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高压清洗机复合解堵法在油田中的解堵机理
时间2020-09-12 02:53

  在油田开发的过程中,由于油水井受到钻井、井下作业、压裂等原因引起的各种杂质的污染,以及地层本身的结垢和结蜡等,导致油层渗透率降低、近井地带孔道堵塞严重,造成油井产油量下降,甚至停产,特别对低孔隙度低渗透或超低渗透岩层而言,产量下降更为严重。

  目前国内处理近井地带渗透率降低、解除地层堵塞研究和应用的方法有很多,主要有物理方法和化学方法两大类,如水力振动法、超声波法、气体压裂法、人工地震法、电液脉冲法等,在实际应用中取得了不同程度的效果。但是这些方法会有不少局限性,如施工复杂、成本高、作用单一、易受到井下条件限制、产生的能量有限、易引起二次污染等,并且处理深度和效果不是很理想。

  目前,我国在自振空化射流技术及其处理地层机理的基础上,成功研制了利用高压旋转水射流处理近井地层的增产增注技术,经过上百次的现场试验和应用,取得了明显的效果。北京德高洁清洁设备有限公司为了进一步提高处理效果,研发了一种利用高压清洗机结合化学药剂的复合解堵方法,并且在多个油田油水井投入实验,效果十分显著。以下我们主要介绍这种方法的工作原理。

  首先我们先介绍高压旋转水射流和化学药剂各自在油田油水井解堵的原理,详情如下:

  高压清洗机主要是利用井下可控转速的旋转自控空化射流解堵装置,产生高压旋转水射流直接冲洗炮眼解堵和高频振荡水力波物理解堵。这种射流具有强烈的压力振荡作用和冲蚀岩石效果,其射流振荡频率达到几千甚至上万赫兹,压力脉动幅度达到24%-37%,在相同泵压下,破碎岩石效果是普通射流的1-2倍。射流的空化作用能产生比射流冲击压力高8.6-124倍的瞬时空泡冲击压力和高达1000℃的瞬时高温,并伴生频率达100kHz的高频空化噪声。

  整套井下解堵装置由过滤器、扶正器、单向阀、旋转控制器和自振空化射流喷嘴组成。该装置用油管送至井下射孔段,地面水泥车开泵加压,使清水或加有防膨剂、粘土稳定剂的处理液通过油管、单向阀、过滤器,再进入旋转射流发生器,产生多股径向高压水射流。其中两个倾斜的侧向射流产生旋转力矩来驱动喷头旋转,旋转速度由旋转控制器控制。同时,地面作业车缓慢升降油管,使工具在射孔段既能上下移动又可以旋转。每旋转一周有多股水力射流直接冲入炮眼,对炮眼产生直接、间断性的、强大的水力脉冲压力,从而清除炮眼堵塞。经过计算,射流冲击力可超过250N,射流水功率超过130kw,水力脉冲波形曲线如下图。

  这种自振空化射流水力脉冲冲击作用,加上高频水力振荡和空化噪声的物理作用,使沉积在地层孔隙内的机械杂质和堵塞物被冲刷和松动脱落,进而离开地层孔隙通道,分散在流体中被旋流排走,达到疏通孔隙、解除堵塞的目的。同时,井眼附近地层岩石在这种水力脉冲和超声波的反复作用下,产生疲劳微裂缝网,并随超声波的传播,裂缝不断扩大和延伸,从而提高地层渗透率。射流的高频振荡以及空化的热力和超声波作用还可以改变原油分子结构,降低原油粘度,减小岩石和油水界面上的表面张力,从而改善原油流动性,提高原油采出程度。

  由于射流直接冲入炮眼,因此能量集中,对炮眼处理深度得以大大提高,最深达到600mm。

  

  通过改变射流压力、射流偏转角度和控制器阻尼,可将旋转速度控制在10-400r/min范围内。通过油管带动解堵装置在射孔段内上下缓慢移动,可达到对整个射孔段炮眼和井眼附近地层的全方位处理,直接的水力脉冲冲击加上高频水力振荡和空化的热力及超声波,使炮眼和井眼附近地层受到力学和物理等多种综合作用,处理效果将优于单一物理作用的处理措施。

  化学药剂解堵的基本原理是根据地层可能的堵塞类型及结垢成分,配置一定比例的化学溶液,主要为酸液,通常含有清垢剂、有机溶剂及多种表面活性剂。通过专用设备和施工管汇泵入地层,解除机械堵塞物,减轻因贾敏效应造成的孔隙喉道液珠堵塞,降低油水界面表面张力和原油粘度,恢复井眼周围地层的渗流能力。

  油田常见垢物成分主要有CaCO3(碳酸钙)、CaSO4(硫酸钙)、SiO2(二氧化硅)和BaSO4(硫酸钡)这四大类,其中CaCO3(碳酸钙)较为普遍。目前,我国油田酸化常用的介质多为盐酸和土酸。以盐酸为例,注入地层后主要发生以下反应:

  反应后生成水溶性的氯化钙,从而解除堵塞;同时,此类反应为放热反应,产生的热量还可以解除如胶质、沥青、蜡等造成的堵塞,并可杀菌、破乳、降低原油粘度,提高原油的流动性。

  高压清洗机结合化学药剂的复合解堵方法是利用高压自振空化旋转水射流产生的低频旋转水力脉冲波、高频振荡空化射流冲击波以及空化噪声(超声波)的这三种综合物理作用使射孔炮眼中的堵塞物松动、脱落,通过返出流体循环带到地面。同时,井眼附近地层岩石在这种水力脉冲和超声波的反复作用下产生疲劳微裂缝网,并随超声波的传播,裂缝不断扩大和延伸。随后,再往地层中挤入化学剂。此时,化学剂流动阻力相对较小,并可随微裂缝网深入地层,可以有效地提高处理深度和效果。

  最后,我们发现高压清洗机结合化学药剂的复合解堵法在中、高渗透井上应用效果较好,对低渗透、水泥污染井应用效果相对较差。(北京德高洁清洁设备有限公司



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