“酸敏”砂巖儲層的酸化適用性探討

薛小佳寧治軍李志忠呂寶強范華波

1.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室 2.中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院

3.中國石油川慶鉆探工程公司長慶井下技術作業公司 4.中國石油長慶油田公司工程技術管理部

“酸敏”砂巖儲層的酸化適用性探討

薛小佳1，2寧治軍3李志忠4呂寶強1，2范華波1，2

1.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室 2.中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院

3.中國石油川慶鉆探工程公司長慶井下技術作業公司 4.中國石油長慶油田公司工程技術管理部

薛小佳等.“酸敏”砂巖儲層的酸化適用性探討.天然氣工業，2012，32（6）：50-52.

酸化壓裂技術在鄂爾多斯盆地長慶氣區部分特低滲透砂巖儲層改造中取得了一定的效果，但對于該工藝在酸敏儲層的適用性存在爭議。酸敏評價實驗標準中所用酸液類型及濃度并不是針對具體儲層特征的最佳優化結果，因此該類實驗得出的敏感性結論并不能作為儲層是否可采用酸化處理的依據。為此，開展了酸液巖心流動評價實驗，通過研究儲層的損害類型和分析儲層中礦物含量，進而優化出了酸化工作液體系，形成了以有機酸為主的酸液體系。巖心實驗結果表明，該酸化工作液對酸敏砂巖儲層進行酸化是適用的，可有效地提高酸化效果。

鄂爾多斯盆地 長慶氣區 酸敏 砂巖儲集層 酸化 評價 實驗

針對鄂爾多斯盆地長慶氣區開發規模不斷擴大、部分區塊的物性變差、采用常規加砂壓裂工藝又使單井產量偏低的狀況，通過室內研究與現場試驗，形成了一些新的工藝，提高了單井產量。其中利用酸化和加砂壓裂技術優勢互補的前置酸加砂壓裂工藝得到了廣泛的應用，并取得了一定效果。然而對于酸敏儲層該工藝的適用性，存在一定爭議，通過理論分析及室內實驗，對酸敏儲層進行酸處理的可行性進行了分析研究，并對酸敏的預防提出了幾點對策。

1 酸敏成因

一般砂巖儲層均由石英、長石、燧石及云母骨架構成，在原生孔隙空間沉淀的次生礦物是顆粒膠結物和自生黏土。進行砂巖基質酸化目的就是通過酸化溶解堵塞或橋塞在地層基質孔隙喉道的污染，以提高、恢復原始地層的滲透率。但是當酸液與儲層礦物和流體接觸發生反應時，也可能產生沉淀或釋放出顆粒，導致巖石滲透率下降，即出現酸敏現象［1］。常見的酸敏成因有下述兩種。

1.1 酸后形成二次沉淀

酸巖反應不是簡單的溶解作用，它會因溶解釋放出大量的易沉淀離子，在一定條件下生成二次沉淀，從而引起孔喉通道的堵塞，對儲層（特別是低滲透儲層）造成嚴重地傷害。

鹽酸處理地層時，最易產生的是氫氧化物沉淀，在進行酸／巖反應后，隨著酸濃度的降低，孔隙流體的p H值將會逐漸升高，含鐵、鋁礦物釋放出的Fe3＋、Al3＋將在一定的p H值范圍生成氫氧化物沉淀，表1列出了幾種難溶氫氧化物產生沉淀的p H值范圍。氫氟酸處理地層時，產生的沉積物主要有不溶性氟化物、氟硅酸鹽、氟鋁酸鹽及硅膠等，這類沉淀物的生成受p H值影響較小。氟硅酸鹽與氟鋁酸鹽沉淀具有很強的吸附能力，容易吸附在顆粒表面，造成孔喉堵塞。氟硅酸在HF的殘酸中還會分解，并水解成正硅酸，單分子正硅酸逐漸聚合成多聚硅酸時，就易形成硅酸凝膠，這種硅酸凝膠含水量大，松軟有彈性，很容易堵塞孔隙與喉道［1－3］。

表1 幾種難溶氫氧化物產生沉淀的p H值范圍表

1.2 引起微粒分散運移

在酸巖反應過程中，常常釋放出一些不溶于酸的顆粒及反應殘渣，當流體通過巖石基質時，牽引力使這些顆粒發生分散運移，堵塞孔隙喉道，從而使滲透率降低。砂巖地層中黏土礦物主要為蒙脫石、高嶺石、伊利石等。蒙脫石結構負電性強、晶格不穩定，易吸水膨脹，屬膨脹型黏土；高嶺石屬非膨脹型黏土，易分散運移；伊利石易脫落，造成微粒分散運移［4］。

由于酸化對儲層容易造成傷害，因此通常進行酸敏評價實驗來判斷儲層是否適合采用酸化處理。

2 儲層酸敏評價實驗

依據石油行業標準《儲層敏感性流動實驗評價方法》（SY／T 5358—2002）對長慶氣區某區塊的低滲透砂巖巖心進行了酸敏性流動評價實驗。

2.1 實驗巖心樣分析

首先對實驗巖心樣品進行XRD分析，其結果見表2、3。可以看出：巖石骨架部分以長石為主，石英含量次之；黏土礦物含量較少，以綠泥石為主，綠泥石含量在50.0%～75.30%之間。

表2 低滲透砂巖儲層巖性XRD分析結果表

表3 低滲透砂巖儲層巖心黏土礦物XRD分析結果表

2.2 酸敏評價實驗

依據《儲層敏感性流動實驗評價方法》（SY／T 5353—2002）中酸敏評價實驗方法對巖心樣進行了鹽酸敏感性評價實驗。實驗導致巖心滲透率發生不同程度地降低，結果呈現出一定的酸敏損害程度，表現為弱—中酸敏，其結果見表4。

2.3 酸敏成因的實驗分析

2.3.1 酸液選擇不合理

酸敏評價實驗標準只規定了鹽酸（15%）及土酸（12%HCl＋3%HF）兩種酸液，不具有針對性。隨著酸化技術的不斷發展，現在一些新的酸液（如：有機酸、非活性硝酸、緩速酸、磷酸等）在酸化中解決了常規酸不能解決的問題［5］。

表4 巖樣酸敏評價實驗結果表

2.3.2 對產生的二次沉淀未采取抑制措施

酸敏評價實驗對酸巖反應過程中可能出現的沉淀物未采取抑制措施，所形成的沉淀物會引起巖心滲透率下降，造成傷害。

評價實驗中，隨著酸巖反應的進行，氫離子濃度不斷降低，環境p H值升高，巖心中綠泥石、高嶺石含量較高，由此可能產生氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀。可以考慮加入鐵離子穩定劑，并復配反應速率慢的有機酸抑制酸化液殘液中析出氫氧化物沉淀。

實驗巖心黏土礦物中以綠泥石、高嶺石含量為主，鹽酸酸敏實驗采用濃度15%的鹽酸，高濃度鹽酸會導致硅酸鹽結構破壞，從而產生水合二氧化硅沉淀。

2.3.3 微粒的分散與運移

有學者研究了鹽酸與各種鋁硅酸鹽礦物的反應動力學，并將反應速度常數的對數值為50時對應的溫度（T50）作為各種鋁硅酸鹽在鹽酸中保持穩定的溫度上限，各種鋁硅酸鹽的T50值如表5所示。表5同時也給出了根據熱力學數據計算出來的鹽酸與醋酸與各種鋁硅酸鹽礦物反應的平衡常數。可以看出，在熱力學上，這些鋁硅酸鹽均可以溶于鹽酸，但幾乎完全不溶于醋酸；而在動力學上，沸石在鹽酸中最不穩定，綠泥石次之，長石最穩定。在儲層中占優勢的鋁硅酸鹽礦物的T50低于儲層溫度時，應該考慮在酸化液中用乙酸代替鹽酸［6－8］。

表5 鋁硅酸鹽礦物的酸蝕反應性能表

酸敏評價實驗注入15%HCl，強酸性可能導致巖心中綠泥石等物質酸蝕脫落，同時產生長石、巖屑的蝕變產物，這類微粒細小、疏松，具有很強的遷移性，極易堵塞酸化液的前沿，引起傷害。

可考慮采用乙酸并適當加大注酸量。乙酸為弱酸，既可均勻溶蝕礦物表面、擴大疏通孔喉，又可避免黏土殘片脫落造成微粒堵塞喉道。

2.4 實驗驗證

通過上述分析，對實驗用酸液配方進行優化調整，形成了以有機酸為主的酸液體系，并對該體系進行實驗評價驗證。

利用有機酸進行了兩塊巖心酸化試驗。有機酸屬于弱酸，與巖樣的反應速度較低，尤其是在高溫地層酸化中，被用來減緩鹽酸溶液的反應速度和腐蝕速度。同時，由于有機酸能夠使溶液維持較低的p H值，在低溫條件下，也常用作酸化工作液的鐵離子穩定劑。

酸液配方：1%HCl＋X%有機酸1＋Y%有機酸2＋1%緩蝕劑＋0.5%助排劑＋0.3%黏土穩定劑＋0.1%鐵離子穩定劑。

實驗結果如表6和圖1、2所示。

表6 有機酸酸化滲透率恢復結果表

圖1 X76-4-4B有機酸酸化效果圖

可以看出，采用用有機酸酸化后，巖樣的滲透率有了明顯的提高。說明酸液配方的選擇對酸敏實驗結果可產生“質變”的影響［9－11］。

因此酸敏試驗評價結果不能作為判別儲層能否進行酸化的標準，通過優化酸液配方，對具有酸敏性的儲層進行酸化是可行的。

圖2 X64-36-3B有機酸酸化效果圖

3 結束語

1）理論研究和實際應用證明，成功進行砂巖儲層酸化的關鍵在于研究儲層的損害類型和分析儲層礦物含量，這是酸化工作液體系優化的基礎。

2）酸敏評價標準實驗得出的敏感性結論，不能完全作為儲層能否施行酸化和判斷酸化是否有效的依據；通過優化酸液配方，對具有酸敏性的儲層進行酸化是有效可行的。

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（修改回稿日期 2012-04-02 編輯 韓曉渝）

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.06.012

薛小佳，1979年生，工程師；主要從事油田化學研究工作。地址：（710021）陜西省西安市未央區明光路。電話：（029）86590652。E-mail：xxj＿cq＠petrochina.com.cn