世界領(lǐng)先的海洋油氣酸化技術(shù)與裝備
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[時間:2009-12-16 《石油與裝備》 關(guān)注度:0]
摘要: 酸化是油氣井增產(chǎn)或注水井增注的重要措施，在油田生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用，至今有100多年的歷史。早在1895年，印第安納標(biāo)準(zhǔn)石油公司就曾經(jīng)對利馬油田的一口油井注入一定濃度的鹽酸，見到了增產(chǎn)的效果。它的發(fā)明者是懷丁煉油廠化學(xué)工程師弗萊希，18...
酸化是油氣井增產(chǎn)或注水井增注的重要措施，在油田生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用，至今有100多年的歷史。早在1895年，印第安納標(biāo)準(zhǔn)石油公司就曾經(jīng)對利馬油田的一口油井注入一定濃度的鹽酸，見到了增產(chǎn)的效果。它的發(fā)明者是懷丁煉油廠化學(xué)工程師弗萊希，1896年獲得了專利權(quán)；同時，該廠總經(jīng)理戴克獲得另外一項(xiàng)專利，即用硫酸作為酸化液。但是，注下去的酸液會迅速腐蝕油管、套管，因此不解決緩蝕問題，酸化是不可能實(shí)施的。1931年美國印第安納標(biāo)準(zhǔn)石油公司在它位于塔爾薩市中心的辦公大樓里開辟了一個實(shí)驗(yàn)室，開展油井酸化工藝的研究。
20世紀(jì)30年代初，陶氏化學(xué)公司研發(fā)出了酸緩蝕劑，普爾石油公司主動和它合作，試驗(yàn)對石灰?guī)r油層進(jìn)行酸化，并成立道威爾公司實(shí)現(xiàn)商品化和工程化的酸化服務(wù)。哈里伯頓公司于1930年初在鄧肯設(shè)立了化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，研究表明：鹽酸和其他酸類在一定的壓力下進(jìn)入石灰?guī)r或其他碳酸巖油層中，可以擴(kuò)大巖石中的空隙或裂隙，擴(kuò)大油的流動通道，使原油更加通暢地產(chǎn)出。哈里伯頓公司收購了酸化主要專利權(quán)，1935年形成了酸化的工藝、配套的裝備，開始為客戶提供酸化作業(yè)服務(wù)。圖1為國際大公司文獻(xiàn)所占比例。
目前酸化技術(shù)主要有：稠化酸酸化技術(shù)、乳化酸酸化技術(shù)、復(fù)合解堵酸化技術(shù)、縮膨降壓增注技術(shù)、注水微量滴加增注技術(shù)。國外海上油田應(yīng)用的酸化增產(chǎn)增注措施一般采用增產(chǎn)作業(yè)船進(jìn)行酸化作業(yè)，哈里伯頓公司酸化技術(shù)代表了世界領(lǐng)先水平。
先進(jìn)的海洋油氣酸化技術(shù)
DuraKleen® Service。該項(xiàng)技術(shù)主要針對傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備瀝青和石蠟問題。采用水／芳烴溶劑等酸化液，能夠保證產(chǎn)能維持周期長。圖2為井下工具串在除垢前后的對比。該項(xiàng)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：能夠清除積垢；清除管柱蠟質(zhì)和瀝青質(zhì)；處理后產(chǎn)能更持久；安全，環(huán)境危害小；不含ＢＥＴＸ（苯、苯乙烯、甲苯和二甲苯）；閃點(diǎn)大于145ºF (63ºC)；藥品運(yùn)輸量小；組份全溶解；可以分批混合或者攪拌混合；適用于重油生產(chǎn)井。
Guidon AGSSM Service。該技術(shù)是一種全新的用于酸化處理優(yōu)化技術(shù)，是指導(dǎo)酸化過程的虛擬助手，確保所有目標(biāo)產(chǎn)層都被充分酸化。其優(yōu)點(diǎn)包括：適合幾乎所有油井；不需要膠凝和凝固作業(yè)來進(jìn)行酸液分離；降低水滲透率，從而提升油氣滲透率；操作簡捷，無需帶狀分隔，無需催化劑，無需特殊酸化定位。圖3、4為普通酸化、該技術(shù)酸化對比效果圖。
由圖中可見，與ＡＧＳ處理巖芯效果比較，可以看出酸化處理對水有明顯抑制作用，同時提高了油氣的滲透率。
StimWatch® Stimulation Monitoring Service。該技術(shù)能夠增強(qiáng)酸化作業(yè)實(shí)時監(jiān)控能力和增產(chǎn)措施優(yōu)化，作業(yè)分派以及最大化產(chǎn)能。酸化作業(yè)過程中，利用光纖分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)來不斷監(jiān)測整個油井的溫度狀況。通過對比分析溫度－時間變化曲線，為井筒不同位置的泵入作業(yè)提供指示。StimWatch能夠提供實(shí)時數(shù)據(jù)，指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)優(yōu)化，并為后續(xù)優(yōu)化作業(yè)提供依據(jù)。圖5 為StimWatch酸化作業(yè)示意圖。
Guidon AGSSM Service。該酸化導(dǎo)向系統(tǒng)，能夠保證對所有目標(biāo)酸化層進(jìn)行有效酸化。
該系統(tǒng)優(yōu)勢：可以確定哪些油井需要酸化作業(yè)；提供高效的酸化導(dǎo)向作業(yè)，使用簡便容易；不用對油層進(jìn)行分層；不使用接觸劑；不需要使用特殊的充填技術(shù)。
Power Safe-D-Scale Service。該技術(shù)是水基反應(yīng)流體系統(tǒng)，該系統(tǒng)可解決因鉆井液或循環(huán)液中含有碳酸鈣或碳酸鎂。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：可以溶化井眼與鉆柱之間的泥餅；可以溶解篩管上的聚合物殘?jiān)⒛囡炓约疤妓徕}；清洗安裝篩管過程中因使用鉆井液對篩管造成的傷害；解決因鉆井液漏失引起的儲層傷害；將某些合金上的因完井過程而沉積的鉆井液殘?jiān)吞妓徕}沉積清洗掉。圖6為應(yīng)用改系統(tǒng)酸化前后儲層效果圖。
Carbonate™ 20/20 Acidizing Service。該系統(tǒng)可以提高遠(yuǎn)井眼的碳酸巖地層滲透率，延長生產(chǎn)井的壽命；通過設(shè)計(jì)和布置，該系統(tǒng)在復(fù)雜裂縫中應(yīng)用良好：針對碳酸巖完井酸化；針對碳酸巖乳化酸化；針對碳酸巖增注酸化；針對提高采收率酸化；針對干熱巖酸化；針對分層酸化。圖7為應(yīng)用改系統(tǒng)酸化前后儲層效果圖。
以上酸化技術(shù)均出自哈里伯頓公司。
挪威國家石油公司。由于面臨低滲儲層及儲層污染情況，在挪威海油田，為了保持高的采收率，為了避免井眼流道阻塞，大范圍的使用采用化學(xué)處理技術(shù)，如除垢劑及酸化增產(chǎn)措施等。為了避免對海上平臺造成污染和腐蝕，海上作業(yè)使用一艘供應(yīng)船。在供應(yīng)船上將酸化液通過一段與該張力腿平臺連接的柔性管泵入井內(nèi)。Heidrun已經(jīng)進(jìn)行了超過20次海上化學(xué)處理作業(yè)，其中有兩次是應(yīng)用Norman Draupne供應(yīng)船進(jìn)行施工的。又進(jìn)行了超過55次除垢劑和8次酸化增產(chǎn)作業(yè)。進(jìn)行了5次不同的水基除垢劑作業(yè)。挪威國家石油公司酸化系列技術(shù)：鑒定和開發(fā)新的化學(xué)試劑、設(shè)計(jì)干擾相、對工藝過程進(jìn)行后評價以及對水樣進(jìn)行分析。
斯倫貝謝公司應(yīng)用實(shí)例。Bijupirá油田位于巴西近海Campos盆地，Macae以東90英里（145千米），水深大約700米～850米。該油田1988年發(fā)現(xiàn)，2002年殼牌和巴西石油合作開發(fā)，油井采用氣舉方式生產(chǎn)，由EPSO負(fù)責(zé)生產(chǎn)作業(yè)。斯倫貝謝采用酸化增產(chǎn)措施，作業(yè)過程是在鉆井船上進(jìn)行。在水平井段采用連續(xù)油管之前進(jìn)行除垢，返回液直接排入ＦＰＳＯ。酸液使用連續(xù)油管泵入，同時采用了高壓旋轉(zhuǎn)噴射槍。作業(yè)中沒有直接用到氫氟酸，而是通過鹽酸和氟化氫銨的化學(xué)反應(yīng)，同時泵入清水、NH4Cl鹵水和柴油。該作業(yè)也采用了軟件來監(jiān)控連續(xù)油管的張力和壓力。
先進(jìn)的海洋油氣酸化裝備
海上酸化是有作業(yè)船完成的，斯倫貝謝、貝克休斯有技術(shù)先進(jìn)作業(yè)船。斯倫貝謝公司的增產(chǎn)服務(wù)遍及世界上所有海域Big Orange XVIII號是斯倫貝謝公司按照北海作業(yè)環(huán)境安全要求建造的。該船可以執(zhí)行各種海上增產(chǎn)作業(yè)任務(wù)。其特點(diǎn)為優(yōu)越的操作和控制性能、較高的穩(wěn)定性、以及配備有大氣監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。增產(chǎn)作業(yè)能力：混合、泵送和存儲系統(tǒng)使該船作業(yè)具有可靠性和高效性并有助于復(fù)合增產(chǎn)作業(yè)要求。為了保證作業(yè)質(zhì)量，所有的增產(chǎn)操作都可以通過遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視，當(dāng)發(fā)生緊急情況時，可以通過“快速斷開”技術(shù)安全方便的處置。各項(xiàng)準(zhǔn)備工作要與有特殊要求的作業(yè)程序相一致，所有的電纜在使用前都必須通過年檢和認(rèn)證以確保作業(yè)的安全和可重復(fù)性。井口壓力范圍要維持在安全線以內(nèi)，每條主要的作業(yè)電纜都可以被隔離。壓力轉(zhuǎn)換器將壓力信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂剖胰缓笤俚姐@機(jī)最后形成完備的信息告知所有操作人員。圖8為BIG ORANGE XVIII號增產(chǎn)作業(yè)船結(jié)構(gòu)圖。
DeepSTIM 增產(chǎn)服務(wù)船是斯倫貝謝公司一艘成熟高效、不受作業(yè)空間和作業(yè)復(fù)雜性限制的增產(chǎn)作業(yè)船。DeepSTIM II 是墨西哥灣海上惟一一艘配備有DP Class 1動力定位設(shè)備的增產(chǎn)服務(wù)船。船上安裝的主要的系統(tǒng)：聯(lián)系混合系統(tǒng)、支撐劑存儲裝置、支撐劑混合系統(tǒng)、中央控制室，F(xiàn)racCAT 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。圖9為DeepSTIM II號增產(chǎn)作業(yè)船結(jié)構(gòu)圖
世界海洋油氣酸化技術(shù)展望
酸化系列技術(shù)向著實(shí)時化、信息化、可視化、集成化、自動化、智能化方向發(fā)展。酸化技術(shù)要實(shí)現(xiàn)酸液配置的更加科學(xué)和合理，利用計(jì)算機(jī)軟件來監(jiān)控酸液的泵入和腐蝕情況，同時和壓裂相結(jié)合，達(dá)到地層的精確酸化，避免含水層的酸化。利用監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)油低產(chǎn)水的酸化新技術(shù)。酸化和酸壓技術(shù)的發(fā)展主要是朝向酸化壓裂組合進(jìn)行方向發(fā)展，研究方向?qū)⑹撬釒r的反應(yīng)機(jī)理、有機(jī)酸反應(yīng)研究、多級注入閉合酸化壓裂導(dǎo)流能力研究、酸液濾失以及溶蝕成洞方向、合金鑄模試驗(yàn)分析等。酸化設(shè)計(jì)及實(shí)時監(jiān)測評估軟件的開發(fā)與完善為發(fā)展方向、比如泡沫酸壓設(shè)計(jì)軟件、基質(zhì)酸化優(yōu)化軟件等。新型酸化技術(shù)包括清潔自轉(zhuǎn)向酸酸化技術(shù)、水力噴射酸化沖擊技術(shù)、超深井深度酸化、復(fù)雜巖性儲層酸壓技術(shù)等。隨著政府對海洋環(huán)境保護(hù)越發(fā)重視，環(huán)境友好型酸化技術(shù)將日益得到重視。（本文受“中國石油科技專項(xiàng)“世界油氣上游業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢及油氣合作環(huán)境研究”資助，項(xiàng)目編號：20080118）
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