中性解堵工作液开发与应用

孙海波，陈小娟，张 倩，巨江涛

（中国石油长庆油田分公司第五采油厂，陕西西安 710200）

姬塬油田目前已经达到年产原油300×104t，是长庆油田实现5 000×104t 目标的重要资源基础[1]。姬塬油田自2004 年大规模开发，近年来一定数量的油水井逐渐呈现地层堵塞现象，导致油井产量递减快，地层能量损失严重，油水井增产稳定压力大[2]。针对储层堵塞问题，常用酸化和重复压裂进行解堵，姬塬油田油水井经以上储层改造手段起到较好的稳产效果，其中酸化措施占比达到55 %以上[3]。从储层保护和提高区域整体采收率角度来看，酸化解堵是最佳解决方案之一。2016年以来对油田环保作业提出了更高要求，关于酸化使用的酸液在运输、配液、施工、残酸返排过程中存在的安全与环保隐患屡屡出现[4，5]。针对以上难题，提出开发一种中性解堵工作液，以期望可以替代酸化作业的解堵液，降低了酸化解堵作业安全、环保风险，为增产作业提供一项环保解堵的新方向。

1 实验材料和仪器

1.1 实验材料

氨基羧酸盐、羟基羧酸盐、有机磷酸盐、渗透剂、增溶剂（均为自制），水样、垢样、天然岩心（均来自长庆油田采油五厂）。

1.2 实验仪器

AFS-870 型酸化多功能岩心驱替仪（美国），D8 X-射线衍射仪（德国），ICS-5000 离子色谱，JSM6510扫描电子显微镜（日本），JHDG 地层动态结垢试验仪，263A-1 电化学综合测试系统。

2 姬塬油田储层堵塞分析

姬塬油田耿19 区2003 年以300 m×300 m 正方形反九点投入注水开发，主力层位为长2。平均孔隙度为13.3%，平均渗透率为4.4 mD。目前综合含水为46.7%，地质储量采出程度为13.3 %。自2004 年开始进行注水开发，随着开发时间的延长，地层堵塞频繁，堵塞井次逐年增多，且产能恢复率在60 %以下，措施效果逐年变差。室内对姬塬油田储层堵塞进行分析，明确堵塞因素，从而进行针对性开发解堵工作液。

采用离子色谱仪对姬塬油田注入水和地层水进行水质分析，结果（见表1）。

注入水矿化度较低，成垢离子中硫酸根离子含量较高，含有一定量的碳酸氢根离子，矿化度在5.2 g/L。地层水中二价金属离子含量较高，并含有一定量钡锶离子。

根据油田水结垢趋势预测标准（SY/T 0600-2009），室内注入水和地层水分别按照0：100、10：90、20：80、30：70、40：60、50：50、60：40、70：30、80：20、90：10 和100：0 体积数混合均匀后，在75 ℃下恒温测定结垢离子前后变化，实验结果（见图1）。

表1 水样水质分析结果

图1 离子结垢预测结果

从预测结果来看，注入水与对应油井的地层水混合后，存在结垢现象，主要是硫酸钡（锶）垢，其次是碳酸钙垢和硫酸钙垢。当注入水和地层水混合比例为1：9时结垢量最小211.6 mg/L。随注水周期延长，硫酸盐垢结垢量将进一步加剧，当注入水和地层水混合比例为6:4 时结垢量最大。

采用XRD 和能谱仪对油井垢样进行分析，结果（见表2、表3）。表2、表3 结果显示，垢样主要成分是：碳酸钙、硫酸钙、硫铁矿，含有少量硫酸钡、硫酸锶，垢样表面混有黏土矿物。

通过以上测试结果可知，堵塞物的垢样成分复杂，一般酸液能起到一定的解堵效果，但仍有一定量的堵塞物无法解除，这也是储层经多次酸化后效果逐次降低的主要因素。由于储层敏感性资料显示存在一定碱敏，碱性工作液会对储层带来一定伤害，不利于储层保护。鉴于酸液在运输、配液、施工、残酸返排过程中存在的安全、环保风险，室内开发一种中性解堵工作液既可以解除储层复杂堵塞物，同时减少酸液使用。

表2 垢样X-衍射分析结果表

表3 垢样成分的能谱分析结果

3 中性解堵工作液开发

3.1 工作液开发

结合前期对姬塬油田水质分析、离子结垢预测和垢样测试结果，室内有针对性的开发一种工作液进行解堵。该工作液应具有解除碳酸钙、硫酸钙垢、硫垢及少量硫酸钡垢能力。为了避免使用酸液，同时具有解堵性能，工作液中不能含有酸性物质，不能对金属管柱严重腐蚀。工作液开发思路：螯合剂将堵塞物螯合、络合，转化为产生可以溶于水的、比成垢物质本身更加稳定的螯合物。增溶剂增加螯合剂的溶解度，增大溶垢质量，提高溶垢效率。渗透剂使螯合剂快速渗透到堵塞物内部，提高螯合剂与堵塞物接触表面，从而加快反应速度，减少反应时间。

室内自制了三种性能优良的螯合剂，分别为氨基羧酸盐，羟基羧酸盐，有机磷酸盐，筛选了增溶剂和渗透剂，采用正交实验考察材料对现场垢样的解堵率，其中工作液为100 mL，堵塞物为10 g，反应时间为12 h，反应温度为75 ℃，实验结果（见表4、表5）。

得出中性解堵工作液中各材料的最佳配比为E2、A2、C2、D2、B2，因此中性解堵工作液配方为15 %氨基羧酸盐类+8 %羟基羧酸盐+4 %有机磷酸盐+1 %增溶剂+1 %渗透剂。

合成中性解堵工作液采用pH 计测量溶液pH 值为7.8，自来水pH 值为7.21，中性解堵工作液与自来水pH 相当。

3.2 工作液性能评价

3.2.1 溶蚀性能 室内配制好中性解堵工作液，对碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、垢样、岩心、黏土进行溶蚀，工作液100 mL，溶蚀对象为10 g，反应时间为12 h，反应温度为75 ℃，不同物质的溶蚀率结果（见图2）。

图2 工作液对不同物质的溶蚀能力测试

结果显示，12 h 以内工作液对碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡和垢样的溶蚀率随时间增加而快速增加，12 h 后随时间增加溶蚀率增加缓慢，其中12 h 时对碳酸钙溶蚀率为63.2 %，对硫酸钙溶蚀率为84.8 %、对硫酸钡溶蚀率为12.9%、对垢样溶蚀率为74.5%。工作液对岩屑和黏土溶蚀主要集中在前6 h，对岩屑溶蚀率为5.4 %、对黏土矿物溶蚀率29.4 %。说明工作液具有一定的解堵能力。

表4 正交实验表头

表5 正交实验表L12（211）

3.2.2 腐蚀性能 室内参考《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T 5329-2012）行业标准，评价了中性解堵工作液在75 ℃下、30 d 条件下对J55 钢片平均腐蚀速率为0.057 mm/a。其对管柱的腐蚀性能与注入水相当，因此该工作液注入地层后无需洗井、返排，可直接按生产流程正常投产。

3.2.3 螯合性能 取中性解堵工作液与垢样进行反应，测定工作液对垢样溶解后释放出来的金属离子的螯合能力，实验中测得螯合量通过前期滴定测试的标准图版进行取值，可得到工作液在不同阶段反应时间下对金属离子的螯合能力，实验条件为工作液为100 mL、堵塞物为10 g、反应温度75 ℃，结果（见图3）。

图3 结果显示，工作液具有良好的螯合性能，与垢样反应12 h 时对金属离子螯合总量达到373.4 mg/L，24 h 对金属离子螯合总量达到503.7 mg/L，利于工作液解除堵塞物后抑制二次沉淀对储层堵塞。

3.2.4 岩心流动性能 岩心流动性能是在室内采用高温高压岩心流动仪，通过岩心静态伤害实验进一步评价了中性解堵工作液对储层的适应性。实验用岩心为姬塬油田延长组储层岩心，实验温度为75 ℃，实验程序：正向饱和地层水→正向驱煤油测得渗透率K1→反向驱中性解堵工作液2 PV，保持12 h→正向驱煤油测得渗透率K2，求出伤害率（1-K2/K1），实验结果（见表6）。表6 结果显示，在75 ℃条件下中性解堵工作液对储层岩心伤害率为1.2 %，工作液进入储层后对储层岩心伤害率极低，不会对储层带来较大负面伤害，说明工作液对储层具有较好的适应性。

4 施工方式

由于中性解堵工作液对生产管柱腐蚀速率极低，根据室内解堵参数及现场生产实际情况，该工作液注入可分为两种施工方式：

施工方式一：（1）更换施工管串；（2）通过水泥泵车将中性解堵工作液由油管注入（施工压力在25 MPa 以内）；（3）静止浸泡24 h～48 h 后；（4）更换生产管串，转正常生产流程。

施工方式二：（1）不更换施工管串，仅取出生产泵挂；（2）通过水泥泵车（缓慢）将中性解堵工作液由油套环空注入（施工压力在5 MPa 以内）；（3）静止浸泡24 h～72 h 后；（4）直接转正常生产流程。

5 现场应用

该技术在姬塬油田现场应用34 口井，根据储层厚度和堵塞状况，平均单井设计工作液22 m3，施工排量450 L/min～500 L/min，关井反应24 h，施工全过程无酸性气体产生，施工顺利，采出液（返排液）pH 为7.32 呈中性，直接投产完井。措施后平均日增油1.4 t，单井日增油同比酸化措施提高了53.3 %，取得了较好的增产效果。其中X36-65 为底水油藏一口采油井，措施后产液量达到预期目标，含水率得到较好的控制，对比井含水率上升明显（见表7）。经分析认为由于中性解堵工作液对储层基质的溶蚀率极低，主要针对无机堵塞物的解除，防止底水油藏基质过度溶蚀引起底水快速上升，该技术特点适应于底水油藏解堵作业。

6 结论

（1）通过姬塬油田堵塞因素分析，确定堵塞物成分为中性解堵工作液开发提高明显方向。

表6 中性解堵工作液对储层岩心流动实验结果

表7 实验井效果统计

（2）研发出一种中性解堵工作液产品，工作液pH为7.8 呈中性、对管柱腐蚀速率极低，对金属离子具有较强的螯合性能，减少二次沉淀产生，对姬塬油田垢样12 h 溶蚀率为74.5 %，对储层岩心伤害率为1.2 %，储层适应性好。

（3）该工作液应用34 口井，措施后平均日增油达到1.4 t，同比酸化措施提高了53.3 %，较好解除了储层堵塞，达到中性解堵目的。

（4）中性解堵工作液成功应用降低了解堵作业安全、环保风险，同时为底水油藏解堵难题提供了一项新途径。