膠凝酸體系的性能研究及應用

劉 煒，張 斌，常啟新，肖佳林

(中國石化江漢油田分公司采油工藝研究院，武漢 430035)

碳酸鹽巖儲層壓裂酸化成功與否主要取決于兩個因素:一是最終酸壓裂縫的有效長度，二是酸壓后酸蝕裂縫的導流能力。由于鹽酸的反應性強，酸－巖反應速率快，酸液濾失嚴重，酸壓裂縫的有效長度達不到施工要求。因此，碳酸鹽巖儲層壓裂酸化用酸液體系在地層溫度下應具有優良的緩速性能，同時酸化改造時還應選擇合適的工藝。

膠凝酸的黏度高、濾失性低，以及膠凝劑在巖石表面的吸附，降低了H+向巖面的擴散速度，減緩了酸的反應速率，起到緩速作用，可以實現深部酸化［1－3］。

涪頁HF－1井大安寨大一亞段少量巖性為泥質粉砂巖、泥灰巖、粉砂質泥巖、粉砂巖，絕大多數巖性為石灰巖，孔隙度平均值1.90%，滲透率平均值0.04×10－3μm2，基質物性差，裂縫發育，適合酸壓改造。

本研究優選出耐溫抗剪切性能和防腐性能好，且具有明顯緩速效果的膠凝酸體系，并成功應用于涪頁HF－1井。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

鹽酸，膠凝劑，鐵離子穩定劑，助排劑，緩蝕劑，黏土穩定劑，均為工業品。

FS－Ⅲ高溫高壓閉式動態腐蝕儀，石油大學儀表廠;RS－600旋轉流變儀，德國哈克公司;TX－500界面張力儀，美國彪雄工業公司;JB90－D型強力電動攪拌機，上海標本模型廠;分析天平，潛江正泰機電有限公司。

1.2 膠凝酸的制備

在室溫條件下，將一定量的鹽酸和水倒入燒杯中，加入各種添加劑，攪拌，緩慢加入膠凝劑，保持一定轉速攪拌30 min，制得膠凝酸。

1.3 膠凝酸性能評價

參照《SY/T 5405—1996酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》等標準，在一定溫度下，考察膠凝酸體系的耐溫抗剪切性能、緩蝕性、流變性及緩速性能。

2 結果與討論

2.1 耐溫抗剪切性能

利用RS－600旋轉流變儀，在70℃，170 s－1條件下，考察膠凝酸的耐溫抗剪切性能，實驗結果如圖1所示。

圖1 膠凝酸的耐溫抗剪切曲線

由圖1可知，膠凝酸體系在70℃，170 s－1條件下剪切2 h，黏度仍保持在20 mPa·s以上，滿足現場施工要求。

2.2 緩蝕性

將20%鹽酸和制備的膠凝酸分別與BG80鋼片在70℃下反應4 h，測定其對鋼片的腐蝕速率，結果見表1。

表1 膠凝酸與常規鹽酸的腐蝕速率對比

由表1可看出，膠凝酸具有明顯的緩蝕效果。這是由于配制膠凝酸時，使用了胺類添加劑。其緩蝕機理為，膠凝酸在金屬表面以物理或化學吸附方式形成膜，將水或其他腐蝕介質屏蔽或遮蓋，從而達到防腐的目的。特別是在強酸性介質中，陽離子表面活性劑具有很好的緩蝕作用，胺和酸性溶液中的質子發生反應生成陽離子(RNH+3)，被腐蝕的金屬由于表面陰極部分的靜電力而發生物理吸附，抑制了陰極反應，起到了防腐作用。

2.3 流變性

膠凝酸體系的流變參數K和n按假塑性冪律流體公式計算:

式中:τ——剪切應力，Pa;

K——稠度系數，mPa·sn;

γ——剪切速率，s－1;

n——流動指數。

對式(1)兩邊取對數:

利用RS－600旋轉流變儀，測定膠凝酸體系在70℃時、不同剪切速率下的剪切應力，得到τ和γ值，通過式(2)計算K和n值，作擬合曲線(見圖 2)。膠凝酸體系在 70℃下，K值為0.773 9，n值為0.362 0，為一種假塑性流體。剪切速率關系曲線

圖2 膠凝酸體系的剪切應力與

2.4 緩速性

將膠凝酸體系與大安寨大一段的灰巖巖心進行反應，測定不同反應時間后的酸－巖反應速率，并與未加膠凝劑的空白鹽酸對比，實驗結果如表2所示。

表2 膠凝酸體系緩速性能實驗結果

從表2可以看出，膠凝酸體系具有明顯的緩速效果，在 70℃下反應 60 min，緩速率高達70.10%。這是由于膠凝酸具有一定的黏度，降低了H+向巖石表面的擴散速度，減緩了酸巖反應速率，從而可以達到深部酸化的效果。

3 現場應用

目前，研制的膠凝酸體系已完成涪頁HF－1井自流井組大安寨段大一亞段的酸壓施工，現場應用獲得成功。

涪頁HF－1井于2012年10月14日進行酸壓施工，施工井段2 321.0～2 333.0 m，入井總酸量501 m3，其中前置酸 50 m3，膠凝酸 427 m3，閉合酸24 m3。施工壓力曲線如圖3所示。

圖3 涪頁HF－1井大一亞段酸壓施工曲線

由圖3可以看出，注前置酸期間，隨著排量增加，施工壓力呈明顯爬升趨勢;注膠凝酸期間，施工壓力平穩，表明人工裂縫順利延伸，酸液有效作用距離增強;擠閉合酸后，施工壓力逐步下降，說明溝通近井筒裂縫系統，裂縫導流能力提高。

施工結束后，關井待酸反應，然后控制油管針閥放噴，出口氣點燃，焰3～5 m，且見油。目前累計排液 350 m3，累計出油 25 m3，返排率達69.86%，說明研制的膠凝酸體系適合于該區塊酸壓施工。

4 結論及建議

(1)研制的膠凝酸體系在70℃，170 s－1下剪切2 h，黏度仍保持在20 mPa·s以上，滿足現場施工要求。

(2)該體系70℃時的稠度系數為0.773 9，流動指數為0.362 0，屬假塑性流體。

(3)該體系防腐效果和緩速性能較好，在70℃，8 MPa條件下對BG80鋼片的腐蝕速率僅為1.78 g/(m2·h);在70℃下反應60 min，緩速率高達70.10%，可以達到深部緩速的效果。

(4)膠凝酸體系應用于涪陵區塊大安寨段大一亞段酸壓獲得成功，說明該體系適用于此區塊及類似儲層的酸壓改造。

［1］Lewis R N.Properties and Early Field Results of A Liquid Gelling Agent for Acid［R］.SPE 7834，1978.

［2］陳賡良.酸化工作液緩速作用的理論與實踐［J］.鉆井液與完井液，2004，21(1):51.

［3］Nasr－El－Din H A，Al－Mohammad A M，Al－ Aamri A M，et al.Reaction Kinetics of Gelled Acids with Calcite［R］.SPE 103979，2006.