本發明涉及油田開發技術領域。
背景技術：
稠油在世界油氣資源中占有較大比例，目前世界稠油儲量為1000億噸，中國稠油儲量也已達到了300億噸以上。自上個世紀60年代以來，以油層降粘為主的采油工藝技術已成為稠油開采的主要技術手段之一，其中熱采、化學藥劑吞吐和CO2吞吐技術應用較為普遍。眾所周知，不管采用什么樣的開采方法，向油藏中注CO2氣體是提高單井產能及原油采收率的最有效的方法之一。該方法不僅可以用來開采輕質油，也可以用來開采重質油。但是，制約其應用的主要因素就是氣源缺乏、腐蝕結垢、地層冷傷害、運輸安全和高成本、溫室氣體排放等問題。層內自生氣技術是近年來發展起來的一種新技術，該技術是建立在地層內生成CO2氣體基礎之上，而不是直接從地面設備向地層注入CO2氣體。這項技術一方面能夠保留下往地層內注CO2氣體采油的所有優點，另一方面，又能夠克服從地面注CO2氣體帶來的缺點。在地層溫度和壓力條件下，CO2氣體可以是單相，也可以是混相，或者呈泡沫狀態。這項技術的核心是注入到地層內的化學劑在地層內發生化學反應，形成CO2氣體，并釋放大量的熱量。
近年來，J油田研究人員探索發展層內自生氣吞吐這一新興的技術，將其延伸到地層能量低、滲透低、儲層原油黏度高的油井。針對此類技術存在成本高、工作量大、難以適應地質復雜油井要求，以及單一化學吞吐技術也存在地層傷害、解堵不理想等問題，科研人員創造性地提出了層內自生氣復合吞吐工藝技術，將層內自生氣和化學吞吐進行復合，協同增效。該工藝已在W5、W8等稠油油藏應用14井次，平均單井增油426噸，投入產出比超過1∶6。為了進一步提高措施效果和降低成本，開發研究了層內自生氣增產技術的不動管柱施工工藝。不動管柱施工具有降低作業成本、減少勞動強度、縮短施工周期、減少油層污染風險等優點。
層內自生氣單井吞吐施工過程中，為了避免工作液中的酸對井下設備造成腐蝕，通常采用動管柱施工，即起出井中原生產管柱后，下入專用的酸化管柱注入處理劑，施工結束后，再起出酸化管柱，下入原生產管柱，恢復生產。該施工存在以下問題：1）施工程序多、勞動強度大；2）更換施工管柱導致作業費用高、施工周期長。
技術實現要素：
本發明目的是提出一種可降低作業成本、減少勞動強度、縮短施工周期、減少油層污染風險的層內自生氣增產方法的不動管柱施工工藝。
本發明技術方案是：先向油井注入凝膠，待凝結后依次再注入陰離子表面活性劑、層內生氣工作液、頂替液，關井反應后采用水驅方法進行采液；其特征在于：在注入層內生氣工作液時，通過油套環空分三個步驟進行，第一步注入由尿素、酸和緩蝕劑組成的生氣工作液，第二步注入隔離液，第三步注入由硝酸鹽或亞硝酸鹽和緩蝕劑組成的產氣工作液。
本發明實為一種油井增產的層內生氣吞吐施工工藝，即施工過程中將更換原生產管柱改進為原生產管柱施工，其主要特點是在優化體系配方的基礎上，利用原生產管柱進行作業，依次向油套環空注入生氣工作液、隔離液和產氣工作液，然后再注入頂替液，關井反應后采用水驅方法進行采液。本發明具有降低作業成本、減少勞動強度、縮短施工周期、減少油層污染風險等優點。
本發明分三步三個配方注入層內生氣工作液，特別是在注入產氣工作液前注入隔離液，可有效避免生氣工作液和產氣工作液在井筒內反應。
本發明有益效果：
1、有效解除地層堵塞、增加地層能量，達到增油降水的目的；
2、避免生產管柱、電泵機組、電纜腐蝕傷害；
3、降低作業成本、減少勞動強度、縮短施工周期、減少油層污染風險等。
進一步地，本發明所述生氣工作液中酸為有機酸或無機酸，如鹽酸、磷酸、乙酸或丙酸，最優酸液為鹽酸， 尿素、鹽酸與緩蝕劑混合物的質量比為9∶9～27∶0.5～2（比例中鹽酸濃度為商品濃度），最優配比為9∶18∶1。
本發明所述產氣工作液中硝酸鹽為硝酸鈉或硝酸銨，亞硝酸鹽為亞硝酸鈉或亞硝酸銨，優選亞硝酸鈉，所述亞硝酸鈉與緩蝕劑的質量比為10∶1。
與傳統碳酸鹽和酸液體系相比，本發明所述配方具有產氣量大、放熱量高的優勢，產生的氣體量是文獻報道生氣配方體系的2.6倍，產生的熱量可使基礎液由25℃升到94℃，傳統配方僅使基礎液由20℃升到60℃。
由于本發明以上生氣配方中含有酸，在施工作業中，易造成地面設備、管桿、泵、電纜等腐蝕現象。
本發明還研制了一種高效緩蝕劑，所述緩蝕劑由水溶性咪唑啉季銨鹽衍生物和硫脲組成，水溶性咪唑啉季銨鹽衍生物和硫脲的混合體積比為1～6∶1。該緩蝕劑含有氮、硫元素，這些元素最外層含有未成鍵電子對，它們可進入金屬結構的空軌道形成配位體，在金屬表面產生緩蝕劑分子的吸附層，抑制金屬腐蝕；另外，該緩蝕劑對產生的CO2腐蝕同樣具有抑制作用。
更優選的所述水溶性咪唑啉季銨鹽衍生物和硫脲的混合體積比為5∶1。
另外，本發明所述凝膠由丙烯酰胺、過硫酸銨、有機酚醛和阻聚劑ZJ-1組成。該凝膠可以封堵高滲層，使后續注入的處理液進入中低滲層，提高波及體積，提高增油效果。
所述陰離子表面活性劑為表面活性劑RD-06，能有效降低原油界面張力和原油粘度。
所述頂替液為質量百分數為0.4%的氯化氨（NH4Cl）水溶液，能夠將井筒內工作液頂入油層，避免油套管桿腐蝕、結垢，同時增大工作液在油層內的作業半徑，并在油層內有效起到防膨作用。
附圖說明
圖1為現有技術生氣工作液和本發明層內生氣工作液濃度所產生的氣體量對比圖。
具體實施方式
一、各原料準備：
1、凝膠：由丙烯酰胺、過硫酸銨、有機酚醛和阻聚劑ZJ-1組成。
其中丙烯酰胺、過硫酸銨、有機酚醛和阻聚劑ZJ-1的混合質量比為4∶0.4∶1.2∶1。
2、陰離子表面活性劑：質量百分數為0.6%的表面活性劑RD-06，由揚州潤達油田化學劑有限公司生產銷售。
3、層內生氣工作液：
1）生氣工作液：由尿素、鹽酸和緩蝕劑按照一定質量比配制為水溶液，質量比為9∶9～27∶0.5～2，最優的配比為9∶18∶1。
2）產氣工作液：由亞硝酸鈉和緩蝕劑按照一定質量比配制為水溶液，質量比為10∶1。
3）隔離液：采用現場水，為避免生氣工作液和產氣工作液在井筒內反應，在注入過程中采用隔離段塞將生氣工作液和產氣工作液隔開注入；且套管注入時隔離段塞比油管注入時大1.2倍。
圖1顯示了采用本發明工藝與傳統的自生氣配方（如碳酸氫鈉與鹽酸組成的混合體系）分別產生的氣體的對比圖，可見本發明產生的氣體量是傳統產生氣體量的2.6倍。
下表為模擬本發明緩蝕劑在油管中的緩蝕性能表，在50～90℃的溫度范圍內，緩蝕劑C能夠達到行業標準規定的一級指標（SY/ T 5405- 1996 酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標），即小于2～3 g/（m3.h）。
對于電潛泵抽油井，要考慮配方中的酸液對電泵機組的電纜頭和大小扁電纜接頭的腐蝕。將安裝好的電纜頭放入酸腐蝕容器中，在1.5MPa、85℃的條件下，測試層內生氣劑對電纜頭的腐蝕情況。結果如下所示。
電纜頭腐蝕測試結果
從表中可以看出，在1.5MPa、85℃的條件下，腐蝕12h，電纜頭未出現漏電現象，用歐姆表測得其電阻大于1000MΩ，說明酸液配方對電纜頭不會造成腐蝕破壞，絕緣程度良好。
4、頂替液：質量百分數為0.4%的氯化氨水溶液。
二、施工工藝優化：
1、洗井：
施工前后均應徹底洗井。①施工前徹底洗井，可以使油管及其油套環空在注工作液前充滿液體，防止工作液中的活性酸進入環空，腐蝕管柱；②施工結束后洗井，可以清除殘液返排后未徹底返排的殘液及油管內的內殘渣、死油、垢與蠟等物質，防止這些物質進一步污染地層（環空注入的稠油井更應注意）。
2、操作過程：
先向油井注入凝膠，待凝結后依次再注入陰離子表面活性劑、層內生氣工作液、頂替液，關井反應后采用水驅方法進行采液。
在注入層內生氣工作液時，通過油套環空分三個步驟進行：第一步注入生氣工作液，第二步注入隔離液，第三步注入產氣工作液。
3、殘液返排：
作業完畢后盡快恢復生產返排殘液。施工結束后，為了防止生成沉淀及懸浮在殘液中的一些不溶性物質沉淀下來堵塞孔道，應盡量縮短反應時間，將其盡可能排出。因而，在滿足地層不出砂的情況下高沖次排液，待產液性能穩定時，轉為正常生產。
不同油井殘液返排方式亦不相同。普通油井排液關井反應結束后，生氣反應生成的大量氣體導致油層壓力升高，開井后，由于油層與井口的壓差，井筒殘液被返排至井口進廢液處理罐；電潛泵井則是利用電潛泵直接將殘液抽至井口進廢液處理罐。
4、注入方式：
普通桿泵抽油井通過油套環空注入層內生氣工作液；對于電潛泵抽油井，向油管正注層內生氣工作液。對比兩種注入方式，油管注入有以下優點：①電泵電機、電纜及接頭不會接觸到酸液；②油管體積小于油套環空體積，因此注入的液量為套管注入液量的83%左右；③工作液更快的進入地層，見效快；④頂替液加量少，明顯縮短作業時間。
三、應用：
1、試驗區塊油藏性質：
不動管柱層內自生氣復合吞吐技術在某地油田W5、W8塊成功應用5口油井，W5、W8塊試驗井的地質及流體性質見下表。
試驗區塊油藏特征表
注：μ—原油粘度，ρ—原油密度，TDS—礦化度，Ca2++Mg2+—鈣鎂離子總含量
2、施工過程
①措施工藝
a.注入方式：油套環空注入（管柱結構為原生產管柱）。
b.施工排量：排量保證注入生氣劑和產氣劑體系時，施工壓力可以壓破地層。
c.施工壓力：小于地層破裂壓力。
②施工步驟
a.化學劑配制：包括凝膠、表面活性劑溶液、生氣劑產氣劑溶液、頂替液等配制。
b.洗井：蒸汽洗井。
c.注入過程
連接注入泵與配液罐上水管匯，打開井口閥門、注入泵出口閥門及管匯、配液出口閥門，檢查無誤后準備注入各段塞， 控制注入泵壓力，所有段塞的注入要求注入過程連續平穩，具體步驟：凝膠→表面活性劑→層內生氣工作液→頂替液→關井反應。
d. 吞吐后續工序：
擠完頂替段塞后，關井，測井口壓降曲線，具體悶井時間根據井口壓力變化而定。悶井結束后從套管放噴進罐。然后，掛桿、試抽（先以最大沖程沖次排液，后轉正常參數生產）。
3、效果分析：
層內生氣復合吞吐技術在某地油田W5-7井、W8-24井成功實現不動管柱施工工藝，該工藝單井可減少兩趟起下管柱作業工作量和3-4天施工周期。截止2016年2月底，措施增油效果明顯，見下表。
不動管柱層內生氣復合吞吐技術現場應用效果表