江蘇油田VES稠化酸緩速性能及酸蝕裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化研究

李太偉，虞建業(yè)，袁萍 馬巍，盧敏暉

(中石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

酸壓的目的是產(chǎn)生一條裂縫，從而對(duì)油氣產(chǎn)生更有效的泄流，以大幅度提高單井產(chǎn)量。酸壓裂縫的長(zhǎng)度和酸蝕裂縫導(dǎo)流能力嚴(yán)重影響著酸壓的效果。常規(guī)酸酸壓中，由于酸、巖反應(yīng)速度較快，酸液主要消耗在近井地帶，余酸難以對(duì)裂縫遠(yuǎn)端產(chǎn)生有效刻蝕，最終導(dǎo)致酸液有效作用距離大大縮短，增產(chǎn)效果不理想[1～4]。江蘇油田根據(jù)勘探開發(fā)需要，自主合成了一種具有緩速性能的VES(黏彈性表面活性)稠化酸，筆者通過室內(nèi)試驗(yàn)研究了該稠化酸的緩速性能。另外，酸壓施工中，若注入?yún)?shù)及工藝選取不當(dāng)，不僅會(huì)降低儲(chǔ)層改造效果，還會(huì)增加施工成本[5～7]。通過室內(nèi)試驗(yàn)，進(jìn)一步研究了該VES稠化酸在不同注入?yún)?shù)、注入工藝條件下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力、酸蝕裂縫形態(tài)，以期為現(xiàn)場(chǎng)施工方案的優(yōu)化提供指導(dǎo)。

1 VES稠化酸酸液體系

合成VES稠化酸酸液體系的稠化劑為一種新型結(jié)構(gòu)的表面活性劑，其主要原料為有機(jī)胺，合成步驟如下：

1)將十八烷基二乙醇胺和1，3-二氯-2-丙醇按照1∶0.55的摩爾比混合，以碳酸鈉調(diào)整反應(yīng)體系的pH值至7.5～8.5，加熱至120℃，反應(yīng)生成陽(yáng)離子雙子表面活性劑。

2)將反應(yīng)產(chǎn)物降溫至70～80℃，加入氨基磺酸和尿素，其中氨基磺酸與十八烷基二乙醇胺的投料摩爾比為1∶1，尿素的投料質(zhì)量占十八烷基二乙醇胺、1，3-二氯-2-丙醇、氨基磺酸和尿素總質(zhì)量的0.3%，加熱至130℃，反應(yīng)生成硫酸脂鹽兩性雙子表面活性劑，即稠化劑。

3)將合成的稠化劑與鹽酸、緩蝕劑、乙二胺四乙酸鈉和水按照一定比例混合，形成具有稠化劑用量低、耐溫性能強(qiáng)、起黏性能好、緩速性能強(qiáng)、壓后自破膠等優(yōu)點(diǎn)的酸液體系。

稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%，鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，稠化劑形成的蠕蟲狀膠束可以相互纏繞，進(jìn)而形成三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，宏觀上表現(xiàn)出較高的黏度。圖1為稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)的酸液體系在溫度為120℃、剪切速率為170s-1的條件下的流變曲線，酸液體系黏度可以保持在30mPa·s左右，較好地滿足了施工要求。

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)巖板為大理石，根據(jù)符合API標(biāo)準(zhǔn)的酸蝕裂縫反應(yīng)室將其加工成尺寸為15.2cm×5cm×2.2cm的矩形平行巖板，表面光滑，無加工所留的碎屑、裂紋、缺口、鋸口及明顯的裂縫。

主要通過導(dǎo)流儀測(cè)量酸液流經(jīng)大理石巖板后的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力、巖板的酸蝕形態(tài)研究酸液的緩速性能。該方法的優(yōu)勢(shì)在于可以較真實(shí)地模擬酸壓過程中酸液在裂縫中的分布、酸液對(duì)裂縫壁面的酸蝕，可較真實(shí)地反映酸蝕裂縫導(dǎo)流能力變化規(guī)律。試驗(yàn)溫度為100℃。

試驗(yàn)裝置為AFCS-845型酸蝕裂縫導(dǎo)流儀，該裝置主要由液壓侍輔系統(tǒng)、酸化導(dǎo)流室、流程管路、液罐群、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)等組成，具體流程如圖2所示。測(cè)試方法如下：大泵將液罐中的酸液經(jīng)加熱器注入到導(dǎo)流室與巖板反應(yīng)，反應(yīng)后將巖板閉合，注入清水，壓差傳感器會(huì)記錄導(dǎo)流室兩端的壓差，計(jì)算反應(yīng)后的裂縫導(dǎo)流能力。

圖2 酸蝕裂縫導(dǎo)流能力測(cè)試試驗(yàn)流程圖

3 VES稠化酸緩速性能

圖3 不同酸液體系的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力隨閉合壓力的變化情況

試驗(yàn)選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的鹽酸及質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%的VES稠化酸(3%稠化劑+20%鹽酸)和5%的VES稠化酸(5%稠化劑+20%鹽酸)，酸液用量為500mL，注酸排量為20mL/min。不同閉合壓力下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力如圖3所示，3種酸液的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力在不同閉合壓力作用下均保持較高水平，可以滿足油氣泄流要求。相同條件下，VES稠化酸的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力小于常規(guī)鹽酸，并且稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力較小。

3種酸液體系對(duì)巖板的酸蝕情況如圖4～6所示，相比常規(guī)鹽酸，VES稠化酸對(duì)巖板的酸蝕程度較弱，并且稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，巖板的酸蝕程度較弱。

在巖板物性相似、尺寸相同、酸液注入?yún)?shù)相同的條件下，相比于常規(guī)鹽酸，VES稠化酸對(duì)巖板的酸蝕程度較弱，獲得的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力也較低，這說明VES稠化酸在導(dǎo)流室內(nèi)與巖板的反應(yīng)速度較慢，原因是VES稠化酸具有一定的緩速性能，可以降低酸巖反應(yīng)速度，從而降低了酸液對(duì)巖板的溶蝕程度以及酸蝕裂縫導(dǎo)流能力。

圖4 20%鹽酸注入反應(yīng)前、后的巖板表面形態(tài)

圖5 3%稠化劑+20%鹽酸注入反應(yīng)前、后的巖板表面形態(tài)

圖6 5%稠化劑+20%鹽酸注入反應(yīng)前、后的巖板表面形態(tài)

VES稠化酸具有較好的緩速性能，一是因?yàn)樗嵋吼ざ鹊奶岣呓档土藲潆x子的擴(kuò)散速度，二是稠化劑為一種黏彈性表面活性劑，其形成的膠體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以阻止氫離子的活動(dòng)。在實(shí)際酸壓中，利用VES稠化酸的緩速性能可以減少酸液在近井地帶的消耗量，增加酸液活性的保持時(shí)間，從而使得更多的酸液運(yùn)移并作用在裂縫遠(yuǎn)端，最終實(shí)現(xiàn)深度酸壓，提高裂縫有效長(zhǎng)度，改善增產(chǎn)效果。

4 酸蝕裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化

4.1 注酸排量的優(yōu)化

圖7 不同注酸排量下酸蝕裂縫導(dǎo)流能力隨閉合壓力的變化

試驗(yàn)中，鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，注酸量為500mL，注酸排量分別為10、20、30mL/min，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力隨閉合壓力的變化如圖7所示。由圖7可知，在注酸量一定的前提下，注酸排量越大，酸液與巖板接觸反應(yīng)的時(shí)間越短，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力越低，同時(shí)提高注酸排量可以快速將酸液推進(jìn)至裂縫遠(yuǎn)端，減少酸液在近井地帶的過度消耗，增加酸液活性的保持時(shí)間，有利于增加裂縫有效長(zhǎng)度。在實(shí)際酸壓中，施工初期可以適當(dāng)提高施工排量，以增加裂縫長(zhǎng)度和酸液波及面積；后期可以適當(dāng)降低排量，以提高酸蝕裂縫導(dǎo)流能力。

4.2 注入方式的優(yōu)化

圖8 不同注入工藝下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力隨閉合壓力的變化

稠化酸多級(jí)交替注入酸壓技術(shù)主要原理是多級(jí)交替注入稠化酸和非反應(yīng)液體[8,9]。試驗(yàn)中，VES稠化酸酸液中鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，注酸量為500mL，注酸排量為20mL/min。主要注入程序如下：①注VES稠化酸100mL；②注低黏非反應(yīng)液體50mL；③注VES稠化酸100mL；④注低黏非反應(yīng)液體50mL；⑤注VES稠化酸100mL；⑥注低黏非反應(yīng)液體50mL；⑦注VES稠化酸200mL，停泵反應(yīng)5min；⑧注水10min，頂替管線中的酸液，測(cè)量裂縫導(dǎo)流能力。不同注入工藝下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力隨閉合壓力的變化如圖8所示，多級(jí)交替注入條件下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力大于單級(jí)注入條件下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力。

圖9、圖10為不同注入工藝反應(yīng)前后的巖板表面形態(tài)，可以看出多級(jí)交替注入工藝對(duì)巖板表面的刻蝕效果更好，主要表現(xiàn)在多級(jí)交替注入下巖板表面形成更多的連通酸蝕溝槽，因此多級(jí)交替注入工藝有助于裂縫導(dǎo)流能力的提高。

多級(jí)交替注入時(shí)，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力有所提高，分析原因認(rèn)為：首先，非反應(yīng)液體的頂替作用可盡快將酸液推進(jìn)到裂縫遠(yuǎn)端，有利于降低酸液在近井地帶的過度消耗，擴(kuò)大酸液在裂縫內(nèi)的波及范圍，改善裂縫酸蝕效果，提高裂縫有效長(zhǎng)度；其次，VES稠化酸黏度較大，與低黏非反應(yīng)液體的黏度差產(chǎn)生的指進(jìn)現(xiàn)象可以增加酸液向裂縫遠(yuǎn)端的推進(jìn)速度，增大酸液的穿透距離；另外，VES稠化酸中的稠化劑為表面活性劑，具有一定的吸附性能，可以在裂縫壁面形成一定的吸附層，減少巖板與酸液的接觸。單級(jí)注入條件下，由于隔離層的作用，注入后期酸液對(duì)巖石壁面的酸蝕作用大大降低，而多級(jí)交替注入條件下，一方面低黏非反應(yīng)液體對(duì)隔離層形成物理沖刷，一方面表面活性劑形成的膠束遇水后破膠，從巖板壁面脫落，兩者的共同作用可以減少隔離層的形成，增加酸液對(duì)裂縫壁面的刻蝕深度和面積，提高裂縫導(dǎo)流能力。

圖9 VES稠化酸單級(jí)注入反應(yīng)前、后的巖板表面形態(tài)

圖10 VES稠化酸多級(jí)注入反應(yīng)前、后的巖板表面形態(tài)

綜合分析，在VES稠化酸酸壓中，選擇多級(jí)交替注入工藝，可以進(jìn)一步改善酸液對(duì)裂縫壁面的酸蝕效果，提高酸液有效作用距離，從而增加酸蝕裂縫導(dǎo)流能力及有效縫長(zhǎng)。在實(shí)際施工中，可以將壓裂與酸壓技術(shù)相結(jié)合，首先注入壓裂液，在地層中形成一定長(zhǎng)度的裂縫；然后通過多級(jí)交替注入的方式注入酸液及非反應(yīng)性液體，改善酸液對(duì)裂縫壁面的酸蝕效果，以提高酸蝕裂縫導(dǎo)流能力、酸液有效作用距離和酸壓改造效果。

5 結(jié)論

1)江蘇油田自主研發(fā)的VES稠化酸具有一定的緩速性能，可以降低酸、巖反應(yīng)速度，應(yīng)用于深度酸壓中有助于改善裂縫壁面的酸蝕效果，提高裂縫有效長(zhǎng)度。

2)酸量一定時(shí)，大排量注酸可以將酸液迅速推至裂縫遠(yuǎn)端，提高裂縫有效長(zhǎng)度；小排量注酸可以增加酸液與裂縫的反應(yīng)時(shí)間，提高裂縫導(dǎo)流能力。

3)稠化酸酸壓多級(jí)交替注入可以改善裂縫壁面的酸蝕效果，有利于提高裂縫導(dǎo)流能力和有效縫長(zhǎng)，研究為后期進(jìn)一步探索不同的多級(jí)交替注入模式下酸液對(duì)裂縫壁面的酸蝕效果奠定了基礎(chǔ)。