低摩阻膠凝劑的制備及現(xiàn)場應(yīng)用

＊肖魏媛 王彬 劉暢 潘錚 張其平 吳家林

（四川省威沃敦化工有限公司 四川 618304）

1.前言

膠凝酸是一種常見的碳酸鹽巖增產(chǎn)技術(shù)手段，通過酸巖反應(yīng)，形成酸蝕裂縫，起到改造儲層，建立復(fù)雜網(wǎng)狀裂縫的目的，而碳酸鹽巖儲層的地質(zhì)條件、儲層構(gòu)造決定了采取何種酸化工作液以及工藝手段，才能進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、合理、有效的儲層增產(chǎn)改造，建立生產(chǎn)通道[1-4]。

近年來，隨著我國油氣資源戰(zhàn)略方針的調(diào)整，將油氣資源勘探開發(fā)的重心從東部油氣區(qū)逐漸向西部油氣區(qū)轉(zhuǎn)移，碳酸鹽巖油氣藏的勘探開發(fā)得到重視，深層海相碳酸鹽巖得到一系列的發(fā)展和突破，在我國塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地、渤海灣盆地發(fā)現(xiàn)多個(gè)碳酸鹽巖油氣田，我國的海相碳酸鹽巖層系油氣資源已經(jīng)大于300億噸油當(dāng)量。據(jù)研究，我國的海相碳酸鹽巖儲層具有分布廣、時(shí)代老、儲層埋藏深、溫度高，巖性致密化程度高等特點(diǎn)[5-7]，在面對海相碳酸鹽巖儲層進(jìn)行酸化壓裂改造時(shí)，由于其地質(zhì)特點(diǎn)，如何獲得更長的酸蝕裂縫和更高的裂縫導(dǎo)流能力，是海相碳酸鹽巖酸壓施工工藝與酸化工作液協(xié)同作用解決的技術(shù)難點(diǎn)。

我國典型的海相碳酸鹽巖儲層一般埋藏深度大于3000m，井溫一般為120℃～140℃，壓力一般為45～65MPa，對該類儲層進(jìn)行酸壓施工時(shí)，由于施工的摩阻高，井口壓力大，導(dǎo)致施工排量受限，無法增大泵注排量施工，使得泵注的酸化工作液無法進(jìn)入地層遠(yuǎn)端，影響酸蝕縫長。因此，一種低摩阻膠凝劑配制的膠凝酸工作液，在施工過程中能夠顯著降低施工的管路摩擦阻力，減小泵注設(shè)備的壓力，對高排量酸壓施工具有十分顯著的改善作用[8-11]。

2.實(shí)驗(yàn)部分

(1)實(shí)驗(yàn)材料

本文涉及的實(shí)驗(yàn)材料主要有丙烯酰胺（AM）、工業(yè)級，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）、工業(yè)級，N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、工業(yè)級，白油、工業(yè)級，失水山梨醇油酸酯（Span80）、工業(yè)級，過硫酸銨、分析純，亞硫酸氫鈉、分析純，乙二胺四乙酸、分析純，濃鹽酸、工業(yè)級，酸化用緩蝕劑WLD31A、四川省威沃敦化工有限公司產(chǎn)品，鐵離子穩(wěn)定劑WLD28A、四川省威沃敦化工有限公司產(chǎn)品，粘土穩(wěn)定劑WLD44、四川省威沃敦化工有限公司產(chǎn)品，酸化用助排劑WLD27、四川省威沃敦化工有限公司產(chǎn)品，酸化用轉(zhuǎn)相劑WLD20、四川省威沃敦化工有限公司產(chǎn)品。

(2)實(shí)驗(yàn)儀器

聚合反應(yīng)裝置、實(shí)驗(yàn)室自制，HTD-03型六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、青島恒泰達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司，HAMZ-V型摩阻測試儀、成都巖心科技有限公司，GWF-4型高溫高壓掛片動態(tài)腐蝕儀、海安石油科研儀器有限公司，HH-8型數(shù)顯恒溫水浴鍋、常州國華電器有限公司。

(3)低摩阻膠凝劑的制備

按比例稱取Span80溶解于白油中，持續(xù)通入氮?dú)猓跀嚢钘l件下加入預(yù)先溶解好的AM、DMC和NVP水溶液，持續(xù)攪拌30min進(jìn)行乳化，隨后按序加入提前預(yù)制好的亞硫酸氫鈉溶液、過硫酸銨溶液，升溫至45℃，保持反應(yīng)3h后得到低摩阻膠凝劑。

(4)膠凝酸工作液的制備

使用合成的低摩阻膠凝劑，配合輔劑制備成具有良好增粘效果的膠凝酸工作液，配制配方為：20%鹽酸+2.5%低摩阻膠凝劑+2.5%酸化用緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑+1%粘土穩(wěn)定劑+1%酸化用助排劑+1%酸化用轉(zhuǎn)相劑。

3.性能評價(jià)

(1)增粘性能

合成的低摩阻膠凝劑具有明顯的增稠作用，且通過改變膠凝劑的加量能夠線性調(diào)節(jié)膠凝酸的表觀粘度，滿足不同井況、儲層的改造要求。不同低摩阻膠凝劑加量的膠凝酸工作液粘度如下表1所示。

表1 不同低摩阻膠凝劑加量膠凝酸的粘度

(2)耐溫性能

將配制好的膠凝酸使用高溫高壓掛片動態(tài)腐蝕儀進(jìn)行老化，老化溫度為140℃、攪拌速度為60r/min，測試不同老化時(shí)間后老膠凝酸的表觀粘度，其測試數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 膠凝酸耐溫能力

結(jié)果表明，膠凝酸工作液在140℃條件下老化1h，粘度保持率為80%，老化2h后粘度保持率為56%，該溫度下膠凝酸在2h內(nèi)具有良好的耐溫性能，隨著時(shí)間的延長，膠凝酸的粘度衰減較大，在老化3h、4h后粘度衰減率分別為76%和84%。

(3)減阻能力

對制得的低摩阻膠凝劑配制成水溶液，采用管路摩阻測試儀模擬井下管柱的流動情況，測試降阻率，其數(shù)據(jù)如下圖2所示，測試配方為：2.5%低摩阻膠凝劑+1%酸化用轉(zhuǎn)相劑+96.5%清水。

圖2 低摩阻膠凝劑的降阻率曲線

在A點(diǎn)前為清水的基準(zhǔn)降阻率，在A點(diǎn)時(shí)加入酸化用轉(zhuǎn)相劑和低摩阻膠凝劑，結(jié)果表明，膠凝劑在30s內(nèi)在管路中溶解分散完全，在50s內(nèi)降阻率達(dá)到最大值，平均降阻率為75.17%，低摩阻膠凝劑能夠明顯降低酸化壓裂施工的管路摩阻，減小井口泵壓，減輕設(shè)備壓力，進(jìn)而提高酸化施工排量，提升酸壓的增產(chǎn)改造效果。

(4)膠凝酸緩蝕能力評價(jià)

對膠凝酸工作液采用高溫高壓掛片動態(tài)腐蝕儀進(jìn)行140℃條件下腐蝕速率測試，測試條件為：溫度140℃、壓力16MPa、攪拌速度60r/min、時(shí)間4h，腐蝕速率測試數(shù)據(jù)如下表2所示，N80鋼片經(jīng)140℃腐蝕測試后的外觀如下圖3所示。

表2 N80鋼片在膠凝酸工作液140℃的腐蝕速率

續(xù)表

圖3 N80鋼片經(jīng)140℃腐蝕測試后外觀

結(jié)果表明，經(jīng)腐蝕測試后的N80鋼片表明光潔平整，無點(diǎn)蝕孔洞出現(xiàn)，該膠凝酸工作液配方在140℃條件下具有良好的防管柱腐蝕的作用，對酸壓施工設(shè)備的保護(hù)效果是有力的。

4.現(xiàn)場應(yīng)用

使用本文合成的低摩阻膠凝劑及相關(guān)產(chǎn)品，配制的膠凝酸酸化工作液已成功應(yīng)用于四川盆地川中、川南等碳酸鹽巖油氣田區(qū)塊，且取得了較好的酸化增產(chǎn)改造效果，后期求產(chǎn)取得較好的產(chǎn)氣量。

圖4 XX3-井酸化施工曲線

圖5 XX4-井酸化施工曲線

XX3井與XX4井的地質(zhì)構(gòu)造、施工數(shù)據(jù)、產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)如 表3所示。

表3 XX3井、XX4井地質(zhì)結(jié)構(gòu)、施工數(shù)據(jù)

5.結(jié)論

（1）本文合成的反相乳液型低摩阻膠凝劑能夠有效降低管路摩阻，降阻率達(dá)75.17%，作為酸液稠化劑使用具有減小施工泵壓的、提升施工排量的現(xiàn)實(shí)意義。

（2）使用低摩阻膠凝劑復(fù)配輔劑制得的膠凝酸工作液，耐溫能力良好，在140℃老化2h后粘度保持率為56%，滿足酸化施工要求，同時(shí)140℃下腐蝕速率僅為29.0739 g/（m2·h），對井下管道的腐蝕影響小，該膠凝酸工作液更綠色、安全。

（3）膠凝酸工作液產(chǎn)品性能穩(wěn)定，目前在四川川中、川南碳酸鹽巖油氣礦區(qū)的井次成功應(yīng)用，并取得較好的施工以及儲層改造效果，以XX3井和XX4井為例，使用本文辦法配制的膠凝酸工作液，各自取得了145m3/d、205m3/d的產(chǎn)量量，增產(chǎn)改造效果顯著，目前我國頁巖氣的大量探明和開采，海相碳酸鹽巖的增產(chǎn)改造，膠凝酸具有很好的應(yīng)用前景。