多氫酸技術(shù)在沈陽油田的應(yīng)用

雷 霆，李 輝

（中國石油遼河油田公司，遼寧新民 110316）

多氫酸技術(shù)在沈陽油田的應(yīng)用

雷 霆，李 輝

（中國石油遼河油田公司，遼寧新民 110316）

砂巖儲層酸化的常規(guī)土酸體系存在與礦物反應(yīng)速度快、酸化液的有效距離短和容易產(chǎn)生二次沉淀等問題。現(xiàn)存的緩速酸酸液體系不能克服粘土和石英界面反應(yīng)速率的巨大反差，新的深度酸化工藝可以在一定程度上增加酸液的穿透距離，但工藝繁瑣，且仍然不能解決沉淀、堵塞問題。多氫酸體系與現(xiàn)存的HF酸體系相比，其反應(yīng)速度慢，溶解能力強(qiáng)，且具有良好的防垢性能和分散性能，可以抑制井眼附近的地層傷害，有效控制二次沉淀等優(yōu)點(diǎn)。

多氫酸；土酸酸化；二次沉淀；沈陽油田

沈陽油田屬高凝油藏，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原油物性較差，油田開發(fā)后，儲層受到不同程度傷害，開發(fā)初期主要以無機(jī)堵塞為主，隨著油田的不斷開發(fā)，注入水增加、地層壓力、溫度下降，由于高凝油的重?zé)N成份高，凝固點(diǎn)、析蠟點(diǎn)與地層溫度接近，受到外來液侵蝕時，重?zé)N成份析出對油層造成冷傷害，高凝油與外來液不配伍，形成乳化現(xiàn)象，改變儲層潤濕性，提高表面張力，阻礙原油流動。同時，由于無機(jī)機(jī)雜的存在，加速了重?zé)N的析出，二者結(jié)合形成油垢，造成近井地帶堵塞。

多年以來，針對砂巖油水井主要采用了土酸酸化解堵技術(shù)，清除油水井近井地帶的污染，恢復(fù)地層滲透率或者溶蝕地層巖石膠結(jié)物以提高地層滲透率。土酸與黏土礦物反應(yīng)速度快，酸液大量消耗在近井地帶，處理半徑小，生成的二次沉淀對地層有新的傷害。為此，引進(jìn)了多氫酸解堵技術(shù)，對處理劑用量、注入速度、施工工藝等幾個方面進(jìn)行了研究［1-3］。2009-2010年現(xiàn)場試驗(yàn)11井次，取得了良好的解堵效果。

1 多氫酸技術(shù)原理

1.1 反應(yīng)機(jī)理

膦酸酯復(fù)合物理論上可電離出5個氫離子，因此被稱為多氫酸。多氫緩速酸體系主要由膦酸酯復(fù)合物和氟鹽反應(yīng)生成HF，生成的HF再與巖石礦物反應(yīng)。實(shí)質(zhì)上與砂巖儲層反應(yīng)的物質(zhì)仍然是HF，但膦酸酯復(fù)合物可以逐步電離出氫離子與氟鹽反應(yīng)，緩慢生成HF，因此控制了酸巖反應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)了緩速。在酸液與地層開始反應(yīng)時，由于化學(xué)吸附作用，在黏土表面形成硅酸-磷酸鋁膜的隔層（厚度不超過1μm），阻止黏土與HF進(jìn)一步反應(yīng)，防止了地層基質(zhì)被肢解。隔層在弱酸（HF酸／碳酸）和水中溶解度小，在有機(jī)酸中溶解其次，但在HCL酸中溶解很快。因此，可以用少量的鹽酸和甲酸調(diào)整粘土的溶解度，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

1.2 巖心溶蝕及流動效果實(shí)驗(yàn)

選用包括多氫酸、氟硼酸、土酸各三種濃度共9種酸液來進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，針對不同區(qū)塊優(yōu)選出適合的主體酸。下面主要以優(yōu)選出的結(jié)果進(jìn)行對比評價。

1.2.1 巖心溶蝕實(shí)驗(yàn)

通過實(shí)驗(yàn)可以為設(shè)計(jì)酸化解堵方案提供資料，優(yōu)選酸化解堵主體酸液體系。

（1）多氫酸體系與其它體系對石英的溶蝕率對比試驗(yàn)。從圖1的溶蝕曲線可以看出，多氫酸對石英的溶蝕率從反應(yīng)開始就一直高于土酸和氟硼酸，反應(yīng)進(jìn)行到120 min的時候，土酸的最終溶蝕率為8.35%，氟硼酸為0.50%，多氫酸體系為14.78%。

（2）多氫酸體系與其它體系對黏土的溶蝕率對比試驗(yàn)。從圖2的溶蝕曲線可以看出，多氫酸對黏土的溶蝕率從反應(yīng)開始就一直低于土酸和氟硼酸，反應(yīng)進(jìn)行到120 min的時候，土酸的最終溶蝕率為95%，氟硼酸為59%，多氫酸體系為38%。

（3）多氫酸體系與其它體系對碳酸鈣的反應(yīng)性能對比。多氫酸與碳酸鈣反應(yīng)過程中，氫離子濃度基本保持恒定的較高水平，而土酸和氟硼酸與碳酸鈣反應(yīng)到20 min時，氫離子濃度就下降到1.0 mol／L，成為殘酸，失去反應(yīng)活性。多氫酸有利于保持溶液的低p H值，同時，多氫酸可以電離出充足的氫離子，與氟鹽反應(yīng)生成氫氟酸（圖3、圖4）。

圖1 多氫酸體系與其他體系對石英的溶蝕率對比試驗(yàn)

圖2 多氫酸體系與其他體系對粘土的溶蝕率對比試驗(yàn)

（4）多氫酸體系與其它體系對蒙脫石的溶蝕產(chǎn)物電鏡掃描對比。從掃描圖片發(fā)現(xiàn)，多氫酸與蒙脫石反應(yīng)，在黏土的表面形成了“薄層”，減緩酸液體系對黏土礦物的反應(yīng)速度。而氟硼酸的圖片發(fā)現(xiàn)，氟硼酸體系與蒙脫石反應(yīng)之后，析出薄片狀的綠泥石晶體。土酸與蒙脫石反應(yīng)之后的掃描圖片未見任何晶體析出。

圖3 3%多氫酸與碳酸鈣的反應(yīng)曲線

圖4 土酸和氟硼酸與碳酸鈣反應(yīng)曲線

1.2.2 三種酸液體系流動性實(shí)驗(yàn)

通過流動性實(shí)驗(yàn)，對比不同酸液體系對巖心滲透率的改善程度。用土酸體系和氟硼酸體系處理效后，滲透率比值在1.0左右。而多氫酸的三組試驗(yàn)都表明，多氫酸可以取得較好的酸化處理效果，滲透率比值均大于2.0（表1）。

（1）土酸體系流動性試驗(yàn)。處理液：12%HCl＋3%HF，溫度：80℃，見圖5。

表1 各種酸體系流動性試驗(yàn)對比

（2）氟硼酸體系流動性試驗(yàn)。處理液：8%HCl＋8%HBF，溫度：80℃，見圖6。

（3）多氫酸體系流動性試驗(yàn)。處理液：3%多氫酸，實(shí)驗(yàn)溫度：80℃，見圖7。

從上面的流動性實(shí)驗(yàn)可以看出，多氫酸體系巖心滲透率的改善程度要高于土酸和氟硼酸。

1.3 多氫緩速酸酸化解堵工藝

1.3.1 處理劑用量

處理劑用量按處理半徑計(jì)算：

圖5 土酸體系流動性試驗(yàn)

式中：Q——酸化解堵處理劑用量，m3；r——酸化解堵處理半徑，m，一般2～3 m；h——酸化解堵井段油層厚度，m；φ——酸化解堵井段油層有效孔隙度，%。

圖6 氟硼酸體系流動性試驗(yàn)

圖7 多氫酸體系流動性試驗(yàn)

1.3.2施工工藝

根據(jù)不同油藏特性，油藏特點(diǎn)和水井情況來確定不同的酸化工藝，主要依據(jù)泥質(zhì)含量的不同，利用少量的鹽酸和甲酸調(diào)整粘土的溶解度；依據(jù)孔隙度和滲透率的不同，利用少量的鹽酸和醋酸調(diào)整酸液的p H值，從而調(diào)節(jié)多氫酸對石英的溶解度。

利用基液防膨，前置液和前置酸預(yù)處理油層，清洗附著在孔隙巖石表面原油，溶解巖石礦物中鈣質(zhì)，防止注入主體酸時鈣、鎂離子沉淀；注入主體酸溶解黏土礦物和無機(jī)堵塞，恢復(fù)地層滲透率；后續(xù)注入頂替液，沖洗進(jìn)井地帶，提高酸化解堵效果。

施工壓力和排量：要求在低于地層破裂壓力的條件下，盡可能提高注酸速度，根據(jù)現(xiàn)場情況注酸速度在0.5～2 m3／min。

2 應(yīng)用效果

2.1 現(xiàn)場實(shí)施情況

2010年沈257塊、沈84塊和沈95塊多氫緩速酸試驗(yàn)應(yīng)用7井次，至2010年12月9日注水壓力比措施前低2～5.5 MPa，措施后累增注29 766 m3，見表2。

2.2 典型井實(shí)例分析

靜67-61井為沈84塊的一口油套分注注水井，酸化解堵前泵壓16 MPa，油壓16 MPa，日注19 m3，達(dá)不到日配注80 m3要求。該井于2010年9月8日進(jìn)行酸化解堵施工，施工壓力最高達(dá)23 MPa，施工結(jié)束壓力為18.5 MPa，施工壓力下降4.5 MPa，說明油層堵塞得到解除。復(fù)注初期，該井注水壓力4.5 MPa，日注量由19 m3提高到80 m3，滿足了配注要求，目前注水壓力13.8 MPa，日注量64 m3，已累注7 072 m3。

表2 2010年沈陽采油廠水井酸化效果統(tǒng)計(jì)

2.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

注水井多氫酸解堵工藝，從2010年現(xiàn)場試驗(yàn)實(shí)施以來，截止2010年12月9日，總共投入201.7萬元，累計(jì)增油1 203.5 t，噸油價格按0.3726萬元，凈創(chuàng)效246萬多元。

3 認(rèn)識及建議

（1）多氫酸解堵技術(shù)可獲得較長的有效作用距離，增大酸化半徑，減少二次沉淀生成，降低注水壓力，提高注水時率，增加了油井產(chǎn)能。

（2）針對油井進(jìn)行多氫酸酸化技術(shù)應(yīng)用研究。

［1］ 李年銀，趙立強(qiáng)，劉平禮，等.多氫酸酸化技術(shù)及其應(yīng)用［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報，2009，31（6）：131-134.

［2］ 郭文英，趙立強(qiáng)，陳冀嵋，等.多氫酸體系酸化效果的室內(nèi)試驗(yàn)研究［J］.中國海上油氣，2007，（1）：54-57.

［3］ 趙立強(qiáng)，郭文英，曾曉慧.多氫酸酸液體系的性能評價［J］.石油與天然氣化工，2007，36（2）：139-141.

TE357.2

A

1673-8217（2011）增-0067-03

2011-03-12

雷霆，助理工程師，1984年生，2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)從事油水井酸化解堵工藝研究工作。

吳官生