一種新型生物酸在延長氣田酸化壓裂中的應用探究

董曉軍，侯儒，王鑫，黃得順，沈燕賓

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司 油氣勘探公司，陜西 延安 716000；2.陜西省石油化工研究設計院，陜西 西安 710054)

鄂爾多斯盆地中部探區天然氣主力儲層自上而下發育有上古生界石盒子組、山西組、本溪組砂巖儲層和下古生界馬家溝組碳酸鹽巖儲層[1-3]，其中碳酸鹽巖儲層在其西北部氣田為第一主力層，因此，不斷優化酸化壓裂工藝技術，努力提高儲層改造效果成為了氣田發展的重要主題之一。酸化壓裂(簡稱酸壓)是靠酸蝕并延伸裂縫來達到改善地層滲流能力的一種增產措施[4]。依靠酸液的水力和溶蝕作用可形成延伸較遠的酸壓裂縫，酸與巖石反應溶蝕裂縫使壁面凹凸不平(簡稱蚓孔)[5-6]，提高地層的導流能力，實現增產的目的[7]。本文對生物酸由生物酸化劑(植酸、果酸、酒石酸、海藻酸、乳酸)、聚天冬酸、有機鹽、生物活性劑、少量酶及葡萄糖組成，具有低毒、低氣味、低腐蝕、可生物降解性的性能進行了室內評價，該酸液具有低腐蝕、酸巖反應慢、巖石刻蝕蚓孔復雜等特性，通過現場試驗，應用效果較好，具有進一步探究的價值。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

生物酸A、生物酸B、現場生物酸(8%A+2%B)、現場稠化酸、巖心均為自制；鋼片(N80)；無水乙醇，分析純。

FA2004N分析天平；LT2002電子天平；JYW-200B全自動表界面張力儀；101-2SB烘箱；HH-4恒溫水浴鍋。

1.2 實驗方法

1.2.1 pH測定 在24 ℃下，用廣泛pH試紙測定溶液pH。

1.2.2 鋼片腐蝕實驗 在90 ℃下，分別取現場稠化酸200 g、現場生物酸200 g、生物酸A(10%水溶液)200 g、生物酸B(10%水溶液)200 g，倒入廣口瓶中。將N80鋼片用無水乙醇擦凈后，分析天平稱重3次(精確至0.000 1 g)，用細繩吊起，斜放在準備好的4類樣品溶液中，分別置于90 ℃水浴鍋中，4 h后拿出，用無水乙醇將鋼片擦凈，稱重，用公式(1)計算腐蝕速度。

(1)

式中m前——鋼片腐蝕前質量，g；

m后——鋼片腐蝕后質量，g。

1.2.3 巖心溶蝕實驗 在90 ℃下，取馬五巖心樣品4塊(高2.5 cm，直徑2.5 cm，約40 g)，洗凈、烘干，稱量。分別取現場稠化酸200 g、現場生物酸200 g、生物酸A(10%水溶液)200 g、生物酸B(10%水溶液)200 g，分別放入一塊處理后巖心樣品，置于90 ℃恒溫水浴中，現場稠化酸、現場生物酸(8%A+2%B)與巖心均有明顯的冒泡反應。現場稠化酸、10%生物酸B放置4 h，反應基本停止。其中現場稠化酸因粘度大，無法觀察到具體冒泡現象，只能通過觀察表面是否起泡來判斷反應情況。反應完畢后，稠化酸粘度未減小。現場生物酸和10%生物酸A可持續均衡反應8.5 h，8.5 h后仍有輕微冒泡反應。考慮到繼續反應對實驗結果影響不大，且對現場參考意義不大，取出烘干、稱量，按照公式計算溶蝕量、溶蝕率、反應速度。

Δm=m1-m2

(2)

(3)

式中 Δm——巖心溶蝕量，g；

m1——實驗前巖心質量，g；

m2——實驗后巖心質量，g。

(4)

式中Va——反應速率，g/(m2·h)；

Δm——巖心溶蝕量，g；

S——巖心表面積，m2；

Δt——反應時間，h。

2 結果與討論

2.1 生物酸的pH

測定結果見表1。

表1 樣品pH測定結果

由表1可知，1號現場稠化酸樣品pH最小，有劇烈刺激性氣味；4號生物酸B樣品pH次之，2號現場生物酸樣品、3號生物酸A樣品pH最大，有較輕的生物發酵味，無刺鼻氣味，表明現場生物酸比現場稠化酸酸性弱，更利于造長縫。

2.2 生物酸腐蝕實驗

實驗結果見圖1、表2。

圖1 鋼片腐蝕前、后照片

表2 腐蝕速度測定結果

由表2可知，現場生物酸(8%A+2%B)、生物酸A(10%)、生物酸B(10%)的腐蝕速度均低于現場稠化酸，表明現場生物酸對現場壓裂設備、井口裝置、井內管具腐蝕傷害更小。

2.3 巖心溶蝕實驗

實驗結果見圖2、圖3和表3、表4。

圖2 巖心樣溶蝕前照片

圖3 巖心樣溶蝕后照片

表3 巖心溶蝕量、溶蝕率測定結果

表4 巖心溶蝕反應速率測定結果

由表3可知，1、2、3號巖心溶蝕率基本相當，1號巖心略高，4號巖心最低，現場生物酸可以滿足碳酸鹽儲層改造需求。

由表4可知，1、4號巖心反應速率基本相當，2、3號巖心遠低于1、4號巖心，現場生物酸相比現場稠化酸在造長縫方面更有優勢。

由圖3可知，現場稠化酸溶蝕后巖心表面光滑，生物酸溶蝕后，巖心表面凹凸不平，刻蝕孔洞形態復雜，形成大量蚓孔，并且巖心整體結構完整，并沒有因酸蝕作用而引起巖心松散和垮塌，酸蝕裂縫導流能力更高。

2.4 現場試驗

延長氣田針對生物酸壓裂共進行了24井次的現場試驗，均采用(8%A+2%B)生物酸前置(30 m3)+高壓注稠化酸的方式進行，某x-1井相關情況見圖4、圖5。

圖4 某x-1馬五14層壓裂施工曲線

圖5 某x-1馬五13層壓裂施工曲線

由圖4、圖5可知，每層注入30 m3左右的前置生物酸，生物酸進地層后，破壓明顯，生物酸前置施工階段施工壓力較高，前置生物酸與地層反應速度更低，有利于通過前置生物酸的低反應速率造更長的縫，在地層遠端形成蚯孔溝通微裂縫，從而提高地層導流能力與儲層改造效果，施工過程最高工作壓力80 MPa，平均工作壓力61.8 MPa，生物酸摩阻與稠化酸相當，施工順利完成。該井經測試求產無阻流量達41 600 m3/d，與鄰井相比，儲層物性條件相似，但鄰井無阻流量不足10 000 m3/d，改造效果較好。經統計，使用生物酸作業的井氣產量較常規酸化作業均有所提升。

3 結論

(1)生物酸pH介于3～4，無刺激性氣味，更加安全環保。

(2)生物酸腐蝕速度低于2 g/(m2·h)，腐蝕試驗結束后，鋼片表面光滑無點蝕，對壓裂設備、井口裝置、井內管具傷害更小。

(3)生物酸溶蝕巖心后，巖心表面粗糙，凹凸不平，利于形成有效蚓孔，刻蝕孔洞形態復雜，并且巖心整體結構完整，并沒有因酸蝕作用而引起巖心松散和垮塌，有利于提高導流能力。

(4)生物酸反應速率為246.8 g/(m2·h)，是現場稠化酸反應速率的44.5%，緩速效果明顯，有利于增加酸壓裂縫長度。

(5)通過室內和現場試驗結果來看，生物酸具有酸巖反應速率慢、刻蝕表現好的特性，有利于提升酸壓改造的縫長和刻蝕蚓孔質量，增大裂縫導流能力，并在現場試驗中取得了較好的應用效果，具有一定推廣價值。