高效絡合酸體系性能評價及應用

陳 凱 陳 軍 王 貴 張 強 潘定成 楊國威

中海油田服務股份有限公司油田生產事業部, 天津 300459

0 前言

為有效控制二次沉淀的生成,常規砂巖酸化作業一般采用前置液、處理液和后置液三段式注入工藝。該酸化模式存在酸化設備占地面積大、作業工藝復雜、作業環境要求高等問題[1-8]。

近年來,單步酸化工藝開始出現,該方法能顯著簡化酸化注入工藝,采用濃縮酸與平臺注入水按比例混合稀釋方案,大幅度節省海上油田酸化作業的時間、空間和人力[9-15]。

本文提出的高效絡合酸體系能實現單步酸化,其緩速性能、二次沉淀抑制能力、緩蝕性能和單步巖心流動綜合性能表現良好,能溶解巖石礦物和解除堵塞物,且不易對儲層造成二次傷害[16-19]。

1 緩速性能評價

1.1 實驗方法

將某海上油田沙河街儲層巖石礦物粉碎,105℃烘干后過80目篩,用電子天平準確稱量巖粉2.000 0 g,放入塑料燒杯中,加入40 mL酸液;將燒杯置于恒溫水浴中(90℃),對比在0.5、1、2、4、6 h酸液對巖粉的溶蝕率,以研究絡合酸體系的緩速性能。

實驗用3種酸液分別為土酸、多氫酸、絡合酸。

1.2 實驗結果

圖1 酸巖反應溶蝕率與反應時間

2 二次沉淀抑制性能評價

2.1 實驗方法

2.1.1 鹽水配制

鹽水4#:5 000 mg/L Fe3+溶液;

鹽水5#:2 000 mg/L Al3+溶液。

2.1.2 氟化物沉淀抑制性

將鹽水1#與酸液等體積(50 mL+50 mL)混合,然后加入飽和Na2CO3溶液調節混合液的pH值,觀察是否有沉淀生成,將混合液高溫處理2 h;再將高溫處理后的溶液離心分離、烘干后稱量沉淀重量。

2.1.3 氟硅酸鹽沉淀抑制性

將鹽水2#與酸液等體積(50 mL+50 mL)混合,在 1 h 內分3次加入SiO2含量為2.9 g/kg的Na2SiO3溶液,每次滴加5 mL,觀察是否有沉淀生成;滴加完畢后,將其在高溫下靜置2 h;再將高溫處理后的溶液離心分離、烘干后稱量沉淀重量。

2.1.4 氟鋁酸鹽沉淀抑制性

將鹽水3#與酸液等體積(50 mL+50 mL)混合,將混合液高溫處理2 h;再將高溫處理后的溶液離心分離、烘干后稱量沉淀重量。

2.1.5 氫氧化物沉淀沉淀性

將鹽水4#與酸液等體積(50 mL+50 mL)混合,然后加入飽和Na2CO3溶液調節混合液的pH值到3(Fe3+),觀察是否有沉淀生成,將混合液高溫處理2 h;再將高溫處理后的溶液離心分離、烘干后稱量沉淀重量。

將鹽水5#與酸液等體積(50 mL+50 mL)混合,然后加入飽和Na2CO3溶液調節混合液的pH值到4(Al3+),觀察是否有沉淀生成,將混合液高溫處理2 h;再將高溫處理后的溶液離心分離、烘干后稱量沉淀重量。

2.2 實驗結果

表1不同類型酸液產生的沉淀單位:g

表2酸液對不同類型二次沉淀抑制率

酸液類型氟化物抑制率/(%)氟硅酸鹽抑制率/(%)氟鋁酸鹽抑制率/(%)氫氧化鐵抑制率/(%)氫氧化鋁抑制率/(%)6% HCl+3% HF00000絡合酸75.3876.7270.8373.9872.09

絡合酸之所以能有良好的二次沉淀抑制性能,是因為所研究的高效絡合酸體系加入了絡合劑。絡合劑是指能與金屬原子或離子發生配位作用,生成具有環狀結構配體物質的絡合物。絡合物呈現環狀或者籠狀結構,非常穩定,不易被酸堿破壞,具有較好的溶解能力。絡合劑能夠溶解砂巖組分中的金屬鹽,如Ca2+、Al3+、Fe3+、Ba2+等,能夠抑制砂巖溶蝕中產生金屬鹽沉淀的問題。

3 緩蝕性能評價

3.1 實驗方法

參考SY/T 5405-1996 《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》進行腐蝕實驗,評價絡合酸的緩蝕性能。在90℃條件下對N 80鋼片進行腐蝕速率測定,腐蝕時間4 h。

3.2 實驗結果

鋼片腐蝕前后形態見圖2,腐蝕速率見表3。

a)腐蝕前

b)腐蝕后

表3腐蝕實驗數據

酸液類型鋼片編號腐蝕速率g/(m2·h)平均腐蝕速率g/(m2·h)絡合酸0702.250902.422.34

在90℃條件下,絡合酸的腐蝕速率是2.34 g/(m2·h),達到行業一級標準,腐蝕后的鋼片表面均勻附著一層保護膜,起到良好的防腐作用。

4 單步巖心流動綜合性能評價

4.1 實驗方法

3)設置圍壓為5 MPa,溫度設定為90℃,流量恒定為0.2 mL/min。

4)正驅NH4Cl溶液,直到壓力穩定,測定初始巖心滲透率。

5)拆出口端接頭,然后反驅酸液,待酸液從管線接頭處均勻流出后,再連接接頭和管線,保證管線被酸液充滿,然后繼續注入0.8 PV的酸液,關閉閥門,酸巖反應4 h。

6)打開閥門,正驅NH4Cl溶液,返排出酸液,每個PV用接液管收集殘酸,當液體不再為酸性,停止收集液體,驅替鹽水至壓力穩定,計算酸巖反應后巖心滲透率。

7)停止流動實驗,泄壓,取出巖心,觀察并記錄巖心的端面,殘酸送樣ICP測定返排液的離子含量。

4.2 實驗結果

4.2.1 巖心驅替實驗

在90℃條件下,進行土酸、絡合酸的酸液流動驅替實驗,驅替的壓差曲線見圖3～4,滲透率變化見表4。

表4酸液流動前后巖心的滲透率改善統計表

巖心編號驅替體系溫度/℃酸化前滲透率/10-3 μm2酸化后滲透率/10-3 μm2滲透率提高/(%)R 3-1土酸R 3-2絡合酸9039.7513.25-66.750.7585.4568.4

圖3 土酸在90℃下驅替壓差曲線

從圖3可以看出,土酸進入巖心后壓力顯著上升,說明酸巖反應劇烈,壓力上升較明顯。酸巖反應4 h后,再驅替鹽水,穩定壓力上升顯著,說明儲層產生較大傷害。

圖4 絡合酸在90℃下驅替壓差曲線

從圖4可以看出,絡合酸大幅提高巖心滲透率,絡合酸能有效抑制二次沉淀的生成。酸巖反應4 h后,再驅替鹽水,改善壓差0.005 MPa,說明儲層特性明顯改善。

4.2.2 殘酸離子濃度分析實驗

為進一步驗證驅替實驗結果的可靠性,將兩種酸液體系的返排液進行ICP離子含量分析。本次實驗過程酸液體積是巖心孔隙體積的0.8倍,因此,在3倍孔隙體積的鹽水經過巖心后,返排液的pH值已經達到7左右,基本沒有酸液殘留。所以,本次實驗僅選取前3個孔隙體積的返排液[20]。

從表5可以看出,絡合酸體系中的絡合劑在溶液中與金屬離子發生強的絡合作用,所生成的絡合物溶解性好,不易發生沉淀。返排液PV數增加,離子濃度下降,應為鹽水返排稀釋酸液所致。

表5酸液返排液ICP離子分析單位:mg/L

4.2.3 分析

結合巖心驅替實驗結果及殘酸離子濃度分析可知:

1)土酸酸液體系對巖心造成一定傷害。

2)絡合酸酸液體系能有效抑制二次沉淀的生成。

5 現場應用

5.1 現場應用統計

現場酸化數據見表6。

表6現場應用統計表

序號井號井別施工前后效果比對1P 5-1水井酸化后視吸水指數提高至酸化前的30倍2P 5-2水井酸化后視吸水指數提高至酸化前的2.1倍3T 1-1油井酸化投產,日產氣34 805 m3/d4T 1-2油井施工前產液73.2 m3/d,酸化后產液80.5 m3/d5A 9-1水井酸化后視吸水指數提高至酸化前的26.5倍6A 9-2水井酸化后視吸水指數提高至酸化前的2.7倍7A 8-1水井酸化后視吸水指數提高至酸化前的2.3倍8A 8-2水井酸化后視吸水指數提高至酸化前的3.7倍9A 1油井施工前產液112.9 m3/d,酸化后產液136.6 m3/d

5.2 施工工時、費用對比

以現場應用的6井次水井絡合酸酸化作業統計數據為例,具體數據見表7。

表7施工工時、費用對比統計表

酸液類型施工流程施工工時/h準備配液酸化施工藥劑費用/萬元(按單井60 m3酸液計算)鹽酸+土酸前置液、處理液、后置液24648絡合酸處理液24215.5

6 結論

1)高效絡合酸體系具有良好的緩速、緩蝕性能。

2)通過單步巖心流動綜合性能評價,該絡合酸解堵效果良好,酸化后巖心滲透率明顯改善,實現單步酸化。

4)截止目前,高效絡合酸體系已應用9井次,其中油井3井次、水井6井次,效果良好;同時,該體系能簡化施工工序,明顯減少施工工時,有效降低施工藥劑費用。