一種新型含瀝青質儲層解堵液體系的研究
——以四川盆地龍女寺龍王廟儲層為例

張倩,劉威,熊穎,李朝林,張興德,劉爽,陸小鋒,王川

1.中國石油西南油氣田分公司天然氣研究院，四川 成都 610213 2.中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦，四川 遂寧 629000

四川盆地龍女寺龍王廟儲層主要為(殘余)砂屑白云巖，儲集空間以粒間溶孔、晶間溶孔為主，部分發育有裂縫，主要為裂縫-孔洞型、裂縫-孔隙(洞)型這2種類型儲層。儲層平均厚度16.2m，橫向連續性差，非均質性強。儲層瀝青充填較為普遍，對儲層物性有較大影響，瀝青普遍質量分數為0.1%～3%，儲層測井解釋平均孔隙度4.3%，瀝青的存在大大降低了儲層的滲流能力，利用核磁共振測井結合巖心標定對瀝青的影響進行校正后，平均孔隙度降至3.47%。其中，M井受瀝青充填影響明顯，測井解釋平均孔隙度5.4%，去除瀝青校正的孔隙度為3.8%，面洞率1.62%，試井解釋其近井區滲透率0.02mD，儲層厚度近40m，測試產量僅10.45×104m3/d；而G井儲層品質與M井相當，孔隙度3.2%，面洞率1.56%，但瀝青充填程度較低，試井解釋近井區滲透率0.62mD，儲厚24.2m，測試產量達到20.44×104m3/d?，F常規的酸液體系對該儲層改造效果較差，因此有必要開發出一套適合龍女寺含瀝青質儲層的酸液體系，有效去除或者降低瀝青質對儲層改造效果的影響。

國內外關于瀝青質及其他重有機質的沉積引起的生產問題早有報道[1]，主要是通過機械處理和化學有機溶劑去除或溶解、分散瀝青質。而地層中瀝青質的清除主要還是采用化學方法。瀝青質沉積物分散劑的研究很多，根據瀝青分散穩定原理，分散劑配方中含有芳香類物質和極性表面活性劑，芳香類物質分散瀝青質沉積物，表面活性劑極性分子借助形成的氫鍵滲透、分散進入膠質和瀝青質片狀分子之間，部分拆散平面重疊堆砌而成的聚集體，使其結構變松散，有序程度降低，空間延伸度減小，起到分散、穩定瀝青質的作用。常用的瀝青質沉積物分散劑主要是羥基衍生物類、烷基苯衍生物類、高分子聚合物類，離子液體類等[2,3]。目前國外的研究大多集中在油藏瀝青的沉積機理、預防以及影響瀝青沉積的因素等方面[4-9]，而瀝青沉積對儲層傷害的解除相對較少。針對龍女寺龍王廟含瀝青質儲層的酸化改造，結合瀝青溶解分散劑研究，開發了一種適用于含瀝青質儲層的解堵液體系。

1 試驗材料與儀器

1.1 試驗材料

碳酸鹽巖人造巖心、石油瀝青、鹽水(KCl溶液質量分數2%)、常規膠凝酸(酸液質量分數20%)、含瀝青質儲層解堵液體系(酸液質量分數20%)。

1.2 儀器

鐵質研缽，電子天平，巖心壓制機，掃描電鏡，電熱鼓風干燥箱，STY-4型滲透率測量儀，循環水式多用真空泵，高溫高壓腐蝕實驗儀(海安縣石油科研儀器有限公司HK-1)，表界面張力實驗儀(德國KRUSS公司K100)，HAAKE流變儀(德國哈克公司)，多功能酸液流動及酸化評價系統(美國Thermo公司CRS-500)。

2 試驗方法

2.1 體系性能評價方法

1) 高溫腐蝕性 參照SY/T 5405—2019《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》，利用酸液動態腐蝕儀對新型含瀝青質儲層解堵液體系進行高溫動態腐蝕評價，腐蝕速率小于70g/(m2·h)，符合緩蝕劑評價一級標準。

2) 穩鐵性 參照ST/T 6571—2003《酸化用鐵離子穩定劑性能評價方法》中關于鐵離子穩定劑的評價方法對新型含瀝青質儲層解堵液體系進行穩鐵能力評價，穩鐵能力在4000mg/mL左右，滿足現場施工技術指標要求。

3) 耐溫耐剪切性 參照SY/T 6214—2016《稠化酸用稠化劑》，利用HAAKE流變儀，測定2種體系在170s-1剪切速率下，溫度由30℃上升到150℃的黏度變化，并測定在150℃時剪切速率不斷變化的剪切穩定性。評價新的解堵液體系性能能否滿足施工基本要求。

2.2 單巖心流動試驗方法

分別向巖心中注入膠凝酸和瀝青質酸液，模擬酸液在地層中的反應及流動情況，對比分析二者對于含瀝青質儲層的改造效果。先將巖心對剖之后造縫涂抹填充瀝青，再重新粘貼恢復。將處理后的巖心飽和水后放入巖心夾持器中，在一定溫度、流量條件下依次將鹽水、酸液、鹽水注入巖心夾持器中，測量整個過程中的滲透率和壓降變化情況。

3 解堵液體系

3.1 瀝青成分分析

將取好的瀝青顆粒研磨成粉末并制片，然后采用電鏡掃描分析其結構及元素構成(見圖1)。根據電鏡掃描結果，分析得到龍女寺儲層瀝青組分(見表1)，其含碳質量比在48%左右，初步考慮采用有機溶劑進行溶解分散。

圖1 瀝青顆粒掃描電鏡分析結果Fig.1 SEM photos of asphalt particles

表1 電鏡成分分析表

3.2 溶解分散劑

作為含瀝青質儲層解堵液體系最核心的成分，瀝青溶解分散劑的選擇至關重要[10,11]，其作用主要是既能溶解分散瀝青質同時也能夠與主體酸液很好地互溶，不影響主體酸液的各項性能。

3.2.1 有機溶劑對瀝青常溫溶解性能評價

分別稱取5g龍女寺巖心提取瀝青，放入常規有機溶劑甲苯、二甲苯、輕質油、十二烷基苯磺酸(文獻報道甲苯、二甲苯等對石油瀝青質溶解率達到70%以上[12])，在常溫下放置24h，觀察其溶解分散性(見圖2)，發現巖心外觀無明顯變化，有機溶劑顏色不變，且未見分散物。

圖2 不同有機溶劑對瀝青的溶解現象Fig.2 Dissolution of asphalt by different organic solvents

將在二甲苯溶液中的瀝青過濾烘干，發現溶解前后外觀及質量均無明顯變化(見圖3)。結合上述電鏡數據，可以看出該瀝青由于含碳量過高，常規瀝青溶解劑對龍女寺巖心提取瀝青無法進行有效溶蝕。

圖3 瀝青在二甲苯溶液中的溶解過程及現象Fig.3 Dissolution process and phenomenon of asphalt in xylene solution

3.2.2 瀝青溶解分散劑常溫性能

常規瀝青溶解劑對目標區塊瀝青溶解效果不理想，故考慮將目標區塊瀝青分散至瀝青溶解分散劑中，避免瀝青沉淀對地層造成堵塞，且分散狀態的瀝青易隨液體排出，從而達到解堵效果。根據文獻[3]，選用幾種常見分散劑與筆者的溶解分散劑進行評價。A (聚醚多元醇，西南石油大學)、B(長烷基鏈環狀醇醚，西南石油大學)、C(胺類)、CT-4(醚為主體、輔以溶劑油、兩性表面活性劑，西南天然氣研究院)，觀察在常溫下區塊瀝青在分散劑中的分散性。圖4為不同分散劑對瀝青的分散效果，可以看出分散劑CT-4對瀝青有分散溶解作用，其余分散劑均沒有分散效果。這是因為溶解分散劑CT-4以醚為主體、輔以溶劑油、兩性表面活性劑和穩定劑組合而成。基于相似相溶原理以及表面活性劑增溶原理，該溶解分散劑可以減弱瀝青質分子之間π-π鍵的相互作用力，從而可以有效抑制瀝青質的沉積。

圖4 不同分散劑對瀝青的分散效果Fig.4 The dispersing effect of different dispersants on asphalt

3.2.3 瀝青溶解分散劑高溫性能

結合儲層溫度，設定瀝青在滾子爐中高溫老化試驗條件為150℃×48h，測試瀝青溶解分散劑在高溫下對瀝青的溶解性能，試驗結果見表2。瀝青溶解分散劑A在高溫下乳化分層， B、C在高溫下對瀝青無明顯溶解分散作用， CT-4在高溫下對瀝青有明顯分散溶解現象。因此，優選出CT-4作為含瀝青質解堵液體系的溶解分散劑。

表2 瀝青溶解分散劑對瀝青的溶解度

3.3 解堵液配方

四川盆地龍女寺龍王廟含瀝青質儲層巖性以灰色云巖為主，通常采用酸壓作業進行改造，在解除污染的基礎上，形成一定導流能力酸蝕裂縫，盡可能溝通高滲帶，擴大泄流面積。由于儲層溫度高(150℃左右)，酸巖反應速度快，酸液有效作用距離短，因此一般采用耐溫和緩速性能較好的膠凝酸來提高酸蝕裂縫長度[13-15]；采用耐溫能力較好的陽離子型膠凝劑提高酸液黏度，依靠黏度降低高溫下酸巖反應速率；同時，加入高溫酸化緩蝕劑以及緩蝕增效劑，避免高溫下酸液對管柱腐蝕帶來的穿孔、斷裂風險；加入鐵離子穩定劑，避免殘酸中鐵離子二次沉淀傷害；加入黏土穩定劑避免因黏土膨脹、運移造成的儲層傷害問題；為了施工后能快速返排(儲層的壓力因數一般在1.6左右)，加入助排劑降低殘酸返排時的毛細管阻力，提高返排能力，避免因殘酸滯留地層帶來的傷害問題。因此對于龍女寺儲層，基于上述考慮選用膠凝酸作為基礎酸液體系。

膠凝酸配方：20%HCl+0.3%～0.5%膠凝劑+1%鐵離子穩定劑+2%～3.5%緩蝕劑+1%～1.5%緩蝕增效劑+1%助排劑+1%黏土穩定劑(配方中的百分數為質量分數,下同)。

考慮到瀝青質充填對儲層改造的影響，在膠凝酸體系中加入一定量的瀝青溶解分散劑，對充填的瀝青質進行溶解、分散(剝離)，提高孔隙的連通性，形成了適合龍女寺龍王廟含瀝青質儲層解堵液體系，其配方為：20%HCl+0.3%～0.5%膠凝劑+1%鐵離子穩定劑+2%～3.5%緩蝕劑+1%～1.5%緩蝕增效劑+1%助排劑+1%黏土穩定劑+8%～15%瀝青溶解分散劑CT-4。

4 解堵液體系的性能評價

4.1 高溫腐蝕性能

參照SY-T/5405—2019《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》，考察新型含瀝青質儲層解堵液體系的緩蝕性能(試驗溫度為150℃)。含瀝青質儲層解堵液體系對標準鋼片腐蝕前后形貌對比如圖5所示。解堵液對鋼片的腐蝕為均勻腐蝕，無點腐蝕發生。解堵液體系對鋼片的腐蝕速率分別為64.26g/(m2·h)(086#)和69.64g/(m2·h)(049#)，平均腐蝕速率為66.95g/(m2·h)，對比行業標準(150℃腐蝕速率<70g/(m2·h)，該含瀝青質儲層解堵液體系腐蝕速率達到行業一級標準。

圖5 解堵液對兩組標準鋼片腐蝕前后形貌對比圖Fig.5 Comparison of morphology of two groups of standard steel sheets before and after corrosion by blockage removing fluid

4.2 穩鐵性能

參照SY/T 6571—2003《酸化用鐵離子穩定劑性能評價方法》開展新型含瀝青質儲層解堵液體系穩鐵性能評價，150℃高溫條件下含瀝青質儲層解堵液體系有較好的穩定鐵離子能力，對比行業標準(穩鐵能力>2000mg/mL),該瀝青質儲層解堵液體系穩定鐵量高達2010mg/mL。

4.3 耐溫耐剪切性

采用HAAKE流變儀測試常規膠凝酸和含瀝青質儲層解堵液流變曲線(剪切速率170s-1)，流變曲線如圖6所示。2種酸液流變曲線變化趨勢基本一致：隨著溫度的上升，解堵液體系黏度逐漸下降，150℃連續剪切100min后，黏度均能穩定在15mPa·s以上，滿足性能要求。

圖6 耐溫耐剪切曲線Fig.6 Temperature and shear resistance curves

4.4 解堵液流動模擬試驗分析

取4根處理后的巖心進行巖心流動試驗，各巖心的物性參數如表3所示，分別根據巖心過酸前后滲透率的改變來判斷其解堵效果?？梢钥闯觯Ｒ幠z凝酸對巖心滲透率改善倍數分別為4.567、3.225倍，而含瀝青質儲層解堵液體系對于巖心滲透率改善倍數為4.728、6.295倍。含瀝青質儲層解堵液體系對巖心滲透率改善倍數明顯高于常規膠凝酸的原因在于瀝青質解堵液進入地層后，其中的瀝青分散劑可以很好地將儲層孔隙中的瀝青進行溶解分散，增大了巖心孔隙度。

表3 解堵液對巖心滲透率改善效果

5 結論

1)研發了以醚為主體，輔以溶劑油、兩性表面活性劑和穩定劑組合而成瀝青溶解分散劑CT-4，該溶解分散劑在高溫下，對儲層瀝青的溶解率能達到65%。

2)瀝青分散劑CT-4與常規膠凝酸具有較好的配伍性，且該含瀝青質儲層解堵液體系具有較好的抗剪切和耐溫性能，150℃下剪切100min后黏度超過15mPa·s，150℃動態腐蝕速率小于70g/(m2·h)，達到了含瀝青質儲層的酸壓施工工藝要求。

3)巖心流動試驗結果表明，該體系對含瀝青質儲層巖心滲透率改善倍數達到4～6倍，與常規膠凝酸相比，該解堵液體系對含瀝青質儲層巖心滲透率改善效果更為顯著。