1、西安石油大学高职毕业论文高等职业教育毕业设计（论文）题 目 暂堵酸化工艺技术研究 学 生 张 旭 东 指导教师 张 益 评 阅 人_专 业 油气开采技术 完成日期 2012 年 4 月 14 日 西安石油大学高职毕业论文高 职 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书学生姓名 张旭东 专 业 班 级 采 油 09301 学 号 200930060134题 目 暂堵酸化工艺技术研究设计（论文）内容及基本要求研究内容： 国内外暂堵酸化技术研究现状。暂堵酸化机理分析。暂堵酸化技术研究及效果评价1 国内外暂堵酸化技术研究现状国内暂堵酸化技术的现状国外暂堵酸化技术的现状2 暂堵酸化机理分析3 暂堵酸化技术研
2、究及效果评价要求：开展暂堵酸化技术现状分析，结合暂堵酸化机理分析，开展暂堵酸化技术研究及效果评价。 设计（论文）起止时间 2012 年 2 月 21 日 至 2012 年 6 月 10 日设计（论文）地点指 导 教 师 签 名 年 月 日学 生 签 名 年 月 日西安石油大学高职毕业论文目录1 绪 论 11.1 目的和意义 .11.2 国内外现状 .12 暂堵酸化机理分析 .32.1 暂堵酸化的原理 .32.2 暂堵酸化技术 .42.3 暂堵剂注入工艺 .42.3.1 暂堵剂注入量确定 52.3.2 堵剂注入参数确定 52.3.3 选择性注入技术依据 62.3.4 注入压力确定 72.3.5
3、堵液注入速度确定方法 82.4 堵剂封堵半径和用量确定方法 .92.4.1 堵剂封堵半径计算 92.4.2 堵剂用量确定 92.5 影响注入酸速度的因素研究及注酸速度确定 .102.6 现场应用 .112.6.1 施工步骤 112.6.2 现场应用情况 113 暂堵酸化技术研究及效果评价 .123.1 暂堵剂类型的选择 .123.2 暂堵理论 .133.3 固相颗粒在地层孔隙中的堵塞机理 .133.4 暂堵剂优选及性能评价 .153.4.1 暂堵剂油溶性实验 153.4.2 暂堵剂酸不溶、水不溶评价实验 173.5 暂堵剂在携带液中分散性实验研究 .183.5.1 分散性实验 183.5.2
4、携带液及暂堵剂悬浊液粘度测试 193.6 暂堵剂粒径分布选择 .203.7 暂堵剂模拟封堵岩心实验研究 .203.7.1 验原理及实验装置 203.7.2 实验分析 213.8 暂堵带酸化解除研究 .22西安石油大学高职毕业论文4 . 酸化体系的研究与评价 234.1 常用砂岩酸化液体系 .234.2 适宜的酸型选择 .244.3 常规土酸研究 .254.3.1 常规土酸酸岩反应的机理 254.3.2 酸化引起地层的伤害 254.3.3 常规土酸酸化存在的问题 264.4 新型酸液体系研究 .264.4.1 添加剂的选择标准 264.4.2 基本作用原理 274.5 新型酸液体系的筛选及性能评
5、价 .274.5.1 酸液配方的选择 274.5.2 添加剂的优选 284.5.3 酸液体系的评价 304.6 酸液体系配方确定 .305 结论与认识 31参考文献 32西安石油大学高职毕业论文11 绪 论1.1 目的和意义对于非均质性强的低渗、低压和低产油藏,其注水剖面和产液剖面极为不均,加之在油田开发过程中,部分措施对储层也造成了一定伤害, 从而使层间矛盾更加突出,严重影响了油田开发水平的提高。目前，酸化是油气井稳产、增产,注水井稳注、增注的主要措施之一。但对于非均质性地层,笼统酸化施工时酸液遵循阻力最小原则,首先大量进入渗透率最高的层位,只有少量酸液进入渗透率较低的层位,形成酸液的指进,
6、不但未有效清除中低渗透层伤害,反而进一步加大了层间渗透率差异, 并造成大量酸液的浪费,未能达到解除中低渗透层伤害的目的,酸化效果不理想,油量不增 13 。针对这一问题,国内外报道过采用暂堵酸化技术 4,即在注入酸液之前注入油溶性或水溶性暂堵剂,或将暂堵剂加到酸液中随酸液一同注入,这时注入的暂堵剂对高渗透水层会形成较好的封堵作用,使后续注入的的酸液大部分进入低渗透油层,从而取得一定的酸化转向的作用。本文主要针对我国长庆油田的安塞低渗砂岩油藏展开了“暂堵酸化工艺技术”动态研究。为现场提供依据并且完善室内实验关于暂堵酸化的动态研究。1.2 国内外现状80 年代末期, 国外曾报道过暂堵酸化技术, 这种
7、技术是在注酸前注人油溶性暂堵剂, 或将暂堵剂混到酸液中注人, 以便在高渗透层界面快速形成滤饼, 使后续注人的酸液进人低渗透产层及污阻部位, 而这种暂堵剂则在酸化后随油流排出。但因为井周地带不均质, 渗透率不均匀, 压力分布也不一样, 加上注人的暂堵剂粒径大小也不一定合适, 所以很难形成致密滤饼, 即使形成致密滤饼, 承压能力也很低, 极易被后续注人的酸液突破, 故这种技术在现场应用中成功的机率不大。针（1）注水井投球暂堵酸化工艺使用专用硬质塑料调剖球 5先对注水井进行选择性投球调剖 6,暂堵高渗强吸水层。密度接近且略小于注入水的调剖球在动态水流携带下进入井筒,依注入水的概率性分配选择性地流至强
8、吸水层炮眼附近并封堵主强水层炮眼,在炮眼内侧注入压差作用下靠贴压实封堵在炮眼上,在施工压力和正常注水压力下不产生西安石油大学高职毕业论文2形变,从而改变注水在层间的分配,大大降低强吸水层吸水量,增强弱吸水层及可能启动的新吸水层的吸水量。暂堵结果相对改变了不同吸水强度的吸水层间的注水分配。投球暂堵高渗强吸水层作业以水井注水量下降或注水压力上升为完成标志。投球暂堵作业之后注入酸液。此时,调剖球在注水压差作用下仍压贴封堵在炮眼上,不因井筒内进入酸液、周围环境密度变化而移位,阻止酸液进入高渗强吸水层。酸液主要进入并酸化弱吸水层和可能启动的新吸水层,使这些层孔喉变大。弱吸水层吸水量增大,不吸水层开始吸水
9、,从而有效地改善吸水剖面和提高油藏动用程度。（2）新型粘性暂堵酸化技术对于小层多且薄,无法采用机械分层酸化；普通化学暂堵剂耐温性能较差而无法满足储层高温的特点,其应用受到严重限制；对于泡沫转向技术,由于泡沫本身的高温稳定性和低的液柱压力,也不宜在高温深井中应用。针对该类储层,提出了采用粘性暂堵技术来封堵高渗透层,使酸液转向到低渗透层。新型粘性暂堵技术是采用一种粘性酸液体系作为暂堵剂来封堵高渗透层,使酸液转向低渗透层 7。这种粘性酸液体系在高温下能保持较高的粘度 8,耐温性能良好,酸化后其粘度能很快降低,对储层伤害小。粘性暂堵技术解决了常规颗粒暂堵剂耐温性能较差的问题,适用于非均质性较强、小层较
10、薄的气藏。采用这项技术在大北气藏进行了暂堵酸化施工,获得了显著的增产效果,采气指数增加了 2.219 倍,对开发类似气藏具有重要的推广价值 9。（3）泡沫暂堵酸化泡沫暂堵酸化是解决纵向非均质及多层油气藏酸化,达到均匀布酸提高吸酸剖面、均匀改善各层渗透率的一项有效技术。泡沫暂堵技术,对并联岩芯酸化时能有效地暂堵分流,从而使低渗透岩芯吸酸量增大,能均匀改善不同渗透性岩芯的最终渗透率,提高酸化效果；同时采用该项技术可有效解决渗透率差异较大的多层油气藏均匀吸酸、均匀解堵问题,而无需进行其它分层措施 10。（4）油井选堵酸化针对暂堵酸化技术存在的问题，佘跃惠等提出了一种油井选堵酸化的新技术，即在注酸前注
11、入选堵剂封堵高渗透水层。然后注入酸液以酸化低渗透层和污染部位，通过反复研究，选用具有热塑性和良好油溶性的烃类树脂作为选堵剂主要成分，并添加适量交联助剂和无机填充料，以确保研制的堵剂在地层温度下经一定时问交联固化后遇水不变化，遇油后慢慢分散溶解，从而最终实现堵水不堵油的目的 11。（5）选择性堵水酸化一体化技术选择性堵水酸化一体化技术就是在酸液注入前先注入选择性堵水剂封堵高西安石油大学高职毕业论文3渗透水层,然后注入酸液酸化并解放低渗透油层。这种技术使堵水过程中不伤害非目的层,酸化过程中酸液少进入高渗层,使堵剂和酸液分别在高渗层和低渗层发挥有效作用,最终达到封堵高渗层并有效启动低渗层的目的。此技
12、术的关键在于选择性堵水剂的研制与选择性注入工艺的确定:要求选择性堵水剂对水相封堵能力强,堵水率高(大于 90%) ,而对油相封堵能力弱 ,堵油率低(小于 20%)；要求采用相应的选择性注入工艺,以保证选择性堵水剂最大限度的进入高渗透水层,并达到一定的的封堵半径和封堵强度,以便能承受足够的正向(注入酸液)和反向(排酸或采油生产抽吸)压力冲击；应使选择性堵水剂尽可能少的进入低渗透油层,酸液尽可能多的进入低渗透油层,从而取得降水增油效果 1213。2 暂堵酸化机理分析2.1 暂堵酸化的原理砂岩储层酸化技术是一种重要的解堵投产措施, 在油田应用十分广泛。酸化作业时,如果多层油气藏注入能力十分悬殊,例如
13、各层渗透率差异较大,或各层受伤害程度不一致,注酸时,酸液总是按最小阻力原理,优先进入高渗透层,这样必然造成低渗透层或伤害严重层不能进酸。由此导致两个方面的问题。其一,按照多层设计的酸量主要进入其中部分高渗透层,使高渗透层吸酸过多,对岩石溶蚀过量,易造成砂岩储层垮塌,过多液量必然造成返排困难,引起储层二次伤害,降低酸化效果；其二,酸液不能按设计要求进入低渗透层和伤害严重的层,使低渗透层和伤害严重层得不到改善,不能达到酸化解堵的目标。因此,应考虑采用适当的工艺技术,将酸液分流进入低渗层或伤害严重层,提高酸化效果 37。根据达西定律,进入每一层的酸量可表示为：（5.1）iiiLAPKQ式中：Ki第i
14、层的渗透率;p i第i层流动压差;Ai第i层渗流面积; 第 i层流体粘度；iLi造成P i压差的距离；Qi第i层的流量。西安石油大学高职毕业论文4为了使各层均匀进酸, 应满足下述条件：（5.2） n21 LPKPLK上式中n为总层数。显然, 各层的储层压力、所含流体的压缩性,流体粘度、天然缝洞的发育情况以及伤害程度的不同都会影响进入各层的流量分布。如果考虑各层压力及流体性质大致相同,则进入各层的酸量主要取决于各层的渗透性能,因此,只要设法造成各产层产生的渗流能力接近,就能实现各层均匀进酸,达到改善低渗层或解除伤害,提高酸化效果的目的。暂堵酸化技术就是通过在酸液中加入暂堵剂,由于酸液首先进入高渗
15、层,高渗层吸酸多,暂堵剂进入量也多,对高渗层的堵塞也大,从而使进入高渗层的流量逐渐减少, 低渗层的流量逐渐增大井口压力增加 ,最终各小层流量趋于均匀。酸化结束后,靠产出液自动解除暂堵剂堵塞,疏通所有渗流通道,从而达到各层均匀改善,提高酸化效果的目的。2.2 暂堵酸化技术选井原则暂堵酸化具有一定的针对性,在进行暂堵酸化施工前应认真做好选井工作。在进行暂堵酸化选井时应遵循以下几条原则 38：（1）应选近井地带油层出现严重堵塞或污染的油井。这些井在开采过程中,常表现出油井产液量下降、动液面下降等现象。（2）应选择单层开采或相隔较近的多小层开采的油井。在这些油井中单层开采的储层内,应存在渗透率值差异较
16、大,非均质性极强或存在天然裂缝及人造裂缝情况。而对于相隔较近的多小层开采井,不便于封隔酸化,储层间大多存在渗透率值差异较大或储层受污染堵塞程度不同等问题。（3）应选择储层含油性能较好,地层能量较高,低渗透层有潜力挖掘的开采井。（4）应选择距离水线较近,常规酸化后容易引起含水快速上升的油井。2.3 暂堵剂注入工艺由实验我们知道在渗透率一定的情况下，随着注入速度的逐渐增大，进入低渗层的流量分数也逐渐增加，并且注入压力的升高可以对进入低渗层的暂堵颗粒起到压实作用，通过上面两方面作用使低渗层暂堵后的渗透率大大降低。西安石油大学高职毕业论文5所以根据上面的原理，在注入暂堵剂时应在地层允许的最大压力下采用
17、最大排量对低渗层实现有效封堵，同时暂堵剂可以深入高渗层，在堵水措施范围内由于沉降和堵塞机理使这段区域内的孔隙度下降，从而可以使后面的堵剂溶液进入更深距离和发挥更大封堵作用创造了条件。所以在笼统注入暂堵堵剂溶液时，最优的施工压力为地层破裂压力的 7080%，使暂堵剂在相对低渗层尽量快速的形成致密的暂堵带。施工排量确定（5.)r-ln(Ph0.7K17.3QwesFacav4max3）Qmax 最大注入排量， m/min；PFrac 地层破裂压力，MPa；Kav 相对低渗层平均渗透率，10 -3m；h 相对低渗层层厚度，m；Ps相对低渗层压力，MPa；流体地下粘度，mPa.s；2.3.1 暂堵剂注
18、入量确定假设悬浮颗粒暂堵剂在相对低渗层的形成暂堵带的半径为 rw，累计体积为（5.4）)/(V22crhrwpLc暂堵剂质量浓度， %；vL 一相对低渗层进入量，m；rp 一暂堵剂在低渗层进入深度，m；hL相对低渗层的高度，m； 一暂堵剂密度，g/cm。则累计注入暂堵剂悬浮液量为（5.5）LLhK)(VHKL、K H 分别为相对低渗层和高渗层的渗透率，m；V 总的注入体积，cm。2.3.2 堵剂注入参数确定堵剂与调剖剂不同，通常其成胶时间要低于调剖时所用调剖剂的成胶时间。西安石油大学高职毕业论文6此时若采用控制注入压力法，即采用低压低排量的注入方式，往往堵剂的初凝时间不能达到注入总时间的需要，
19、并且随着注入过程得进行，在保持恒定注入速度的条件下，由于堵液的不断注入和前面堵液粘度的逐渐增大，不可避免地会造成注入压力逐渐升高。在高渗层和低渗层渗透率保持一定的情况下，随着注入压力的逐渐升高，进入低渗层的分流量也越来越大，会对低渗层造成严重的伤害，也降低了堵剂的有效利用率。所以本文通过暂堵保护法实现堵液的选择性注入，由于暂堵剂在非目的层端面形成有效暂堵后，非目的层的渗透率达到很低值，此时即使采用较高的注入压力，低渗层中进入堵液的量也很少，对其造成的伤害也很小。所以暂堵保护后注入后续堵液时可以采用较高的压力和排量下注入。同时笼统堵水作业时，在成胶时间允许的条件下适当采用较低的注入排量更有利于堵
20、液的选择性进入，从而高渗地层被高强度堵剂有效地封堵，达到了选择性堵水或调剖的目的。2.3.3 选择性注入技术依据对于笼统注入来说，选择性注入工艺技术主要是用控制注人压力的方法来达到堵剂有选择性地进入地层 39。堵液流量分配的表现之一是注入压力越高，中低渗透层所占的吸水比例越大;当压力上升到一定值后，中低渗透层的吸水比例有突变性上升现象。图 5-1 是渗透率级差为 1:3:7 三个物理模型组成的一组模型试验结果。从图4-1可以看出，当注人压力梯度值超过 0.04MPa/m 时，例如达到 0.05MPa/m，中低渗透层的吸水百分比有一突增性的变化。西安石油大学高职毕业论文720253035400
21、0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06注 入 压 力 梯 度 值 ， MPa/m中低渗透层进液能力，%2.3.4 注入压力确定确定施工工艺参数主要是确定压力和排量，但两者是相关参数，所以通常主要是确定压力。对于多层非均质油藏，压力的选择原则一方面是不能超过地层的破裂压力；另一方面是压力也不能太低，太低满足不了排量的要求。关键是找出合理的注入压力标准和具体的压力指标来控制选择性注入。经试验研究和现场验证，找出了注入压力梯度值和选择性注入之间所存在的规律性关系。注入压力梯度 Pt 同时受多个因素制约的，可由下式表示：Pt=(Pinjp+Ph-Pf -Pe)/L （5.6）式中P
22、t注入压力梯度值，MPa/m；Pinjp挤注堵剂时的井口注入压力，MPa；Ph油层中部液柱压力，P h =Hm/100,MPa；m堵液比重，无因次；H油层垂深，m；Pe 地层压力，MPa；Pf堵液与油(套)管的摩阻，Mpa；L油井井距，m。图 5-1 不同渗透率条件下中低渗岩心吸液能力比列西安石油大学高职毕业论文8从式（5.6）以看到，P t 的大小决定注入压力的大小，因此如何人为地确定合理的 Pt，值是选注工艺技术的关键。一般 Pt 值的确定依据地层启动压力、地层间吸液能力差异和不同渗透率岩心流量分配等因素，经过试验研究得到的。我国陆上油田选择 Pt 值不能大于0.04MPa/m，可将这个数
23、值作为最高注入压力界限指标来控制选择性注入。对3 种堵剂在几个个油田的试验结果，证明其符合率可达 90100%。具体应用时，Pt 比 0.04MPa/m 越小效果会越好。对于暂堵酸化一体化技术来说，由于暂堵保护的作用注入压差可以较大。所以注入压力大小为Pinjp=PtLP h+Pe （5.7）典型情况下 L=400m，若储层垂深按 1500m 计算，P e 按照 11Mpa 计算，不考虑注入时摩阻大小则注入压力上限应控制在约 9.25MPa 以内，实际实施时应分区块不同，依据单井资料计算合理注入压力。2.3.5 堵液注入速度确定方法注入速度的大小与注入压力高低密切关联。考虑到堵液的最大限度优先
24、进入高渗透含水层，并不压破地层，因而控制注入速度(通过控制注入压力来实现)。我们应选择低压低排量注入模式，根据(5.7)式确定出的注入压力上限，用下式计算堵液注入速度：（5.8）)/ln(107.34wesijavinjp rPhKq在上式中平均渗透率取 200010-3m2，封堵层有效吸液厚度取 10m，注入压力按照 7.25MPa 计算，地层压力取 4MPa，流体粘度粘度取 2mPa.S，r e 和 rw分别按 250m 和 0.12m 计算，则初始注入速度为应小于4.5 时，酸中的二价铁离子会形成三价铁离子，产生沉淀。采用酸后及时返排或在酸中加入铬合剂的方法可避免此类沉淀。4.3.3 常
25、规土酸酸化存在的问题（1）溶蚀能力太强，容易引起骨架破坏；（2）无预处理液，并且一般不添加铬合剂，如果返排不及时容易造成二次沉淀；（3）返排后的残酸容易造成环境污染；（4）容易产生新的污染。因返排压差较大，易引起地层深部的死油及粘土颗粒向近井地带运移，造成新的堵塞。为减少酸化过程中引起油层伤害的无机沉淀和有机不溶物，必须采用多组分酸和复合添加剂，利用它们所特有的性质，加上合理的施工工序，创造一定的条件，抑制或减少二次沉淀。4.4 新型酸液体系研究4.4.1 添加剂的选择标准（1）延缓酸液消耗以便在井眼周围获得足够的穿透距离；（2）避免反应产物在井眼就近沉淀；（3）避免反应地层注入带的松散化；（4）避免微粒运移。
