连续水平井酸化工艺技术在伊拉克AHDEB油田的应用(最终)

AHDEB油田的应用

作者：滕龙杨平春王能成张治武晓帅单位：四川安东国际分公司

摘要：阐述了连续水平井酸化工艺的特点及原理，介绍了连续

气举参数优化和连续酸化在伊拉克AHDEB油田施工情况及实施步骤，

分析了连续酸化效果，对酸液体系与钻完井液以及原油做了配伍实验，

证明该酸液体系有较好的配伍性，并提出了改进意见和建议。

主题词：连续水平井酸化伊拉克AHDEB油田

引言

酸化技术是油气层改造常用的技术之一，它是通过酸液溶蚀岩石孔隙中的堵塞物或基岩本身的某些矿物成份，从而改善岩石内部孔道的连通性，解除地层的污染，提高油水井的生产能力。

连续是相对于常规螺纹连接而言的,它是一种缠绕在大滚筒上、可连续下入或起出油气井的一整根无螺纹连接的长。连续作业几乎触及到所有的常规作业范畴, 例如连续气举、替喷、酸化、冲砂、解卡等工艺。

同常规作业相比, 连续酸化工艺的主要优点有：连续作业可进行过作业不需起出生产管柱,作业时间短、作业安全可靠；连续可以带压下入井内,避免采用压井液所产生的附加的油气层伤害；避免油气层与环空液体接触；作业过程中不需设置封隔器及起出管柱,避免了起下作业时对井口及井下压力密封所产生的损害；消除了管壁杂质或其它不可溶岩屑通过生产管柱或作业管柱进入完井井段,避免了完井管柱与酸液接触所造成的不必要的腐蚀,减少了溶解垢物及铁锈替置到地层的几率；具有很高的可实施性及安全性,尤其是在不了解生产管柱状况的情况下,也能用连续进行酸化作业。

一、伊拉克AHDEB油田基本情况

（一）伊拉克AHDEB油田地理位置

AHDEB油田位于伊拉克首都巴格达东南180km。油田东西长约25km，南北宽约10km。伊拉克AHDEB油田属背斜构造油气藏，构造面积200km2，最大含油面积为（K2层）133km2。井位图见图1。

Khasib组为该油田的主力层系：岩性为含生屑～生屑泥屑灰岩。岩石结构为泥屑结构，成份为方解石。生物有棘皮、腕足、有孔虫、介形虫、蜓、藻类等碎片，棘皮类局部集中分布。生物碎屑约占30%左右。含少量砂屑，孔隙以粒间溶孔为主，少量为生物体腔孔。

储层物性：孔隙度平均为17.3%，渗透率平均为25md，属于中高孔低渗透储层。

图1AHDEB油田井位图

（二）AHDEB油田地质基本情况

1.地层孔隙压力及破裂压力

其油藏压力系数为1.10～1.17，破裂压力系数为1.80～1.95。

2.流体性质

地面原油性质：原油密度一般在0.90～0.93g/cm3，并有上轻下重的变化趋势；原油粘度在48.9℃的条件下一般为25～30mP·s；含少量的蜡和沥青；含硫量3～4%；凝固点-20℃至-30℃。

地层原油性质：原油密度：在0.7539～0.7941g/cm3；粘度在原始地层压力条件下0.543～3.795mPa·s；气油比70.857～113.77m3/m3；含硫量小于4.0%；地层温度为71.1～85℃，为正常的温度系统。

天然气性质：AHDEB油田是一个未饱和油藏，原始天然气以溶解气的方式存在于原油中，具有如下性质：天然气分子量为23左右，相对于空气比重为0.8左右；甲烷含量中等，为70%左右；乙烷＋丙烷含量较高，约23%左右；丁烷及以上的重烃含量较少。

地层水性质：地层水含盐量较大，5～18×104ppm；水型为NaCl。（三）AHDEB油田酸化施工情况

该油田开发至今，共酸化269口井，其中158口水平井（其中裸眼井38口，占24.05%），112口直井，共增油139.52万吨，占开发至今总产量的6.57%，酸化效果显著。历年酸化作业及增油情况见表1。

表1历年酸化作业及增油统计表

二、连续水平井酸化工艺

（一）工艺原理

和直井不同，水平井中的流动可近似被认为在近井区为径向流动,远井区为线性流动(如图2所示)。此外，渗透率各向异性对流动也有很大影响。由于储层伤害和渗流场直接相关，从而导致水平井伤害的位置和形状也同直井存在显著差异。

因此,不能像对直井的假设中那样认为水平井井筒周围的伤害是一渗透率降低的圆柱。对其伤害特征可从以下两点考虑: ①由于油藏各向异性，水平井水平段上水平渗透率和垂直渗透率大小不同，导致与井身垂直的伤害区横截面为椭圆形，而椭圆的形状取决于垂直渗透率与水平渗透率之比；②在水平井钻、完井过程中，由于地层接触长度较长，工作液对水平段不同位置的浸泡时间不同，导致水平段起始端比末端伤害严重，造成的伤害带呈不均匀分布，其形状为一个大头端靠近垂直井段的椭圆锥台体。水平井伤害形状如图3所示。

rdH

Kd

Kd

Kh

图2 水平井水平段流动特征图图3 椭圆锥台体模型图

酸化是油田增产的基本措施之一，但是由于地层的非均质性，常规酸化时，酸液不能均匀地进到每一层段，井筒附近地层污染严重的吸入酸液量少，而井筒地层附近污染少的吸入酸液多，不能有效消除污染的地层部分，从而降低了酸化效果。利用转向酸化技术可以达到均匀布酸。随着连续性能的不断提高,连续在油田酸化增产方面发挥的作用不断增强，特别是在水平井、大斜度井的施工中，更显示出其优越性。因为储层的各向异性使大部分水平井的伤害是一个大端基底靠近垂直井段的椭圆锥台体，通过连续拖动+定点来达到锥形注入，灵活控制每段的用酸强度以达到采用较少酸量，取得好的酸化解堵效果。

连续酸化工艺技术是指通过连续对大斜度井或水平井进行酸洗或定点+拖动注酸作业，以提高地层渗透率，达到增产的目的。

连续可以在不动井下管柱的情况下，携带工具下至目的层。在下连续的过程中，泵注预清洗液如柴油、清水、降阻液等清洗连续及将完井液替置出地层,下至目的层后开始泵注酸液。

当酸液到达连续底部时，按要求缓慢拖动连续，速度应与泵速相协调，以保证目的层以上为不间断盐酸。这一点是确保酸化效果的关键, 可依据下面的简单公式调整泵酸的排量。

Q排量=（1）

—泵注排量，m3/min；

式中：Q

排量

v—起管速度，m/min；

d—井内酸柱直径，m。

当连续内充满酸液时，缓慢上提连续，水平段宜采用拖动+定点实行整个水平段的酸化，泵注的酸量根据计算确定，保证在入靶点端到井底的酸量成一圆锥台，以有效地解出地层受到的污染。（二）利用连续酸化的优点

利用连续工艺技术进行水平井酸化的优点：

1. 可以进行不压井作业,直接进行增产施工作业。

2. 酸化后直接用气举或氮气强排出残酸，防止二次污染。

3. 通过连续注入酸液，可以避免井口设施、完井管柱和酸液接触，防止腐蚀，保护采油树和管柱。

4. 可方便实施定点、分层、转向技术、防止在酸液前的液体被压入地层，造成地层污染。

5. 可以实现长距离布酸，多次或多层施工，提高施工效率。

但是，连续的自身局限性，如摩阻高、排量小等，不能用大酸量酸化施工。但事实证明，小酸量也能取得同样或更好的增产效果。（三）AHDEB油田连续酸化工艺

1.水平井连续拖动酸化工艺特点国外的研究和实践证实，水平井的地层损害通常较直井的地层损害严重，这是由于储层与钻井液的接触时间较长所至。对于碳酸盐岩油气层，酸化的主要目的是恢复受损害地层的原始渗透率。采用连续拖动解堵酸化施工工艺对水平段进行清洁和解堵，解除水平井段表皮损害，避免钻井泥浆滤液和固相堵塞物进入深部地层。

2.连续注氮排液施工参数优化

从某种意义上说，酸化成功只是整个酸化成功的一半，要想获得理想的增产效果，酸后有效的排液是成功的另一半。根据对油田酸化排液资料的统计分析可以看出：排液时间越长，酸化效果越差。目前，AHDEB 油田压力系数为0.75～1.11，利用连续酸化施工后留在井内的便利条件，水平井连续酸化施工后，直接用连续注氮气排液（酸化前连续接好制氮设备），通过对相应参数的优化，实现了残酸的快速返排，减少了残液在地层中的滞留时间，取得了较好的施工效果。

（1）氮气连续携液的临界流速

氮气排液作业过程中，氮气由连续底部注入-连续之间的环形空间，与井内液体混合后在环空内以气液两相流的形式将井底积液返排到地面。为使气体实现连续排液，氮气在环空底部必须大于连续携液的临界流速。临界流速公式：

（2）

（3）

式中：v—氮气连续携液临界流速；

—气液表面张力，N/m，取0.072；

—液体密度，g/cm3；

—氮气密度，g/cm3；

P—压力，Mpa；

T—温度，℃。

（2）初始排液深度

井筒内液体在环空上升过程中，必须达到排液临界排量，其初始氮气泵注的临界排量为：m3/min

其中B为氮气的体积系数，可以查表取得，S为环空面积，m2。

流体在流动过程中和外形内壁摩擦产生的压力降即摩擦压力如式（4）所示（忽略井口、地面管线、节流管汇等的影响）：

（4）

式中：—环空总摩擦力，Kpa；

—摩擦系数，无因次；

L—为初始排液深度，m；

—为生产内径，mm；

—为连续外径，mm；

u—为平均流速，m/s；

—为流体密度，kg/m3。

（3）连续下入速度

随着井筒内的液体被排出，静液柱压力降低，液体流速增加，不采取措施控制返排液流量或者增加排液深度，当液体流速增加到某个值时，摩擦力快速增加，将大大增加井底压力。如果排液初始深度在射孔段以上，以速度V CT=Q/BS′下入连续,保持排量不变，以提高排液效率。

式中：Q—氮气泵注排量，L/min；

S′—截面积，mm2；

B—氮气体积系数。

（4）最大允许排液深度套管允许掏空的最大深度（以7″N80套管为例）：

h套≤P抗外挤/g=7030/[1.17×9.8×(145/1000)]=4228m

连续允许最大排液深度（以1.5″ QT-800连续为例）：

H CT≤100P抗外挤/（1.25修井液）=（100×82.4）/（1.25×1.2）=5493m

实际安全系数取1.5，则H CT≤5493/1.5=3662m

氮气气举的施工参数的优化需要以条件为，进行多点计算以取得最佳施工参数，完成施工参数的优化。

三、连续酸化工艺在该油田使用实例

AHDEB油田目前使用的酸液体系主要有两种：一种为常规酸（常用于直井单层、短射孔段，配方：15.0%～20.0%HCl+1.0%ADH-1+1.5%MPA-3）；另一种为转向酸（通常用于直井多层、长射孔段以及水平井，配方：20.0%HCl+1.0%ADH-1+1.5%MPA-3+7.0%ADZ-1）。这里主要介绍水平井和大斜度井的应用。

（一）水平井（筛管和裸眼）

AD1-15-4H 井是该油田的一口开发井，该井Kh2层段: 2792.00～3593.00m共801.00m，通过连续拖动+定点酸化、气举排液联作施工, 共注入150m3 20%转向酸，施工过程中井口压力：0↗8.97↘0Mpa，泵压：P: 38↗44↘40MPa。表皮系数由酸化前的9.32降到酸化后的-6.17，说明地层得到了较好的改善。酸化后用连续在1500m气举，共用氮气1500m3。酸化气举结束后测试结果：44/″油嘴，油压：600psi，日产油3504bbl，含水0.0%。酸化施工曲线见图4，酸化后投产数据见表2。

图4AD1-15-4H 酸化施工曲线图表2AD1-15-4H生产数据表

需要注意的是：对于有封隔器的带筛管井，由于封隔器座封后的钢球掉入井内，第一次下入连续时一定要在悬挂器前后50m反复冲洗3次以上，以确保钢球被连续顶入井底，以保证作业安全。否则钢球可能卡住连续，导致连续无法下到井底，甚至将连续卡死，造成连续变形，甚至报废、断落等井下事故。

对于常规裸眼井，施工程序与带筛管水平井基本一致。需要注意的是：因连续与裸眼井段井壁的摩擦系数较大，洗井时需要使用一定比例的降阻液来帮助连续下到井底。同时在酸化快结束顶替时，连续只能停在A点附近，严禁再次下入到已酸化井段，顶替结束后直接上提连续进行气举作业。

（二）大位移井

ADMa-2H井为该油田的一口大位移裸眼井，水平裸眼段长度为1300m（3304～4604m）。2014年8月5日用180m3 20%转向酸酸化3304～4281m段，酸化过程中井口压力变化：0.7↗8.4↘0Mpa，泵压变化：P: 19～25MPa，酸化前后表皮系数变化：33.77↘2.88。酸化后用连续在1500m气举，共用氮气6300m3。酸化气举结束后投产：15/″油嘴，油压：754psi，日产油1286bbl，BSW：0.6%。比停产前产量增加22.01%，达到了预期的效果。施工曲线见图5。

图5 ADMa-2H连续酸化施工曲线

该井施工难点：

（1）1300m长裸眼水平段酸化施工；

（2）生产了300天后进行酸化施工；

（3）关井后101天再次酸化施工；

（4）该生产管柱带有Y-tool工具，有电潜泵旁路管柱，多个工具带有缩颈。

该井于2014年4月15日至4月25日进行修井作业，用2 ⅞″钻杆+4 ¼″钻头通井至4379.73m卡钻，最终上提49吨后解卡。

表3 ADMa-2H酸化前后生产数据对比表

需要指出的是：对于大斜度裸眼井的酸化施工，特别是对于水平段超过1000m的井，由于受连续长度，只能使用1.5″的连续进行酸化，这样施工排量就受到很大；同时考虑到施工的安全，水平段500m前不建议采用定点+拖动施工方式，500m以后可以适当采用拖动+定点酸化施工方式，以确保在作业安全情况下后续层段达到完全解除污染的目的。ADMa-2H井酸化前后生产数据对比见表3。

四、酸化过程中的油气层保护

（一）酸化过程中对油气层的伤害

酸化作为油气井重要的增产措施，在石油工业中得到了广泛的应用。特别是对于受到伤害的储集层，把酸化作为投产措施，能在一定程度上解除堵塞物，恢复油井产能。然而，由于储集层岩石成分、结构及储集层中流体的不同，导致酸化技术的复杂性，使得有的酸化作业不但不能解除原有储集层堵塞，相反会对储集层造成进一步的伤害。

即使是酸化措施取得成功的井例，酸化措施本身也可能对储集层带来伤害，使该项措施不能发挥最大效益。因此，酸化措施过程中对储集层的保护性研究有两点实际意义：其一，可以提高解堵成功率，有效地恢复油气井产能；其二，可以最大限度地发挥酸化作用的效果，达到少投入多产出的目的。

酸化后产生的钙离子若不能及时排出，将与油层中的CO2作用生成

碳酸钙再次沉淀结垢，这些垢与砂子及胶质、沥青质等一起堵塞油层，另外可产生氟化钙沉淀（用土酸对于砂岩地层酸化）；铁离子可以产生二次沉淀。此外，酸化作业时，沥青质原油对铁离子非常敏感，可导致酸渣形式的沉淀，它既可堵塞油层，又是一种乳化稳定剂，促使沥青胶质堵塞油层；研究表明：酸化液与原油会产生较严重乳化现象，并产生少量的酸渣，因此，酸化液中必须添加合适的破乳剂及防酸渣剂。（二）现场实验

为了验证现有的酸液体系和储层的配伍性，提高酸化效果，我们做了一系列实验： 1. 原油胶团现象

AHDEB 油田有几口井Kh 2层酸化施工后开井初期原油中出现少量的胶团（絮状物）现象，通过以下实验弄清引起胶团的原因。 （1）泥浆的配伍实验

在现场实验室分别做了泥浆静置、泥浆破胶、泥浆与原油配伍实验，实验结果分别见图6、图7和图8，表4、表5和表6：

表4 AD1-17-1H 钻井泥浆粘度检测及实验现象

表5 80℃水浴泥浆破胶对比实验

图6 两个温度条件下泥浆与原油混合12h 后对比实验（左为80℃，右为常温） 图7 常温下，泥浆与原油混合12h 后有大量胶团出现 图8 80℃下泥浆与原油混合12h 后有大量胶团出现

表6 两个温度条件下泥浆与原油混合对比实验

实验结果表明：无论是常温还是高温，恒温12h后，均有73%～93%（体积比）胶团出现。分析认为：钻井过程中少部分泥浆进入近井地带的孔洞（近井地带污染），开井生产后，滞留近井孔洞的泥浆伴随着原油流出，分散在原油中，呈现出视觉上胶团现象（需要取样进一步分析化验以确认是否为泥浆所致以及所占比例）。

（2）完井液与原油配伍实验

在完井施工时均用完井液压井，一定程度上存在原油冷伤害现象。现场做了盐水与原油混合对比实验，结果见表7。

表7 16%盐水与原油混合对比实验

实验结果表明：冷盐水加到原油中无论常温还是高温下均有胶团出现。分析认为：原油中的有机质（胶质、沥青质、蜡质等）遇到冷盐水后自然凝集，特别是原油中蜡质低于40℃很容易结晶，即使温度恢复到地层温度（80℃左右），凝集的原油也融化不了。原油中有机质含量越高，受到冷伤害的程度就越大。

（3）残酸与原油的配伍实验现场实验室分别作了常规酸与泥浆、岩屑反应的残酸同原油配伍实验，转向酸与泥浆、岩屑反应的残酸同原油的配伍实验，实验结果见表8和表9。

表8 常规酸残酸与原油混合在两个温度下对比实验

表9 转向酸残酸与原油混合在两个温度下对比实验

实验结果表明：无论是常规酸液还是转向酸液的残酸与原油混合，都不会有胶团出现。

2. 残酸对原油破乳影响实验

现场实验室分别作了两种酸液与泥浆反应的残酸对原油破乳实验和两种酸液与泥浆、岩屑反应的残酸对原油的破乳实验，实验结果见表10和表11。

表10 两种酸液与泥浆反应残酸对破乳的影响实验

表11 两种酸液与泥浆、岩屑反应残酸对破乳的影响实验

从表10和表11的实验数据可以看出：残酸在一定程度上有助于原油破乳脱水，两种酸液无论是与泥浆反应的残酸还是与泥浆、岩屑反应的残酸对原油破乳均没有影响。

五、结论及建议

（1）原油出现胶团现象主要是因为钻井泥浆的影响。减少泥浆对原油影响的办法是：在钻井到水平目的层后，优化泥浆体系，尽可能降低泥浆比重，最大限度减少进入地层泥浆；在完井作业时用柴油或者轻质原油把水平段的泥浆全部替出。

（2）完井液的冷伤害可产生一定数量胶团，对于稀油井少量胶团不会造成开井生产影响；对于稠油的冷伤害可用油基清洗剂或解堵剂进行处理井筒。

（3）两种酸液（15%常规酸和20%转向酸）的残酸不会造成原油的胶团产生。

（4）建议在酸液配方中添加合适的破乳剂和防酸渣剂，这样不仅可以起到破乳作用，而且还能降低表面张力，起到助排作用。

（5）进一步对连续水平井酸化的后评估研究，增强对现场的技术支持力度。

（6）建议使用2″连续对水平井进行酸化，同时添加降阻剂使用降阻酸，提高施工排量，以进一步提高酸化效果。

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