LH油田酸化解堵配方體系優選

楊 雪，曾 勇

［1.荊州學院（原長江大學工程技術學院），湖北荊州 434023；2.川慶鉆探長慶固井公司，陜西西安 710000］

酸化解堵是砂巖儲層解除井底污染、實現增產增注的主要手段之一[1–2]。利用酸液溶蝕巖石孔隙內堵塞物以及部分礦物成分，改善巖石孔隙的連通性，達到提高產能的目的[3–5]。然而，儲層內酸化反應復雜，不同礦物成分與酸的反應程度不一致，采用籠統酸化無法達到預期改造效果且可能對儲層造成傷害。因此，匹配不同的儲層特征，優選適用性好的酸液體系是提高酸化改造效果的關鍵[6~7]。

本文研究的LH油田，屬于低孔中低滲儲層，地質儲量大，但儲層受污染嚴重，表皮系數達32.5，前期采出程度僅4.1%。為提高儲層動用程度，開展了儲層傷害機理研究，明確了造成傷害的主要原因，結合儲層物性特征，通過室內實驗評價優選了最適合的酸液體系并進行現場應用，取得較好改造效果，為同區塊或同類型儲層實現酸化增產提供借鑒。

1 LH油田物性特征與酸液選擇原則

1.1 儲層物性特征

LH油田巖石礦物以石英、長石為主，但泥質含量高，為灰質粉-細砂巖，且巖心結構較疏松。儲層溫度達117.8℃，地層水型為CaCl2型，礦化度為11 674mg/L。儲層前期敏感性評價結果表明：儲層弱水敏性、無堿敏性，鹽酸敏感性弱，但對土酸敏感性表現為中等偏強，主要由于巖石中方解石等含鈣質礦物較多，與土酸中的HF反應產生CaF2沉淀造成二次堵塞，因此，常規土酸酸化體系不適用。

1.2 酸液體系選擇原則

結合儲層特征分析與巖心敏感性評價，儲層優選酸液體系時應注意以下幾點：

（1）儲層溫度較高，酸液與巖石礦物反應速度快，進行室內評價時多考慮溫度對反應速度的影響。

（2）巖石對HF敏感性較強，且HF易造成巖石骨架松散強度降低，酸化后存在出砂風險，因此，不能采用含HF的酸液體系，但必須具有溶解鈣質以及泥質的能力。

（3）儲層污染較嚴重，酸液體系在具備較強的酸化解堵能力的同時，具有較大的作用半徑。

基于以上幾點原則，優選了氟硼酸HBF4替代常規HF，主要由于氟硼酸HBF4為四步電離酸，水中發生四步水解反應，水解產生HF，同樣起到溶蝕孔隙內雜質堵塞的作用。此外，氟硼酸HBF4水解過程導致其與儲層巖石反應速度較慢，相比HF，氟硼酸HBF4對巖石骨架破壞小，起到深化緩速的效果，并且提高酸液作用距離，降低儲層二次傷害。但氟硼酸HBF4也屬于強酸，應用前仍需要進行前期適應性評價。

2 主體酸液體系評價

2.1 酸液體系評價方法

進行酸液體系評價主要分為酸液溶蝕能力評價實驗與巖心流動實驗。

（1）酸液溶蝕能力評價實驗

酸液溶蝕能力實驗是以儲層巖屑、酸液為實驗材料，控制實驗溫度條件測試酸液體系溶蝕前后的巖屑質量變化，計算酸液的溶蝕率與溶蝕速率，計算公式如下：

式中：η為溶蝕率，%；G1、G2為溶蝕前后巖屑的質量，g。

式中：W為溶蝕速率，g/(mL·h)；V為加入酸液的體積，mL；t為反應時間，h。

（2）巖心流動實驗

巖心流動實驗是利用處理后的地層巖心，配制地層水測試滲透率，再利用鉆井液等液體污染后，通入酸液解堵，測試酸化后巖心滲透率，由滲透率的提高表征酸液解除堵塞，改善污染的效果。

2.2 氟硼酸（HBF4）適應性評價

前期調研結果同樣表明，氟硼酸HBF4化學反應速度較慢，水解生成HF，溶解黏土能力強，因此替代HF效果顯著；此外，氟硼酸HBF4能在黏土表面形成隔離層起到穩定黏土的作用，能夠避免儲層微粒運移而堵塞流動通道，提高酸化效果[8]。為評價儲層條件下氟硼酸HBF4的適用性，在90℃溫度下，將10%濃度HCl與不同濃度HF配制常規土酸溶液，另外與不同濃度的HBF4配制酸液體系，進行巖屑溶蝕率對比實驗研究，溶蝕4h后實驗結果如表1所示。

表1 土酸與HBF4酸溶蝕率對比

對比不同濃度的HF與氟硼酸HBF4兩種體系酸液的溶蝕率，結果表明：氟硼酸HBF4的溶蝕率隨濃度的升高而升高，但相比HF的溶蝕率稍低，8% HBF4與1.5% HF的溶蝕率差距較?。▋H為0.4%），因此，采用氟硼酸HBF4替代HF適用性較好，改變濃度可達到相似的溶蝕率。

溶蝕率表征酸液最終溶蝕效果，而溶蝕速率與酸液的作用半徑密切相關。HF溶蝕速率過快，酸化作用距離短，易造成出井筒周圍儲層砂二次傷害。因此，為評價氟硼酸HBF4的深化緩速效果，模擬儲層90℃溫度條件進行氟硼酸HBF4與HF溶蝕速率對比測試，測試結果如圖1所示。

圖1 土酸與HBF4酸溶蝕實驗結果對比

結果表明：實驗初期HF已經達到了較高的溶蝕率，接近氟硼酸HBF4溶蝕率的4倍，與巖屑反應時間極短，在3h時基本反應完全；而氟硼酸HBF4在前8h溶蝕速率較快，23h時才基本反應完全，整體溶蝕速率較低；而對比最終溶蝕率，氟硼酸HBF4的溶蝕率與HF酸差異較小，說明其深部緩速效果較好，酸液作用距離較長，且避免了因近井筒儲層巖石劇烈溶蝕作用造成的巖石骨架松散的地層出砂的問題，因此，氟硼酸HBF4能夠較好地替代HF，且對儲層具有較好的適應性。

2.3 主體酸液體系優選

根據前期氟硼酸HBF4具有較好的適應性測試結果，針對LH油田采用鹽酸HCl、氟硼酸HBF4以及改性硅酸的主體酸液體系。由于酸液濃度影響巖石溶蝕率且決定了最終酸化解堵效果，為優選最合適的酸液體系配方，設計不同濃度的主體酸液體系的溶蝕實驗，在90℃溫度條件下反應4h后測試溶蝕率，測試結果如表2所示。

表2 主體酸液不同濃度配方溶蝕實驗結果

實驗結果表明：酸液體系中添加改性硅酸后溶蝕率明顯提高，其他酸濃度不變的條件下，改性硅酸添加量由30%降低至15%時，酸液溶蝕率降低了接近2.7%；通過提高改性硅酸濃度（15%提高至30%），氟硼酸HBF4濃度10%與8%時，酸液溶蝕率僅相差0.12%，且溶蝕率均大于20%的溶蝕指標，因此，從溶蝕率指標優選10% HCl+15%改性硅酸+10%HBF4與10% HCl+30%改性硅酸+8% HBF4兩種主體酸液體系均可滿足酸化解堵需求，將進一步通過巖心流動實驗篩選出最佳酸液體系。

2.4 酸液解堵效果優選

在鉆井、修井過程中大量鉆井液、泥漿等液體注入地層中，即使采取儲層保護措施，仍會污染地層造成堵塞，最直觀表現為滲透率的下降，因此，為優選更適合的酸液體系，開展了巖心流動實驗，對比兩種酸液體系的滲透率改善效果。

實驗選取儲層平行樣巖心，滲透率測試分初始滲透率、污染后滲透率以及酸化解堵后滲透率測試三個階段進行，對比兩種酸液體系的滲透率改善效果，實驗結果如圖2所示。

圖2 兩種酸液體系酸化解堵效果評價

根據圖2中實驗結果可以看出，巖心受鉆井液等污染后，滲透率由26.2mD降低至17.2mD，降幅達35%，說明前期工作液對儲層造成極大的污染。污染后巖心經兩種酸液體系酸化解堵后，滲透率大幅提升，說明酸化解堵效果顯著，其中10%HCl+15%改性硅酸+10% HBF4酸液體系酸化解堵后滲透率提高至28.4mD，滲透率恢復值為108%；10%HCl+30%改性硅酸+8%HBF4酸液體系酸化解堵后滲透率提高至24.7mD，滲透率恢復值為94%，均有不錯的酸化解堵效果；而氟硼酸HBF4濃度的提升對酸化解堵效果更加明顯，不僅清除了前期工作液造成的堵塞傷害，同時改善了儲層滲流通道，因此，最終優選10% HCl+15%改性硅酸+10% HBF4酸液體系作為LH油田主體酸液體系。

2.5 高溫緩蝕劑的優選

酸液泵注過程中對地面管線、井筒造成腐蝕，導致金屬強度降低，且反應過程中產生的Fe3+離子進入地層產生Fe(OH)3沉淀，因此需要針對優選酸液體系進行緩蝕劑優選降低腐蝕傷害。

緩蝕劑有GW-1高溫緩蝕劑與LAW高溫緩蝕劑兩種，實驗采用N80鋼材，尺寸為50mm×10mm×3mm，清潔打磨后稱取質量后，量取100mL的主體酸液并加入2%的高溫緩蝕劑，置于高溫高壓（90℃、1MPa）動態腐蝕儀中反應4h后取出，清潔表面后稱重并計算腐蝕速率，實驗結果如表3所示。

表3 緩蝕劑優選實驗結果

實驗結果表明，90℃高溫條件下，LAW高溫緩蝕劑的緩釋效果明顯，平均腐蝕速率僅為18.59g/(m2h)，遠小于腐蝕速率70g/(m2h)-1標準，因此，酸液體系優選LAW高溫緩蝕劑作為主體酸液的緩蝕劑。

3 主體酸液體系現場應用

為檢驗酸液體系的酸化解堵效果，選擇LH13-10a井進行現場酸化實踐。LH13-10a井儲層以灰質、泥質粉細砂巖為主，滲透性較差，平均滲透率僅80mD，生產含水率高達96.7%。使用優選的10% HCl+15%改性硅酸+10% HBF4+LAW高溫緩蝕劑體系酸液進行現場實踐，酸化解堵作業設計如下表4所示。

表4 緩蝕劑優選實驗結果

LH13-10a井實施酸化解堵工藝后，增產效果顯著，目前累計增油近7 000m3，優選的主體酸液體系適用性強，增產效果明顯。

4 結論

1）針對酸敏性較強的儲層，不適宜使用土酸體系酸化，而氟硼酸HBF4具有較好的適應性，深化緩速效果顯著，能有效擴大酸化半徑，避免儲層二次傷害，提高酸化解堵效果。

2）儲層溫度高，酸液體系反應快，優選的LAW高溫緩蝕劑能有效降低酸液與井筒等金屬反應，緩蝕效果較好。

3）添加改性硅酸能有效提高酸液體系的溶蝕率，優選的10%HCl+15%改性硅酸+10% HBF4+LAW高溫緩蝕劑對受污染儲層滲透率恢復達到108%，清除儲層污染的同時，改善了流體流動通道，優選的酸液體系能極大地提高LH油田產能，針對儲層條件相似的油藏具有借鑒意義。