吸附型緩速酸體系的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

李澤鋒，王改紅，姬隨波

（川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，西安 710021）

酸化是油氣井穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的主要工藝措施之一，隨著鄂爾多斯盆地下古開(kāi)采力度增大，酸化改造效果直接影響到氣井的產(chǎn)量，在酸化過(guò)程中，常由于酸巖反應(yīng)速度較快，穿透距離短，降低了增產(chǎn)的有效性[1]。目前常用的緩速酸體系主要有稠化酸、轉(zhuǎn)向酸、交聯(lián)酸等，稠化酸主要是通過(guò)增加酸液黏度，降低H+擴(kuò)散速度，從而達(dá)到降低酸巖反應(yīng)速度的目的；轉(zhuǎn)向酸需要加入大量的表面活性劑，施工成本較高，抗溫性能較差；交聯(lián)酸體系黏度過(guò)大，泵注困難[2-3]，未能起到有效的改造效果。因此需要開(kāi)發(fā)具有緩速效果好、黏度低、易注入、易返排的酸液體系，通過(guò)延緩H+與巖石的作用時(shí)間，提高酸蝕裂縫長(zhǎng)度及非均勻刻蝕程度，達(dá)到增產(chǎn)的目的。

1 吸附型緩速酸體系開(kāi)發(fā)

1.1 緩速劑XYHS-1加量?jī)?yōu)化

研究選取酸液濃度為20%鹽酸。吸附型緩速劑主要有表面活性劑型和聚合物型，表面活性劑型緩速劑通過(guò)表面活性劑在巖石表面吸附，疏水鏈將H+隔離， 達(dá)到緩速的目的， 但由于表面活性劑為小分子，對(duì)酸液降濾失作用差，所形成的隔離膜薄不致密，抗沖刷能力差，影響酸化緩速效果[4]。而加入含陽(yáng)離子疏水單體的聚合物型緩速劑XYHS-1，其聚合物分子中的陽(yáng)離子可吸附在巖石表面，疏水長(zhǎng)鏈能覆蓋在其表面上，從而阻止H+與巖石的接觸，減緩酸巖反應(yīng)速度，達(dá)到緩速的目的，該聚合物型緩速劑在酸液中黏度較低，流動(dòng)性能較好，易注入，有利于低滲透和超低滲透儲(chǔ)層的酸化[5-8]。

1.1.1 不同加量緩速劑配制緩速酸的黏度

實(shí)驗(yàn)測(cè)試不同緩速劑XYHS-1加量下酸液的黏度，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，不同加量的緩速劑在酸液中，隨著溶解時(shí)間的增加，黏度不斷增大，隨后保持穩(wěn)定，酸液黏度較低，穩(wěn)定性較好。

圖1 不同加量緩速劑酸液黏度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)

1.1.2 不同加量緩速劑配制緩速酸的緩速率

按照SY/T 5886—2012緩速酸性能評(píng)價(jià)方法，測(cè)定不同緩速劑XYHS-1加量下緩速酸的緩速率，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，隨著緩速劑加量的增加，酸液的緩速率也不斷增加，當(dāng)緩速劑加量大于1.2%時(shí)，緩速率大于90%，推薦緩速劑加量?jī)?yōu)化為1.5%。

表1 不同緩速劑XYHS-1加量下緩速酸的緩速率

1.2 緩蝕劑HJF-94加量?jī)?yōu)化

利用動(dòng)態(tài)掛片失重法，采用N80鋼片在100℃下，測(cè)定緩蝕劑加量為1.2%、1.5%時(shí)的腐蝕速率，結(jié)果見(jiàn)表2和圖2。由此可知，實(shí)驗(yàn)后鋼片均可見(jiàn)點(diǎn)狀刻蝕，動(dòng)態(tài)腐蝕速率測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，緩蝕劑加量?jī)?yōu)化為1.5%。

表2 不同加量下緩蝕劑HJF-94的腐蝕速率

圖2 鋼片在不同加量緩蝕劑HJF-94腐蝕前后對(duì)比圖

1.3 鐵離子穩(wěn)定劑TWJ-10加量?jī)?yōu)化

使用722型光柵分光光度計(jì)與分析天平，按照GB 3049—88化工產(chǎn)品中鐵含量測(cè)定的通用方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察不同加量TWJ-10的穩(wěn)鐵能力，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，TWJ-10加量在1.0%以上時(shí)，對(duì)鐵離子的穩(wěn)定能力較好。

表3 不同加量鐵離子穩(wěn)定劑TWJ-10的酸液穩(wěn)鐵能力

1.4 助排劑CF-5A、起泡劑YFP-1加量?jī)?yōu)化

選取氟碳類(lèi)助排劑、表面活性劑類(lèi)起泡劑，酸巖反應(yīng)結(jié)束后殘酸液的表面張力、殘酸起泡效果對(duì)返排具有很大影響，研究CF-5A不同加量殘酸液的表面張力，利用羅氏泡沫排水實(shí)驗(yàn)不同加量起泡劑YFP-1殘酸的起泡力、半衰期及攜液能力，結(jié)果見(jiàn)表4和表5。由此可知，CF-5A加量達(dá)到0.5%以上，殘酸液的表面張力可達(dá)到26 mN/m以?xún)?nèi)。由表5可知，起泡劑加量達(dá)到0.5%以上，殘酸可達(dá)到較好的起泡和穩(wěn)泡效果。

表4 不同加量助排劑CF-5A殘酸液的表面張力

表5 不同加量YFP-1殘酸的起泡、穩(wěn)泡的效果

綜上，吸附型緩速酸配方為：1.5%XYHS-1+1.5%HJF-94+20%HCl+1.0%TWJ-10+0.5%CF-5A+0.5%YFP-1。

2 吸附型緩速酸性能評(píng)價(jià)

2.1 溶蝕率

實(shí)驗(yàn)根據(jù)上述配方，配制緩速酸體系，測(cè)定其對(duì)巖心的溶蝕率，結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知，該緩速酸具有較好的溶蝕性能，溶蝕率可達(dá)到90%。

表6 吸附型緩速酸對(duì)巖心的溶蝕率

2.2 靜態(tài)緩蝕率

根據(jù)配制的緩速酸體系，測(cè)定其靜態(tài)腐蝕速率，結(jié)果見(jiàn)表7。由表7可知，緩速酸體系的靜態(tài)腐蝕速率為2.46 g×（m2×h）-1，滿(mǎn)足行業(yè)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，緩蝕率達(dá)到了99.6%，具有很好的緩蝕效果。

表7 吸附型緩速酸靜態(tài)腐蝕速率

2.3 殘酸黏度及表面張力

使用DT-102A型表面張力測(cè)定儀，在室溫下測(cè)定緩速酸殘酸的表面張力和殘酸黏度，結(jié)果見(jiàn)表8。由表8可知，緩速酸的殘酸黏度為1.593 6 mPa×s，表面張力為26.48 mN×m-1，有利于酸化反應(yīng)后殘酸的返排。

表8 吸附型緩速酸殘酸的表面張力和殘酸黏度

2.4 緩速性能

反應(yīng)時(shí)間對(duì)20%鹽酸和緩速酸體系H+濃度的影響見(jiàn)圖3。由圖3可知，緩速酸中H+濃度隨時(shí)間變化明顯低于20%鹽酸；以巖石質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)，緩速酸緩速率為91.2%，具有較好的緩速性能。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)20%鹽酸和緩速酸體系H+濃度的影響

2.5 酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

酸液有效作用距離和酸蝕裂縫導(dǎo)流能力是評(píng)價(jià)酸壓施工的關(guān)鍵性參數(shù)，酸壓所能達(dá)到的最終導(dǎo)流能力主要取決于酸液溶蝕的巖石量和酸蝕裂縫壁面的不均勻程度。酸蝕裂縫越長(zhǎng)、酸蝕裂縫不均勻程度越大，則酸壓效果越好[9-11]。實(shí)驗(yàn)研究了巖心的刻蝕形態(tài)，所用巖板刻蝕前后的形態(tài)如圖4所示，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力如圖5所示。

圖4 巖板在吸附型緩速酸溶蝕前后的形態(tài)

圖5 吸附型緩速酸酸蝕裂縫導(dǎo)流能力隨圍壓變化曲線(xiàn)

由此可知，2 L緩速酸與白云巖反應(yīng)刻蝕程度較差，巖板導(dǎo)流能力隨閉合壓力的升高降低很快。4 L緩速酸與灰質(zhì)白云巖反應(yīng)形成了較為明顯的刻蝕溝槽，巖板導(dǎo)流能力僅次于6 L緩速酸，但其導(dǎo)流能力隨閉合壓力升高具有一定程度的降低，在閉合壓力為50 MPa時(shí)仍可達(dá)40 D×cm；6 L緩速酸與灰?guī)r反應(yīng)形成了明顯的溝槽，巖板導(dǎo)流能力在3組中最大，且隨閉合壓力升高降低幅度較小，在閉合壓力50 MPa時(shí)，仍具有非常高的導(dǎo)流能力。酸液的加量對(duì)酸蝕裂縫有一定的影響，該體系具有較好的緩速及增大裂縫導(dǎo)流能力的特性。

2.6 吸附性

吸附型緩速酸在酸巖反應(yīng)中，緩速劑能夠吸附在巖石表面形成一層吸附膜，延緩酸巖反應(yīng)。酸巖反應(yīng)后能形成較好的酸蝕裂縫，達(dá)到連接油氣通道的作用。采用掃描電子顯微鏡，觀(guān)察酸巖反應(yīng)前、中、后巖石表面形貌的變化情況，見(jiàn)圖6。由圖6可知，酸巖反應(yīng)中的巖心表面光滑，說(shuō)明緩速劑能夠吸附在巖心表面形成保護(hù)膜，達(dá)到酸化緩速的目的；酸巖反應(yīng)完成后，巖心表面形成了一定的裂縫和孔隙，連通性好，進(jìn)一步表明緩速酸酸化效果顯著。

圖6 酸巖反應(yīng)前、中、后巖石表面形貌的變化

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2017年，該緩速酸在蘇里格區(qū)域?qū)嵤?井次，具有較好的儲(chǔ)層改造效果。蘇6-XX井為蘇里格區(qū)域開(kāi)發(fā)井，設(shè)計(jì)采用緩速酸改造馬五層。現(xiàn)場(chǎng)施工采取連續(xù)在線(xiàn)配制，緩速酸黏度為15 mPa·s，酸化施工曲線(xiàn)如圖7所示。由圖7可知，酸化效果明顯且具有較好的降阻效果。

圖7 蘇6-XX井酸化施工曲線(xiàn)

蘇6-XX與鄰井產(chǎn)量情況如表9所示。由表9可知，蘇6-XX井產(chǎn)量約為鄰井產(chǎn)量的5倍，說(shuō)明緩速酸儲(chǔ)層改造效果良好，具有較好的應(yīng)用前景。

表9 蘇6-XX井與鄰井產(chǎn)量對(duì)比

4 結(jié)論

1．開(kāi)發(fā)了一種緩速酸體系，該體系通過(guò)緩速劑中陽(yáng)離子疏水基團(tuán)吸附在巖石表面，形成保護(hù)膜將酸液中H+隔離，延緩酸巖反應(yīng)時(shí)間，提高酸蝕裂縫長(zhǎng)度及非均勻刻蝕程度。

2．該緩速酸的緩速率為91.2%，緩蝕率為99.6%，緩速酸與巖石反應(yīng)形成了較明顯的溝槽且導(dǎo)流能力隨閉合壓力升高降幅較小，緩速效果明顯。

3．該體系在蘇里格地區(qū)得以成功應(yīng)用，單井產(chǎn)氣量是相鄰井產(chǎn)量的5倍左右，改造效果顯著。