一種適用于低滲透油藏的復(fù)合緩速酸作用機(jī)理研究

溫平安，王偉林，唐述凱，段 凡，李美蓉

（1.勝利油田東勝精攻石油開發(fā)集團(tuán)股份有限公司，山東東營 257015；2.中國石油大學(xué)（華東）理學(xué)院，山東青島 266580）

隨著探明的低滲透油藏儲量的增加，低滲透油藏儲量占總儲量的比重越來越大，加大對低滲透油藏的開采力度成為必然的發(fā)展趨勢。對低滲透油藏進(jìn)行酸化改造[1]的目的是改善由于成巖作用等造成的儲層滲透率的傷害并解除鉆井時泥漿在近井壁帶的污染。低滲透儲層具有物性差，滲透率低，非均質(zhì)性強(qiáng)，粘土礦物含量高，地層敏感性強(qiáng)等特點，因此研制適用于低滲透油藏的具有深穿透性的緩速酸，并對其作用機(jī)理進(jìn)行研究，不僅為改善低滲透油藏的低效開發(fā)狀況提供技術(shù)支持，同時為其它類似油藏的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 酸化配方研制及效果驗證

針對儲層特征及流體性質(zhì)分析，研制出一種低傷害、深穿透的復(fù)合緩速酸化配方[2-3]。該復(fù)合緩速酸活性成分主要為乙酸、鹽酸和氫氟酸，可溶解碳酸鹽、硅酸鹽、泥質(zhì)等無機(jī)物和蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等有機(jī)物，以減輕對儲層和油井造成的傷害，還復(fù)配了防膨劑、緩蝕劑、表面活性劑和鐵離子穩(wěn)定劑等酸液添加劑[4]，能有效避免因粘土水化膨脹和運移[5-6]、腐蝕、乳化和殘酸中鐵沉淀等二次傷害的產(chǎn)生。

通過巖心驅(qū)替實驗，對比酸化前后巖心滲透率的變化，驗證酸化效果，結(jié)果（見表1）。

表1 酸化前后巖心液測滲透率

從表1 可以看出，經(jīng)過復(fù)合緩速酸酸化后，不同區(qū)塊的巖心滲透率均有了不同程度的提高。其中牛25 區(qū)塊屬于一般低滲透砂巖儲層，滲透率由13×10-3μm2提高到255×10-3μm2，滲透率提高1 861.5 %，酸化效果顯著；而博9 區(qū)塊屬于特低滲透碳酸鹽巖儲層，滲透率由0.01×10-3μm2提高到0.018 1×10-3μm2，滲透率提高幅度為81 %。

2 酸化機(jī)理研究

2.1 復(fù)合緩速酸作用機(jī)理

該復(fù)合緩速酸由無機(jī)酸、氟化物及有機(jī)酸[7-8]等組成。無機(jī)酸、氟化物在地層中能夠緩慢生成HF，HF 的生成增加了活性酸的穿透深度。有機(jī)酸具有弱電離性，在地層條件下緩慢釋放氫離子，可以避免過度溶蝕，保持骨架結(jié)構(gòu)的完整及強(qiáng)度；酸與地層巖石礦物作用后的殘酸能保持較低的pH 值，避免了氟硅酸鹽和鐵沉淀等二次沉淀的生成，有效地恢復(fù)和提高地層的滲透率。

2.2 酸化反應(yīng)機(jī)理

2.2.1 砂巖酸化反應(yīng)機(jī)理 砂巖儲層由砂粒和粒間膠結(jié)物組成，骨架結(jié)構(gòu)主要為石英和長石，膠結(jié)物主要是粘土和碳酸鹽等。砂巖儲層酸化通常是用酸液溶解膠結(jié)物、孔隙中充填的粘土礦物或堵塞物, 從而改善儲層滲流能力。砂巖儲層酸化一般采用HCl 和HF 進(jìn)行。HCl 主要溶解碳酸鹽膠結(jié)物，HF 幾乎可以溶解所有砂巖礦物，尤其是對粘土礦物和膠結(jié)物具有高的溶解性，并形成良好的酸蝕孔道。

HF 與長石的反應(yīng)：

鉀長石：

鈣長石：

鈉長石：

HF 與粘土礦物的反應(yīng)：

高嶺石：

伊利石：

由于粘土表面積比同等質(zhì)量的砂料表面積大200倍以上，所以該反應(yīng)幾乎是瞬間完成。

2.2.2 碳酸鹽巖酸化反應(yīng)機(jī)理 碳酸鹽巖主要礦物成分為方解石和白云石。酸液主要通過溶蝕裂縫中的充填物、裂縫中的泥漿堵塞物等來達(dá)到改造儲層、油井增產(chǎn)的目的[9-10]。

酸液與方解石的反應(yīng)：

酸液與白云石的反應(yīng)：

酸液與伊利石的反應(yīng)：

2.3 X 射線衍射分析

依據(jù)《沉積巖中粘土礦物總量和常見非粘土礦物X 射線衍射定量分析方法》（SY/T6210-1996），使用D/max-2500PC 衍射儀（分析溫度23 ℃，濕度50 %RH）對不同區(qū)塊的巖石進(jìn)行X 射線衍射粘土礦物分析和X射線衍射全巖礦物分析，結(jié)果（見表2、表3 和表4）。

表2 不同區(qū)塊巖心粘土礦物分析結(jié)果/%

從表2 可以看出，牛25 區(qū)塊粘土礦物主要為高嶺石，它屬硅鋁酸鹽礦物，具有兩層構(gòu)造，由于其晶間結(jié)構(gòu)不緊密，是一種速敏礦物，在液流的沖刷下易于遷移，堵塞油層喉道；博9 區(qū)塊粘土礦物主要為伊利石，伊利石呈葉片狀、絲發(fā)狀等貼附于顆粒表面或充填于粒間孔隙內(nèi)，片狀等微晶把孔隙分割成許多小孔隙，增加了迂回度；絲發(fā)狀的容易被水沖移，堵塞孔隙和吼道，降低孔隙度和滲透率。兩個區(qū)塊均存在伊/蒙間層礦物，蒙脫石具有很高的吸水膨脹性，當(dāng)遇到淡水時極易發(fā)生水化膨脹，堵塞孔隙喉道，故酸液中應(yīng)添加防膨劑。

表3 牛25 巖心酸化前后全巖礦物變化/%

從表3 中可以看出，酸化前，牛25 區(qū)塊砂巖骨架顆粒主要是石英、斜長石、鉀長石，膠結(jié)物多為粘土和方解石，骨架結(jié)構(gòu)占94 %，粘土礦物含量少。礦物含量在5 %～20 %時需添加防膨劑，酸液中應(yīng)添加防膨劑；酸化后，鉀長石和斜長石部分被溶蝕，骨架結(jié)構(gòu)保持較好；粘土礦物發(fā)生了轉(zhuǎn)化，并形成一定的溶蝕顆粒，從而提高地層滲透率。

表4 博9 巖心酸化前后全巖礦物變化/%

從表4 可以看出，酸化前，博9 地層巖心的骨架顆粒主要是方解石和鐵白云石，由于粘土礦物含量較高需添加防膨劑，因此酸液中應(yīng)添加防膨劑；酸化后，方解石完全被溶蝕，鐵白云石大量被溶蝕，形成溶蝕孔隙，從而提高地層滲透率，粘土礦物發(fā)生了轉(zhuǎn)化，骨架結(jié)構(gòu)石英和斜長石及粘土礦物明顯增加。

2.4 巖心掃描電鏡分析

分別取酸化前后的牛25 區(qū)塊巖心和博9 區(qū)塊巖心做掃描電鏡，結(jié)果（見圖1 和圖2）。

從圖1（a）和（b）中可以看出，酸化前孔隙直徑分布大約在20～95 μm 左右，而酸化后孔隙直徑分布為54.2～151 μm，孔隙明顯增大；從圖1（c）和（d）中可以看出，酸化前石英晶體呈近等軸狀六角多邊體，形狀規(guī)則，酸化后自生石英被溶蝕，并形成許多溶蝕孔隙；從圖（e）和圖（f）中可以看出，酸化前長石形成規(guī)則的片層狀多重緊密連生體，酸化后長石大量被溶蝕，形成溶蝕孔隙，從而提高滲透率。

從圖2（a） 測出孔隙直徑分布大約在0.961～2.81 μm 左右，明顯小于牛25 砂巖儲層，說明碳酸鹽巖由于膠結(jié)致密致使地層滲透率較低；圖2（b）是白云石和方解石的形貌特征；從圖2（c）中觀察到方解石和石英形貌；圖2（d）可以看到呈片層狀的伊利石充填于粒間孔隙中，使地層滲透率降低。

圖2 酸化前博9 巖心掃描電鏡

從圖3（a）中看到附著在樣品表面的大量的鹽析出，這是由于地層滲透率過低，且孔隙極小并膠結(jié)致密造成的；從圖3（b）中看到石英晶體被溶蝕，形成細(xì)小的溶孔；從圖3（c）和（d）中看到大量溶蝕顆粒和溶蝕孔隙，說明經(jīng)過酸化后，形成一定數(shù)量的溶蝕孔隙，從而提高地層滲透率，使儲層得到改善。

3 認(rèn)識與結(jié)論

圖3 酸化后博9巖心掃描電鏡

（1）針對低滲透油藏研制的復(fù)合緩速酸活性成分主要為乙酸、鹽酸和氫氟酸，具有深穿透性，并復(fù)配了多種酸液添加劑，能有效避免因粘土水化膨脹和運移、腐蝕、乳化和殘酸中鐵沉淀等帶來的二次傷害。

（2）該復(fù)合緩速酸對砂巖儲層的作用機(jī)理是：通過對長石的溶蝕，使其結(jié)構(gòu)變得疏松，產(chǎn)生裂縫并形成新的滲透通道；通過對粘土礦物的溶蝕，生成一定數(shù)量的溶孔，從而提高地層滲透率。

（3）該復(fù)合緩速酸對碳酸鹽巖儲層的作用機(jī)理是：主要溶蝕地層中的碳酸鹽膠結(jié)物，包括白云石和方解石，并形成大量的溶蝕顆粒和溶蝕孔隙，使儲層得到改善。

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