油水井增产增注措施有哪些?
首先,压裂
压裂又称水力压裂,是利用地面的高压泵将高粘度流体(压裂液)以超过地层吸收能力的排量泵入井内,造成井底高压。当压力超过地层破裂压力时,在井底产生一条或多条裂缝。然后将含有支撑剂的压裂液注入裂缝中,停泵后,在地层中可以形成一条具有足够长度、一定宽度和高度的未闭合裂缝。这种填砂裂缝具有较高的导流能力,大大改善了油气在井附近的渗流条件,达到油井增产或水井增注的目的。
近年来,随着技术水平的不断提高,水力压裂已成为改造低渗透油藏、增产增注的重要手段。
(一)压裂液
压裂液是水力压裂改造油气藏过程中的工作液,起着传递压力、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用。压裂液及其性能与裂缝的大小和裂缝的导流能力密切相关,因此压裂液是影响压裂效果的重要因素。
压裂液是压裂施工液的总称。根据压裂液在压裂过程不同阶段的作用,可分为:
井眼清洗液-5% HCl和0.2%表面活性剂水溶液配合封堵球疏通压裂井段射孔孔眼。
前置液——压裂水敏、结垢或高含蜡地层时,需要提前泵入粘土稳定剂、除垢剂或清蜡剂;同时,这种液体在高温深井地层中也能起到降低地层温度的作用。
前置液-不含支撑剂的压裂液通常用作前置液,以打破地层、降低地层温度和延伸裂缝,并为携带砂流体进入裂缝准备空间。
携砂流体——用于进一步扩张裂缝,将支撑剂带入裂缝,并填充具有高传导性的砂层。携砂液是完成压裂作业和评价压裂液性能的主要流体。
驱替液-用于将所有携砂流体推入地层裂缝,以避免沉淀在井底。顶替液体积就是井筒体积,所以不能过度顶替。
随着压裂技术的不断提高,性能优越的压裂液不断涌现。现在常用的压裂液有水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液和泡沫压裂液。特别是近几十年发展起来的水基凝胶压裂液,具有粘度高、摩阻低、悬砂性能好等优点,成为国内外应用最广泛的压裂液。
(1)活性水压裂液(水基):水溶液中加入表面活性剂的低粘度压裂液。该压裂液配制简单、成本低、粘度低、滤失量大、携砂能力弱,适用于低含砂量、低砂比的浅井小型解堵压裂和煤层气井压裂。
(2)稠化水压裂液(水基):由增稠剂和表面活性剂配制而成的粘稠水溶液。稠化水压裂液比活性水压裂液粘度更高,携砂能力更强,降滤失性能更好,主要用于低温(小于60℃)、浅井(小于1000m)、低砂比(小于15%)的小型压裂。
(3)水基凝胶压裂液(水基):这是一种不粘手、不粘容器的弹性凝胶压裂液。水基凝胶压裂液携砂能力强,摩阻小,是一种理想的压裂液。
(4)稠化水力压裂液(油基):是将聚合物溶于油中配制的压裂液。它的基液是原油、汽油、柴油、煤油和凝析油。其优点是粘度高,悬砂能力强,滤失量小,不伤害油层;缺点是成本高,流动时摩阻大,粘度随温度升高下降快,只适用于低压、亲油、强水敏地层。
(5)乳化压裂液:将一种液体分散在另一种不混溶的液体中形成的多相分散体系。以液滴形式存在的相称为分散质(或内相或不连续相);分散的相称为分散介质(或外相和连续相)。在用作压裂液的乳液中,一相是水或盐溶液、聚合物增稠水溶液、水凝胶溶液、酸溶液和醇溶液;另一相是原油、成品油、凝析油或液化石油气。此外,必须在体系中加入有利于形成稳定乳液的表面活性剂。乳化压裂液的特点是具有一定的粘度,滤失量低,对地层伤害小,但其摩阻一般高于水或油,适用于水敏低压地层。
(6)泡沫压裂液:是气体分散在液体中的分散体系。为了稳定泡沫,通常加入发泡剂。系统中的气相为CO2、N2和空气;液相为稠化水、水凝胶、酸溶液、醇或油;起泡剂大多是非离子表面活性剂。该压裂液具有低摩阻、低滤失量、返排速度快、携砂能力强、对地层伤害小的特点,适用于含气砂岩或页岩地层、低渗透、低压、水敏地层。
支撑剂
在水力压裂中,支撑剂的作用是填充压裂产生的水力裂缝,使其在岩石应力的作用下不会再次闭合,形成具有一定导流能力的流动通道。显然,支撑裂缝的长度和宽度越大,裂缝的导流能力越强,裂缝的增产效果越好。
压裂用支撑剂大致可以分为三种:天然、人工和天然改性。天然石英砂为代表,人造陶粒为代表,天然改性树脂覆膜砂为代表。
1 .石英砂
应时是一种分布广、硬度大的稳定矿物,也是第一种被广泛应用的支撑剂。至今,其用量仍居国内外首位。石英砂硬而脆,在坚硬的地层中破碎后会大大降低裂缝的传导性,在松软的地层中容易嵌入裂缝中。但应时密度低,便于施工泵送;便宜易得;球形度好,导流能力强,仍是国内外最常用的支撑剂。
2.人造陶粒
自20世纪70年代末以来,随着深层、致密层勘探开发的需要,我国先后开发出了注入式铝土矿高强度支撑剂、中高密度和高强度烧结矾土陶粒、低密度和中强度烧结矾土陶粒。在国内,这些通过烧结或注射成型的人工支撑剂统称为陶粒,其主要特点是:强度高、耐盐、耐温、破碎率低;但其相对密度高,对压裂液的性能和泵送条件提出了更高的要求,加工工艺复杂,成本高。
3.树脂复模砂
覆膜砂是用特殊工艺将改性酚醛树脂包裹在石英砂表面,经热固性处理制成的一种支撑剂。根据树脂的包裹方式,可分为预固化砂和(可固化)砂两种覆砂,在压裂中承担不同的任务。前者是石英砂表面覆盖一层树脂,即使涂层中的砂粒被压碎,外面的树脂仍能把碎片和颗粒包裹在一起,从而保持裂缝的高传导性;在后一种情况下,预先在石英砂表面包裹一层与压裂层温度相匹配的树脂,并在靠近水力压裂的井段放置它作为尾随支撑剂。当裂缝闭合且地层温度恢复时,(可固化的)树脂覆膜砂首先在地层温度下软化成玻璃球,然后其周围相同的(可固化的)树脂覆膜砂从软到硬胶结,从而与裂缝深部的井筒带形成“屏障”,以阻止裂缝中的支撑。
除上述类型外,上世纪五六十年代使用的金属铝球、塑料球、核桃壳、玻璃球等支撑剂由于自身的缺点,已被更好的支撑剂所取代,不再使用。
(3)压裂技术
压裂工艺包括压裂井(层)的选择、压裂工艺方式的选择、压裂施工参数的优化设计等一系列工作。在压裂液、支撑剂和压裂设备已经确定的情况下,压裂效果取决于压裂工艺。
不同地区的储层性质、压力、温度等条件不同,完井方式和技术装备条件也不同。因此,压裂工艺方法也不同。下面介绍几种常见的压裂技术。
1.复合压裂技术
油气井的生产层往往是一个层组,压裂时这个层组的所有小层同时施工,称为复合压裂,也叫一般压裂。这种方法通常用于压裂裸眼完井的裸眼井段,因为很难将其分成小层。具体施工分为油管压裂、套管压裂、油套管同时压裂三种情况。油管压裂是将压裂液从油管挤入井底,采取水力锚、套管加平衡压力等保护措施。套管压裂是不下油管、不安装井口的直接压裂;油套管同时压裂是将部分压裂车分别连接到油管和套管出口,同时向井内注入压裂液,从套管加砂。
2.分层压裂技术
在压裂施工中,当目的层有多层时,为了达到彻底改造的目的,应采用分层压裂技术。
目前国内外广泛使用的一种压裂技术是封隔器分层压裂。这是通过封隔器分层管柱实现的。封隔器是分层压裂管柱的关键,其作用是将目的层与上下油层隔离,防止压裂液进入上下油层,并使目的层独立与压裂管柱中的压力系统相连。对于底层,可以使用单个封隔器进行压裂;对于钻有多层的井,双封隔器可用于压裂任何层;对于多层深井,也可采用“桥塞+封隔器”进行分层压裂。
第二,酸化
酸化是将按要求配制的酸液从地面通过井注入地层,解除井附近的堵塞,恢复地层的渗透率,或者通过酸与岩石的化学反应,腐蚀油层中的某些组分,恢复或提高油层的渗透率的一种化学增产和注入措施。
(1)酸溶液的类型
酸化时使用什么样的酸液,必须根据酸化成井和堵塞的特点、措施的目的和施工要求来选择。
1.盐酸
酸化时盐酸的浓度一般为6% ~ 15%,但随着高效缓蚀剂的出现,工业盐酸(浓度30%左右)可以直接用于酸化。浓盐酸的使用可以酸化深层,减少地层水的稀释,产生更多的CO2,有利于残酸的排放。
盐酸可以溶解堵塞水井的腐蚀产物,从而恢复地层的渗透性,例如:
盐酸也能溶解碳酸盐矿物(方解石、白云石等。)在油水井和地层中,例如:
反应物溶于水,可以随废酸排到地面,增加地层的孔道,提高井附近的渗透率。
如果酸化高温井或深井,不能直接用盐酸,因为反应速度太快,作用于较远的地层。这时候就可以用潜在酸了。所谓潜在酸是指那些在一定条件下能产生酸的物质,如:
2.氢氟酸
氢氟酸(HF)可以溶解堵塞或胶结地层的粘土(主要是蒙脱石、伊利石、高岭石等矿物),也可以溶解砂岩中的硅质物质(应时和长石),从而恢复或改善地层的渗透性。
由于氢氟酸具有上述性质,在对粘土堵塞或粘土胶结的砂岩地层进行酸化时,可以加入一定量的氢氟酸来提高酸化效果。油田常用的土酸酸化液是6% ~ 15%盐酸和3% ~ 15%氢氟酸的混合酸。
氢氟酸不能在所有情况下使用。对于碳酸盐岩(石灰石、白云石),如果使用氢氟酸,会产生堵塞地层的沉积物。
根据地层条件、现场施工的实际情况和不同的酸化目的,可以采用不同的酸化液进行酸化,如多元酸、乳化酸、稠化酸、甲酸、乙酸等,都可以有不同的酸化效果。
(2)酸性添加剂
在用于酸化的酸液中,为特定目的而添加的化学品称为酸液添加剂。常用的酸液添加剂主要有缓凝剂、缓蚀剂和铁离子稳定剂。
1.减速器
用来降低酸与岩石反应速度,增加酸化半径的物质称为缓凝剂。含有缓凝剂的酸溶液称为缓速酸。常用的缓凝剂包括表面活性剂和增稠剂。
表面活性剂如十二烷基磺酸钠吸附在岩石表面,疏水基团阻止了酸溶液与岩石的接触反应,降低了反应速度。此外,表面活性剂在井底附近地层的吸附量大,酸与岩石的反应速度低;酸进入深层,表面活性剂浓度降低,吸附量小,酸与岩石反应速度快。表面活性剂的加入也有利于残酸的回流。表面活性剂的用量约为1%。
增稠剂通常是黄原胶、聚乙二醇(低温使用)和高分子聚合物(如聚阳离子化合物)。增稠剂的加入增加了酸液的粘度,降低了酸液中H+向岩石表面的扩散速度,从而降低了酸与岩石的反应速度。
2.腐蚀抑制剂
用于降低酸溶液对地下金属设备(如油管、套管)腐蚀速率的化学物质称为缓蚀剂。缓蚀剂分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。含氧、硫、氮杂原子的有机缓蚀剂,如7701、咪唑啉等,是油田常用的缓蚀剂。
3.铁离子稳定剂
当酸与岩石反应时,酸溶液的pH值降低,酸溶液中的铁盐(尤其是Fe3+)水解沉淀,造成地层孔隙的二次堵塞。因此,铁离子稳定剂经常被添加到酸溶液中。常用的铁离子稳定剂有两种:一种是络合剂,如柠檬酸和EDTA钠盐;一类是还原剂,如异抗坏血酸和亚硫酸。
(3)酸处理方法和酸化技术
常用的酸处理方法包括常规酸化和压裂酸化。
常规酸化是指注酸压力小于地层破裂压力的酸化,以解除井底附近地层的堵塞作用,故又称为解堵酸化。
压裂酸化是注酸压力大于岩石破裂压力的酸化,即在压裂的基础上进行酸化,一方面通过水力作用形成裂缝,另一方面裂缝的壁面被酸液溶解成凹凸不平的表面。停泵卸压后,裂缝壁不能完全闭合,具有较高的传导率。
近年来,随着石油工业的发展,酸化技术越来越先进。除了普通盐酸和土酸酸化外,还出现了泡沫酸酸化、胶束酸酸化、乳化酸酸化、稠化酸酸化和化学缓速酸酸化。
(4)残酸回流
酸化施工后,地层中残余酸水的活性已基本消失,不能继续溶解岩石。而且随着其pH值的升高,没有沉淀的金属会陆续产生金属氢氧化物沉淀。一般来说,为了防止地层孔隙被二次堵塞,影响酸化效果,应尽快排出残酸。因此,酸化前应做好排水和生产准备,酸化后应立即排水。
残酸流到井底后,如果残压(井底压力)大于井筒液柱回压,可以依靠地层能量放喷排液;如果残余压力低于井筒液柱回压,就需要人工将井筒内的残余液体排到地面。目前常用的人工排液方法有:一是降低液柱压力或降低液体密度,如抽汲法、气举法;二是增加液体的注入量来帮助喷雾,比如增加液态二氧化碳和液氮的注入量。