气动力深穿透解堵技术

气动力深穿透解堵技术是利用主药剂(非火药)在近井地层反应产生可控高压气体造多条不受地应力控制的裂缝,间接引发辅助药剂在油层中发生放热反应,生成大量高温高压气体(包括HCl、N2、CO2)作为后续压力补充,进一步扩充所造裂缝,最后注入氟化物溶液与前期产生的盐酸混合,从而自生土酸刻蚀裂缝壁面,使得施工结束后裂缝不能完全闭合,达到小型体积酸压效果,解除储层深部复合堵塞。该项技术所产生的峰值压力较爆炸压裂和高能气体压裂低,且压力可控,且反应产生的N2有助于后期返排。

4 结束语

油气井在开采过程中,由于储层内在因素和外在工程因素的共同作用,储层伤害在所难免,考虑到储层伤害机理的复杂性,且每种解堵增产技术都有其局限和针对性,多种解堵技术复合协同解堵已成为目前解堵技术的发展趋势。

由于复合解堵技术较常规单一解堵技术更为复杂,势必对解堵过程中各项工艺参数(施工排量、施工压力、药品用量)的准确性提出了更高的要求,所以十分有必要对储层的微观渗流机理进一步研究,从而优化各项施工参数,确保复合协同解堵技术的高效与准确性。

版权声明|来源:《石化技术》,作者:李小凡,版权归原作者所有。
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