合水油田復(fù)合緩速酸酸化技術(shù)研究

吳大康，劉麗麗，薛俊林，吳學(xué)慶(長慶油田公司第一采油技術(shù)服務(wù)處，陜西延安716000）

合水油田位于甘肅省慶陽市合水縣，長8油組儲層為該區(qū)的主力油層之一，主要為湖泊沉積，發(fā)育湖泊相、三角洲相和濁積相沉積，沉積砂體厚度大，橫向分布較穩(wěn)定，儲層平均孔隙度為10．02%，滲透率為0．89×10-3μm2，屬于超低滲透油藏[1]。此外，合水長8油組儲層孔隙中填充的粘土礦物含有大量的綠泥石、蒙脫石等敏感性礦物，基于低滲砂巖儲層易受滲流介質(zhì)污染的特點(diǎn)，同時(shí)為避免HF酸與巖石反應(yīng)形成二次沉淀傷害儲層，要求酸液為緩速酸體系[2-4]，并加入相應(yīng)的添加劑，從而使酸化真正起到改善合水長8油組儲層巖石內(nèi)部孔道的連通性，解除地層的污染，恢復(fù)和提高地層的滲透率，進(jìn)而達(dá)到增產(chǎn)增注的目的。筆者針對合水油田長8油組儲層特性，在室內(nèi)開展了復(fù)合緩速酸的研究。

1 復(fù)合緩速酸的作用機(jī)理

復(fù)合緩速酸由無機(jī)酸、氟化物、有機(jī)酸及有機(jī)酸鹽等組成。無機(jī)酸、氟化物在地層中能夠緩慢生成氫氟酸，氫氟酸的生成增加了活性酸的作用半徑。有機(jī)酸具有弱電離特性，在地層條件下緩慢釋放氫離子，有機(jī)酸及有機(jī)酸鹽構(gòu)成低pH值緩沖體系，不但可以保持體系的低pH值，還具有良好的螯合性能。在地層條件下，多元酸可進(jìn)行多級電離，根據(jù)電離平衡，電離出的H＋溶失地層膠結(jié)物，這樣就使酸液的酸化作用距離延長，實(shí)現(xiàn)深部酸化的目的。同時(shí)由于酸液的緩沖作用，可以避免過度溶失，酸與地層巖石礦物作用后的殘酸能保持較低的pH值，避免了二次沉淀的生成，有效地恢復(fù)和提高地層的滲透率。因此，化學(xué)緩速酸能夠在儲層深部進(jìn)行反應(yīng)。其主要反應(yīng)過程可分為以下步驟：①活性酸H＋的生成過程；②酸液中H＋向巖石表面?zhèn)鬟f；③H＋與巖石的表面反應(yīng)物反應(yīng)；④反應(yīng)產(chǎn)物從巖石表面擴(kuò)散到液相。研制出的緩速酸體系正好可以控制①、③步驟，從而達(dá)到延緩酸巖石反應(yīng)速率的目的。潛在酸FA是以有機(jī)酸／氟化鹽為主體的緩沖液體系，其中主體酸為有機(jī)酸(如乙酸、丙酸、丙二酸或乙二酸），在地層條件下，有機(jī)酸可進(jìn)行一級、二級電離（pKa＜6），當(dāng)?shù)貙铀畃H值較高時(shí)，根據(jù)電離平衡，電離出H＋與酸鹽反應(yīng)生成HF，溶蝕泥質(zhì)膠結(jié)物，使緩速酸的酸化作用距離延長，實(shí)現(xiàn)深部酸化的目的。

2 試驗(yàn)部分

2．1 材料及儀器

1）材料 天然巖心(來自合水油田長8儲層）、鹽酸、FA酸、磷酸等。

2）儀器 巖心流動試驗(yàn)裝置、巖心研磨機(jī)、烘箱、干燥器、電子天平、恒溫水浴箱等。

2．2 試驗(yàn)方法

溶失率試驗(yàn)參照中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 5886-93《砂巖緩速酸性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，具體試驗(yàn)步驟如下：①將天然巖心放入巖心研磨機(jī)內(nèi)粉碎待用，并將濾紙和巖心放在100℃的烘箱中烘2h后，放在干燥器中冷卻稱重；②用電子天平稱約0．5g樣品，準(zhǔn)確到0．0001g，將樣品倒入塑料試管中；③用量筒量取5ml所配置的酸液，倒入塑料試管中并用搖動試管至樣品全部潤濕，然后將其放入調(diào)至所需溫度(試驗(yàn)溫度選定為50℃）的恒溫水浴箱中加熱至規(guī)定時(shí)間；④反應(yīng)達(dá)到時(shí)間，取出塑料試管過濾，過濾過程中先用1%的鹽酸溶液沖洗，以防止沉淀生成，然后用清水沖洗；⑥把殘樣連同濾紙放入干燥箱中，在100℃左右干燥2h至恒重；⑦將其取出，放入干燥器中使之冷卻至室溫，稱重并計(jì)算溶失率。

3 結(jié)果與討論

3．1 鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的優(yōu)選

在規(guī)定的時(shí)間(4h）和溫度(50℃）條件下，通過考察不同濃度HCl的溶失率試驗(yàn)，可得出酸液組分中最佳的HCl質(zhì)量濃度。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 HCl最佳濃度的單因素試驗(yàn)

由表1可知，巖屑溶失率在HCl濃度為12%時(shí)，已經(jīng)達(dá)到了14．41%，與其濃度為20%時(shí)相差無幾，而且隨著其濃度的升高，酸液對巖屑的溶失率放緩并無明顯增長，因而根據(jù)酸化效果及施工經(jīng)濟(jì)效率，確定最佳的HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%。

3．2 FA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的優(yōu)選

加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的FA，考察其對巖屑溶失率的影響。由于加入FA的同時(shí)要消耗鹽酸，因此要在12%HCl的基礎(chǔ)上增加相對應(yīng)的鹽酸消耗量。酸巖反應(yīng)時(shí)間2h后溶失率數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 最佳FA的用量試驗(yàn)表

由表2可知，在12%鹽酸的基礎(chǔ)上改變FA的加量后，巖屑溶失率隨著FA的加量不斷上升。在生成HF的同時(shí)需要消耗1．2757%的鹽酸，故鹽酸總的用量為13．2757%。此時(shí)溶失率基本放緩，而且其溶失率達(dá)到約20%。由此確定配方為13%HCl＋2%FA。

3．3 磷酸緩速酸配方確定

為了達(dá)到深部酸化地層的效果，通過加入多元酸H3PO4置換潛在土酸中的HCl，使得磷酸緩速酸體系能與地層有較慢的反應(yīng)速度，酸液能更加深入地層。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 磷酸緩速酸溶失率試驗(yàn)

由表3可以看出，當(dāng)H3PO4的加量為4%時(shí)，此刻置換具有相同H＋的鹽酸后，酸液中鹽酸的濃度為8．5%。酸液在4h的溶失率與2h的溶失率相比，有一定的緩速性能，而且溶失率達(dá)到了25%左右。其他幾個(gè)濃度配方的酸液體系雖然也有一定的緩速性能，但效果明顯沒有加量為4%的H3PO4好。因而確定使用4%的磷酸，磷酸緩速酸的配方為：8．5%HCl＋4%H3PO4＋2%FA。

3．4 復(fù)合緩速酸配方的確定

根據(jù)CL酸的優(yōu)異緩速性能[5]，在磷酸緩速酸的基礎(chǔ)上，通過與有機(jī)酸CL復(fù)配，從而得到了復(fù)合緩速酸，其配方為8%HCl＋2．5%H3PO4＋2%CL＋2%FA，總酸強(qiáng)度與磷酸緩速酸的強(qiáng)度相當(dāng)。通過試驗(yàn)了解復(fù)合緩速酸與磷酸緩速酸、土酸(12%HCl＋3%HF）的緩速和酸化性能，結(jié)果如圖1所示。

圖1 酸液酸化效果比較

從圖1可以看出，土酸在2h時(shí)的溶失率為20%，之后溶失率增加緩慢，因而土酸的有效作用為約2h，同理可知磷酸緩速酸的有效作用時(shí)間為約6h，而復(fù)合緩速酸的有效作用時(shí)間可以達(dá)到8h左右。2種復(fù)合酸均表現(xiàn)出了較高的溶失率與較好的緩速效果，并且復(fù)合緩速酸的緩速效果更優(yōu)。因此，建議在合水油田長8儲層使用復(fù)合緩速酸液進(jìn)行解堵。

3．5 酸液對天然巖心酸化效果評價(jià)

為了評價(jià)酸液體系提高天然巖心滲透率的能力，進(jìn)行了巖心流動試驗(yàn)。首先巖芯抽空飽和水，計(jì)算孔隙體積Vp。將巖芯正向裝入巖芯夾持器中，用3%的NH4Cl溶液測得原始滲透率k1，將巖芯反轉(zhuǎn)，通入HCl對其進(jìn)行預(yù)處理，再通入主體酸液(通入時(shí)間以壓力及流速平衡為準(zhǔn)），取出巖芯在主體酸液中浸泡4h。再次正向裝好巖芯并用3%的NH4Cl溶液測得最終滲透率k2。巖芯滲透率按達(dá)西公式計(jì)算：

其中，k為巖心滲透率，10-3μm2；Q為液體流量，mL／s；μ為液體粘度，mPa·s；L為巖心長度，cm；A為巖心橫截面積，cm2；ΔP為液體通過巖心時(shí)的壓差，MPa。

試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過復(fù)合緩速酸酸化處理后，長8油組儲層莊112天然巖心的滲透率由0．771×10-3μm2提高到2．475×10-3μm2，滲透率提高了3．21倍。可見這種緩速酸體系能有效提高巖心滲透率。

4 結(jié) 論

1）當(dāng)使用土酸酸化時(shí)，巖屑雖然具有較大的溶失率，但是由于土酸與巖屑的反應(yīng)劇烈，基本沒有緩速性，在實(shí)際施工中常規(guī)土酸在地下的復(fù)雜環(huán)境中對于低滲透儲層存在潛在傷害。

2）針對合水油田長8油組儲層的特點(diǎn)確定復(fù)合緩速酸配方：8%HCl＋2．5%H3PO4＋2%CL＋2%FA。該酸液體系不僅有良好的巖屑溶失性能，而且與土酸相比緩速性能優(yōu)良，同時(shí)該酸液體系能使酸液pH值在較長時(shí)間內(nèi)保持在較低的水平，防止二次傷害的產(chǎn)生。

3）研制的復(fù)合緩速酸與常規(guī)土酸相比，有效作用時(shí)間從2h提高到8h，起到深部酸化的作用。巖心流動試驗(yàn)表明，復(fù)合緩速酸可以有效地提高巖心的滲透率，適宜在合水油田推廣應(yīng)用。

[1]吳大康，吳學(xué)慶，李克華，等 ．合水油田長8儲層敏感性評價(jià)及酸化適應(yīng)性研究 [J]．長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版），2010，7(4）：N72-75．

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[5]鄭延成，趙修太，王任芳，等 ．新型砂巖緩速酸的研制 [J]．江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，19（4）：43-47．