隱形酸完井液.doc

隱形酸完井液技術(shù)一、隱形酸的作用機理和功能1 隱形酸的作用機理隱形酸完井液是在完井液（或射孔液）中加入隱形酸螯合劑HTA，該隱形酸外觀為淺黃色粒狀固體，本身不是酸。該劑具有極強的水溶性，在水溶液中能釋放出H+離子，使溶液呈酸性，其酸性的強弱與HTA濃度有關，HTA濃度越高，酸性越強，這種隱形酸能夠部分溶解有機物、無機垢、泥餅，疏通近井壁的油層孔道，從而達到提高油層滲透率的目的。2 隱形酸的功能1) 解除各種工作液、地層水之間不配伍導致的儲層損害；2) 清除水平井完井后負壓解堵不能解除的屏蔽環(huán)損害；3) 清除大分子聚合物在儲層孔隙中吸附、滯留、附集導致的損害；4) 解除射孔孔眼縱向上屏蔽環(huán)造成的油流阻力。二、完井過程中的儲層損害1 各種工作液、地層水之間不配伍導致的儲層損害1.1 濾液、地層水之間不配伍對巖心損害的程度 鉆開油層時，鉆井液濾液、水泥漿濾液(包括領漿)以及完井液濾液在壓差作用下，都會不可避免地進入油層。如果這些濾液間相互不配伍，而產(chǎn)生化學沉淀，就會對油層造成損害。將各種濾液按不同比例混合，用濁度儀測其混合后的濁度值，并觀察是否出現(xiàn)沉淀。如果混合液濁度值增加或出現(xiàn)沉淀，則說明濾液間不配伍。表1 SZ36-1各濾液之間的配伍性(60) 濁 比例 度組成各 濾 液 之 間 體 積 比100915519地層水:鉆井液332818鉆井液：水泥漿11127*135*503*鉆井液：水泥領漿11120*1238*968*水泥漿：堿性完井液9710000*10000*19水泥漿：海水97165*197*12 *:少量沉淀；*：沉淀較多；*：大量沉淀 實驗發(fā)現(xiàn)，鉆井液濾液與地層水具有較好的配伍性，但鉆井液濾液與水泥漿濾液以及水泥漿濾液與完井液濾液存在比較嚴重的不配伍性。 產(chǎn)生沉淀的主要原因可能是：水泥漿濾液中含有大量游離的Ca2+、Mg2+、SO42-、OH-以及陰離子類處理劑，而鉆井液、完井液、地層水中含有CO32-、-COO-以及部分陽離子處理劑，相互接觸時，就會產(chǎn)生CaCO3、MgCO3、Ca(OH)2、羧酸鈣等沉淀，以及陰陽離子的絮狀懸浮物，就會不同程度的堵塞儲層孔喉，尤其是對于低滲低孔喉儲層，將會造成比較嚴重的損害。表2 泥漿濾液、水泥漿濾液和完井液對巖心的綜合損害 25Mpa/60/3天損害濾液巖心號Kam210-3Kom210-3Kd/Ko(%)1-Kd/Ko(%)sMMH正電膠+B水泥漿M74K39213411636903756360.737.039.3陽離子+B水泥漿L20K16229161273926842.055.858.054.2三磺泥漿+B水泥漿L195L102470155379750140.044.860.055.2聚合物+領漿M173L54589733891896107665.460.534.639.5聚合物+B水泥漿Z2K4138751387111944063.049.137.050.9聚合醇漿+B水泥漿2936217954961337204221742459767.676.365.732.423.734.3聚合醇漿+領漿M144M257626534632021111769.467.630.632.4聚合物漿+B漿+完井液L103L1421420161048151351.654.748.445.3注：B水泥漿指抗高溫的水泥漿從實驗發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)常用的幾種鉆井液如MMH正電膠、陽離子、三磺、聚合物以及聚合醇泥漿，與水泥漿濾液均存在不配伍，對巖心的綜合損害經(jīng)高壓釜老化后，損害程度較大。其中聚合醇泥漿濾液與水泥漿濾液損害率相對較小，為24-35%，MMH正電膠次之，為37-39%。1.2 濾液沉淀可能侵入的深度由于水泥漿濾液進入地層后，會與前期進入地層的鉆井液濾液產(chǎn)生沉淀，水泥漿濾液進入地層的深度就是沉淀的深度，所以有必要計算水泥漿濾液的侵入深度，來確定沉淀的深度是否超過了射孔的深度。選滲透率為低、中、高的三組巖心進行動靜污染實驗，利用濾失量計算其單位面積上的濾失速率，按下列公式計算侵入深度，試驗結(jié)果見表3。 式中 Q單位面積總濾失量，ml； rw井眼半徑，m； 孔隙度，取0.30； 頂替效率，取0.65。表3 水泥漿濾液侵入深度損害液巖心號Ko（10-3m2）水泥漿濾失量（ml）濾失速率（ml/cm2hr）侵入深度(cm)尾漿19#6001.66.42164#3971.14.68162901.04.2領漿K125#186580124.233.4M37792825.0511.2 由表3可以看出，泥漿污染巖心后，再用水泥漿濾液污染，水泥漿濾液侵入深度隨濾失量增加而明顯增加，滲透率高，污染加深。特別是水泥漿領漿，盡管同巖心接觸時間短，但侵入深度達到33.4cm，結(jié)合尾漿侵入深度，不同類型的水泥漿濾液的侵入深度在3040cm之間。而射孔彈的最大穿透深度不夠,無法完全射穿由于濾液不配伍產(chǎn)生沉淀造成的孔喉堵塞。這是以往的研究者以及現(xiàn)場施工者沒有涉及到的問題。2 水平井完井液可能產(chǎn)生的儲層損害 水平井完井液儲層保護采用屏蔽暫堵技術(shù)，在井壁上形成致密的屏蔽環(huán)，負壓解堵不能完全解除由屏蔽環(huán)造成的堵塞。 完井液濾液滲入地層與地層中的礦物質(zhì)可能產(chǎn)生沉淀堵塞。 濾液中大分子聚合物在壓差作用下會滲入地層，由于濾液粘度高，在負壓誘噴的驅(qū)動下難以順利反排形成油流通道，這樣就造成了儲層堵塞。3 大分子聚合物在儲層孔隙中吸附、滯留、附集導致儲層損害 鉆井液中高分子處理劑材料由于分子鏈較長，隨濾液進入地層后，會在儲層孔隙表面吸附、滯留、附集堵塞儲層孔喉，造成儲層損害。上圖是不同濃度的80A51水溶液對不同滲透率巖心的堵塞實驗，對于滲透率為700毫達西的巖心，當80A51的濃度為0.1%時，巖心的反排滲透率恢復值為43%，當濃度達到0.4%時，巖心的反排滲透率恢復值僅為27%，這說明高分子處理劑對儲層堵塞是非常嚴重的，所以在完井作業(yè)時，應對高分子處理劑進行破膠處理。4 射孔完井難以解除孔眼之間縱向上屏蔽暫堵環(huán)造成的油流阻力 鉆井液與地層接觸時，由于液柱壓差大于地層孔隙壓差，其固相與液相就不可避免的會侵入地層，而地層巖心是多孔介質(zhì)，不同滲透率的巖心，其孔喉半徑不一樣，當固相粒子半徑與儲層巖心孔隙半徑不匹配時（遠大于或小于），就會堵塞儲層孔喉，而鉆井過程中可能造成儲層損害的固相又包括鉆井泥漿固相和鉆井水泥漿固相。4.1 鉆井液固相對巖心的動污染損害用高溫高壓動失水儀，在溫度T80，壓差P3.5MPa，速梯dv/dx200s-1條件下，評價了鉆井液對不同滲透率巖心的污染程度。表4 鉆井液對不同滲透率巖心的損害巖心號Kam210-3主要mQ125(ml)Kd/Ko （%）不同深度(cm) Kd/Ko(%)2.5-5.55.5-7.5L3212212.5-6.313.130.189.199.4L3253042.5-6.312.932.392.299.8L3168416.4-10.214.633.681.396.5L3189156.4-10.215.434.784.894.7M260184010.3-1617.437.280.695.1M265212610.3-1618.136.378.492.3N33342016.1-2520.242.172.180.8N34340016.1-2519.244.370.778.5M220458125.1-4023.956.160.768.5M221472225.1-4025.157.459.273.9注：kd空氣滲透率；平均孔喉半徑；Q125為動態(tài)污染125min時的累計濾失量表5 泥漿的固相顆粒半徑分布組 成不同半徑(m)的粒子占總粒子體積百分數(shù)(%)2.55.07.512.525.032.550.0QS-0.816.852.726.23.5聚合物+3%QS-10.329.138.213.28.90.3表4是聚合物泥漿中加入超細碳酸鈣QS-動態(tài)污染后，對不同滲透率巖心的損害程度。表5是用激光粒度儀測定的聚合物泥漿固相顆粒粒徑分布。從表中可以看出：隨巖心滲透率增加，孔喉半徑增加，鉆井液的污染巖心的深度增加。這是因為聚合物泥漿固相顆粒粒徑主要分布在2.512.5m，根據(jù)2/3橋堵規(guī)律，即當泥漿中主要固相顆粒粒徑為巖心孔喉半徑2/3時，形成泥餅最致密，污染帶最淺。實驗結(jié)果表明，聚合物泥漿+3.0%QS-時，對巖心滲透率小于2000m210-3的巖心，具有良好的屏蔽暫堵作用。當滲透率超過2000m210-3時，其巖心的孔喉半徑明顯大于鉆井液中的固相顆粒粒徑，固相顆粒難以在喉道處架橋,無法形成良好的內(nèi)外泥餅,致使侵入帶過深，污染深度過大。4.2 泥漿和水泥漿對巖心的綜合損害 利用高溫高壓動失水儀在溫度80，壓差3.5MPa，流動速梯200S-1條件下，用泥漿對巖心動污染125min后，取出巖心，不去泥餅，然后裝入高溫高壓靜失水儀，在壓差為7.0MPa，溫度80條件下繼續(xù)用水泥漿污染100min，取出測其不同深度滲透率恢復值。表6 泥漿和水泥漿對巖心的綜合損害損害液Ka10-3m2Q125mlfdml/cm2hrQ100mlKd/Ko%不同深度Kd/Ko2.55.55.57.5聚合物+B水泥漿2353450486010.617.420.31.11.761.911.06.27.849.625.726.380.361.462.194.480.077.6聚合物+3.0%QS-+B水泥漿234339048248.117.020.00.651.741.910.96.17.628.328.629.586.850.351.296.574.170.6聚合醇+B漿4652354015.515.41.561.535.483.142.446.768.867.680.081.2聚合醇+3%QS-+B漿3673358214.915.61.471.624.74.239.542.953.152.269.966.5三磺泥漿+B漿3470336412.311.50.980.962.12.030.628.445.640.156.153.4三磺泥漿+3.0%QS-+B漿3473300010.810.30.950.932.01.926.425.537.634.748.445.5陽離子+B漿3624347118.617.81.621.625.55.445.144.765.364.675.474.8陽離子+3.0%QS-+B漿3095345117.117.51.601.625.45.343.144.254.352.165.263.4 實驗發(fā)現(xiàn)：泥漿和水泥漿對巖心的綜合損害程度比單一損害程度嚴重，尤其是高滲透率巖心，污染深度加深，這主要可能是由于水泥漿壓差大，致使侵入巖心中的泥漿被推向深部。5 小 結(jié)l 鉆井液濾液、水泥漿濾液侵入儲層的深度超過30cm，可能會超過射孔的深度。l 鉆井液濾液、水泥漿濾液及二者綜合對巖心滲透率的損害程度達到40-50%，在儲層保護研究和實施過程中應采取措施來消除損害。l 大分子聚合物溶液對巖心滲透率的損害程度嚴重且損害深度較深，因此在射孔液及后續(xù)工作液中使用聚合物溶液作為工作液時，必須注意儲層保護。l 水平井完井液采用屏蔽暫堵技術(shù)形成的致密泥餅及屏蔽環(huán)在負壓解堵的過程中無法完全自動解堵，需采取針對性措施。三、隱形酸完井液的室內(nèi)研究1 隱形酸完井液基本組成l 清水或鹽水加粘土穩(wěn)定劑、隱形酸螯合劑HTA、防腐殺菌劑l 密度調(diào)節(jié)劑： NaCl/KCl/COOHNa(1.01- 1.20g/cm3) CaCl2/NaCOOH (1.01-1.39g/cm3) CaCl2/CaBr2/KCOOH(1.40-1.80g/cm3) CaCl2/ZnBr2/SeCOOH(1.81-2.30g/cm3)2 室內(nèi)效果評價2.1 HTA濃度對溶液pH值的影響表7 HTA濃度對溶液pH值的影響濃度%00.10.20.30.40.5PH975.542.51 結(jié)果表明，隨著HTA濃度增加，溶液的酸性增強，pH值下降。2.2 HTA對溶液沉淀消除效果表8 HTA對綏中36-1油田作業(yè)液沉淀消除效果評價編 號 現(xiàn)象 比例組成915519A1鉆井濾液水泥領漿濾液沉淀較多PH=9大量沉淀PH=10少量沉淀PH=11B1A1+0.3%HTA清PH=5.5清PH=6.5清PH=7.5C1鉆井濾液水泥漿濾液沉淀較多PH=9大量沉淀PH=10少量沉淀PH=1011D1C1+0.3%HTA清PH=5.5清PH=6.0清PH=6.52.3 HTA對有機處理劑降解效果表9 HTA對有機處理劑降解效果評價處理劑名稱HTA濃度(%)00.10.20.30.40.50.6%HEC粘度(S)824.4570.5408.9260.3151.774.2降解率(%)/30.850.468.481.690.00.5%PF-plus粘度(S)693.9464.2308.1190.1113.160.4降解率(%)/33.155.672.683.791.30.3%Drispac-HV粘度(S)610.6423.8304.7187.5113.662.9降解率(%)/30.650.169.381.489.71.0%DFD粘度(S)591.8349.2239.1149.181.132.0降解率(%)/41.059.674.886.394.61.0%NaPAN粘度(S)425.7292.0218.8160.1103.462.1降解率(%)/31.448.662.475.785.42.4 HTA對泥餅的溶解效果將聚合物鉆井液用CaCO3加重至=1.15g/cm3，在高溫高壓失水儀上形成30min濾餅，并在60，3.5MPa條件下，測定蒸餾水的濾失量，然后分別用1%HCl和不同濃度HTA水溶液測定30min的濾失量，評價HTA隱形酸溶液對泥餅的酸溶性。實驗結(jié)果見表10。表10 CaCO3加重鉆井液濾餅酸溶性實驗 時間 濾失量 min試劑1 4 8 16 3030min.泥餅滲透率提高值蒸餾水1.5 2.7 3.6 7.4 9.50.3%HTA1.8 4.2 5.8 9.7 13.838%0.7%HTA2.3 4.5 7.8 11.3 15.757%1.0%HTA2.9 18.4 147全部濾失完1.0%HCl4.0 135全部濾失完通過室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，HTA加量增加，對泥餅的溶蝕增強，有利于保護儲層，疏通油氣層孔道。2.5 隱形酸完井液與常規(guī)完井液的對比結(jié)果表明，隱形酸對巖心無損害，隨注入體積增加，滲透率恢復值呈上升趨勢。但傳統(tǒng)完井液隨注入體積增加，滲透率恢復值呈下降趨勢。2.6 隱形酸對已損害的巖心清洗效果 對于已經(jīng)損害的巖心，注入隱形酸后，能夠明顯提高巖心滲透率恢復值。2.7 國外采取的措施Clean-up Procedure depends on Completion typeCompletion Method Clean-Up TreatmentCased, Cemented & Perforated NoneSlotted / Perforated Liner Oxidizer/ Acid/ Enzyme Pre-Packed Liner Oxidizer/ Acid/ Enzyme Gravel Pack AcidFracture Oxidizer/ Acid/ Enzyme Frac Pack Oxidizer/ Acid/ Enzyme (* completion method used)Field Data CompletionwellBreaker(bbls)Soak TimeLosses(bph)before/after washRemarks#1804hrs0/96Init3800bpd,then to 8000bpd.PI=12-14bpd/psi#260204hrs240hrs0/00/254Init4000bpd,then to 7500bpd.PI=11-13bpd/psi#33015hrs0/540Init3800bpd,then to 5000bpd.PI=19bpd/psi2.8 小結(jié)l 隱形酸可以解除各種濾液、地層水不配伍產(chǎn)生的無機垢、有機垢沉淀。l 隱形酸可以防止無機垢、有機垢的形成。l 隱形酸可以溶解屏蔽環(huán)、有機處理劑形成的泥餅。l 利用螯合劑防止高價金屬離子二次沉淀堵塞和損害儲層。l 例子：完井作業(yè)后的酸洗、溴鹽完井液四、現(xiàn)場應用效果 隱形酸完井液已先后在渤海地區(qū)的JZ9-3、QK17-2、SZ36-1和QHD32-6油田應用。其中QK17-2、JZ9-3油田開發(fā)井全部使用這種完井液完井，投產(chǎn)后的結(jié)果表明，這種完井液對于保護儲層，提高油井產(chǎn)量具有明顯效果。JZ9-3油田產(chǎn)量比ODP方案（開發(fā)預測方案）提高60%（其中包含地質(zhì)儲量比預計增加40%的原因）；QK17-2油田進行了13口井的生產(chǎn)測試，從測試產(chǎn)量比較，11口井產(chǎn)量大大超過ODP配產(chǎn)產(chǎn)量，2口井未達到（原因待查），超過率達到85%1 QK17-2油田的應用效果1.1 與鄰井17-2-1井對比井類型井號產(chǎn)量（m3/d）每米采油指數(shù)m3/Mpadm平均產(chǎn)量提高（%）平均每米采油指數(shù)提高（%）評價井QK17-2-195.92.1/實驗井P1973.52.0330.932.7P20103.12.56P21257.35.87P241212.02使用隱形酸后的實驗井產(chǎn)量平均比相鄰評價井提高30.9%；而比采油指數(shù)比評價井提高32.7%。1.2 與相鄰評價井QK17-2-2D井的對比評價井類型井號產(chǎn)量（m3/d）每米采油指數(shù)m3/Mpadm平均產(chǎn)量提高（%）平均每米采油指數(shù)提高（%）評價井QK17-2-2D64.52.77/實驗井P129.59.1225.732.4P479.21.43P5151.91.75 實驗井產(chǎn)量平均比相鄰評價井提高25.7%；而比采油指數(shù)比評價井提高32.4%。1.3 與相鄰井QK17-2-3井的對比井類型井號產(chǎn)量（m3/d）每米采油指數(shù)m3/Mpadm平均產(chǎn)量提高（%）平均每米采油指數(shù)提高（%）評價井QK17-2-3104.72.15/實驗井P8203.84.9120.167.2P9228.715.3P137.24.94P1484.71.04實驗井產(chǎn)量平均比相鄰評價井提高20.1%；而比采油指數(shù)比評價井提高67.2%。2 SZ36-1油田試驗井中的應用2.1 試驗井E1、D5井與B區(qū)鄰井比采油指數(shù)對比試驗井E1、D5井的平均比采油指數(shù)比B區(qū)臨井四口井的平均比采油指數(shù)提高了11.98%，而試驗井由于前期開發(fā)地層壓力衰減，其地層壓力系數(shù)比鄰井降低了1015%，所以實際比采油指數(shù)提高值應高于11.98%2.2 試驗井F28井與SZ36-1-18井對比層位有效厚度 m滲透率md試井滲透率md表皮系數(shù)產(chǎn)量m3/d生產(chǎn)壓強m3/(d.m)采油強度m3/(d.m)比采油指數(shù)m3/(mpa.d.m)F2818F2818F2818F2818F2818F2818F2818F2818I上112.322.983354042448517839.4310.872.824.33.