SM131復(fù)合酸體系在地?zé)犴n城1號(hào)井中的應(yīng)用研究

魏曉，葛毓，薛超，麻銀娟，張玉貴

（陜西省一三一煤田地質(zhì)有限公司，陜西 韓城 715400）

0 引言

近年來，隨著地?zé)峋┕ぴ絹碓蕉啵峄舛录夹g(shù)也逐漸應(yīng)用到地?zé)崽镩_發(fā)領(lǐng)域。韓城市具有發(fā)展水熱型地?zé)崮艿馁Y源優(yōu)勢和基礎(chǔ)（其中碳酸鹽巖熱儲(chǔ)因其出水量大、水溫高、易于回灌的特點(diǎn)），成為了重點(diǎn)開采目標(biāo)層，由于該區(qū)中深層地?zé)峋┕ど疃却螅に噺?fù)雜，投資大，風(fēng)險(xiǎn)也高，采用常規(guī)洗井及爆破無法保證地?zé)峋鏊浚瑥亩绊懙責(zé)峋畣尉a(chǎn)能及回灌量，進(jìn)而影響到開發(fā)利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。因此，地?zé)峋峄嵋后w系有待于進(jìn)一步研究。

1 工程概況

1.1 地理位置

“地?zé)犴n城”1 號(hào)井位于韓城市北二環(huán)以北、東二環(huán)以西，目前供暖建筑面積5.3 萬m2，包含看守所、武警中隊(duì)、監(jiān)管刑偵樓、消防隊(duì)及執(zhí)法監(jiān)督中心等建筑。

1.2 施工概況

地?zé)犴n城1 號(hào)井一開于2018年10月21日15:00 使用φ444.5 mmPDC 鉆頭開鉆，鉆井循環(huán)液采用清水+土粉（低固相泥漿）。鉆具結(jié)構(gòu)為φ444.5 mmPDC 鉆頭+φ178.00 mm 鉆鋌+127.00 mm 方鉆桿。二開于2018年10月30日17:00 開始透孔，之后使用φ222.20 mmPDC 鉆頭開鉆，鉆井循環(huán)液為低固相泥漿加聚合物體系。鉆具結(jié)構(gòu)為φ222.20 mmPDC 鉆頭+Lz172 直螺桿+159 鉆鋌+212 扶正器+方鉆桿。三開于2018年11月28日22:30 三開鉆具下鉆，鉆具結(jié)構(gòu)為φ152 mmPDC 鉆頭+φ122 mm 螺桿+φ121 mm 鉆鋌+φ89 mm 加重鉆桿鉆進(jìn)，鉆井循環(huán)液采用清水循環(huán)鉆井液，于2018年12月31日鉆進(jìn)至井深3315.60 m 完井，隨后下泵洗井抽水。

2 復(fù)合酸體系（SM131） 設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

儀器：水浴鍋，電子天平，烘箱，普通玻璃儀器。

試劑：SM131。

復(fù)合酸液：60%HCL（31%稀鹽酸） +3%鐵離子穩(wěn)定劑+2%緩蝕劑。

其它：巖屑，巖樣，N80 套管鋼片，無水乙醇，鐵離子穩(wěn)定劑，膨潤土，水和煤油等。

2.2 藥劑配伍性

取鹽酸、酸化緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑、防膨穩(wěn)砂劑、助排劑、消泡劑，按上述比例混勻，溶液均勻無沉淀、無絮沉，藥劑配伍性好。

2.3 巖樣溶蝕實(shí)驗(yàn)

（1） 配制SM131 復(fù)合酸液：40%HCL（31%稀鹽酸） +2%鐵離子穩(wěn)定劑+2%緩蝕劑1 000 g，分別倒入5 個(gè)廣口瓶中各100 g 待用。

（2） 將巖心用分析天平稱重3 次，每份5 g左右，置于上述所配溶液中，90 ℃水浴鍋中反應(yīng)4 h 后拿出，烘干稱重，按下式計(jì)算溶蝕量和溶蝕率。

式中：R0為溶蝕率，%；m前為溶蝕前質(zhì)量，g；m后為溶蝕后質(zhì)量，g。

SM131 復(fù)合酸對現(xiàn)場巖樣具有很好的溶蝕效果，溶蝕率84%～92%。室內(nèi)巖樣溶蝕率統(tǒng)計(jì)表見表1。

表1 室內(nèi)巖樣溶蝕率統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of rock sample dissolution rate

溶蝕前巖樣照片如圖1所示。

圖1 溶蝕前巖樣照片F(xiàn)ig.1 Photograph of rock sample before dissolution

溶蝕后巖樣照片如圖2所示。

圖2 溶蝕后巖樣照片F(xiàn)ig.2 Photos of rock sample after dissolution

由圖1和圖2可以看出，溶蝕完畢后，巖石硬塊變?yōu)樗樾迹f明SM131 復(fù)合酸可以有效提高基質(zhì)滲透率。

2.4 套管溶蝕實(shí)驗(yàn)

（1） 取40%HCL（31%稀鹽酸） +2%鐵離子穩(wěn)定劑+2%緩蝕劑200 g 倒入廣口瓶待用。

（2） 將N80 套管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(xì)繩吊起，斜放在上述準(zhǔn)備好的樣品溶液中，置于90 ℃水浴鍋中，4 h 后拿出，用無水乙醇將鋼片擦凈，稱重，計(jì)算腐蝕速度。樣品溶液對鋼片腐蝕速度按下式計(jì)算：

式中：F 為腐蝕速度，g/m2·h；M前為鋼片腐蝕前質(zhì)量，g；M后為鋼片腐蝕后質(zhì)量，g。

N80 套管鋼片在90 ℃的SM131 復(fù)合酸液中浸泡4 h 后，腐蝕速度＜1 g/m2·h，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求腐蝕速度＜5 g/m2·h。腐蝕速度越低，對管柱設(shè)備的保護(hù)能力越好，可延長套管、設(shè)備的使用壽命。套管腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表見表2。

表2 套管腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical table of casing corrosion data

腐蝕后套管鋼片如圖3所示。鐵離子穩(wěn)定圖片如圖4所示。

圖3 腐蝕后套管鋼片F(xiàn)ig.3 Casing steel sheet after corrosion

圖4 鐵離子穩(wěn)定圖片F(xiàn)ig.4 Picture of Iron Ion Stabilization

2.5 鐵離子穩(wěn)定

取SM131 復(fù)合酸液于250 mL 燒杯中，加入一定量的FeCl3·6H2O（誤差≤±0.00 5 g） （1 g 的FeCl3·6H2O 相當(dāng)Fe3+含量為2 000 mg/L），F(xiàn)eCl3·H2O 全部溶解后，常溫下靜置1 h，觀察有無沉淀產(chǎn)生。若無沉淀產(chǎn)生則為合格。套管腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表見表3。

表3 套管腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical table of casing corrosion data

2.6 防膨和耐水洗性

（1） 取0.5 g 膨潤土置于離心管中，加入10 mL 待測溶液，搖動(dòng)混合均勻，靜置2 h 后，1 500 r/min 離心15 min，讀膨脹體積，同時(shí)做水和煤油的膨脹體積計(jì)算。計(jì)算公式如下：

（2） 將離心后離心管內(nèi)的上層清液取出，加蒸餾水至10 mL，充分搖勻后靜置2 h，1 500 r/min離心15 min，上述步驟重復(fù)2 遍后讀膨脹體積，計(jì)算耐水洗率，計(jì)算式如下：

表4 防膨和耐洗數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 4 Anti-swelling and anti-washing data statistical table

通過上述一系列室內(nèi)試驗(yàn)，最終確定SM131復(fù)合酸液體系配方為：60%（31%HCL） +2%酸化緩蝕劑+3%鐵離子穩(wěn)定劑+2%防膨穩(wěn)砂劑+0.5%助排劑+0.05%消泡劑，根據(jù)計(jì)算及數(shù)值模擬結(jié)果，酸液最優(yōu)用量90 m3。

3 在1 號(hào)井中的成功應(yīng)用

由于地?zé)犴n城1 號(hào)井三開抽水段為裸眼段成井，因此直接將酸化鉆具下至主要含水層位置，封閉井口，具體酸化解堵施工過程如下：

（1） 首先下φ89 mm 鉆桿通井至人工井底，核實(shí)人工井底數(shù)據(jù)。

（2） 起出φ89 mm 鉆具，下水泵洗井，洗至水清砂凈為合格。

（3） 按設(shè)計(jì)要求下酸化鉆具，將鉆具下至主要含水層，并連接地面注入管線及設(shè)備，清水試壓25 MPa，不刺不漏為合格。

（4） 檢查運(yùn)酸車酸液90 m3（SM131 復(fù)合酸）。

（5） 打開閘門注入前置液16.0 m3，并觀察并記錄壓力變化，確保井口、壓力管線、水龍帶等密封效果良好；之后關(guān)閉閥門，打開注酸管線閥門，連續(xù)擠酸90 m3。

（6） 進(jìn)行酸化解堵，擠酸完后，注入頂替液15.0 m3，起出酸化管柱。

（7） 悶井4h，按設(shè)計(jì)下泵洗井生產(chǎn)。

（8） 酸化解堵結(jié)束后，開泵試抽，使用三角堰測量水量，產(chǎn)量比酸化前增加了2.28 倍，溫度增加了8.3 ℃。

4 結(jié)論

（1） SM131 復(fù)合酸體系對1 號(hào)井巖樣溶蝕率可達(dá)84%～92%，具有很好的防膨、抑砂功效，同時(shí)具有較高的鐵離子穩(wěn)定能力，能夠預(yù)防產(chǎn)生套管壁鐵銹等2 次沉淀。

（2） SM131 復(fù)合酸體系在地?zé)犴n城1 號(hào)井應(yīng)用過程中，取得了良好效果，使其產(chǎn)量比酸化前增加了2.28 倍，井口水溫增加了1.3 ℃。

（3） SM131 復(fù)合酸體系對碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層具有很好的酸化解堵作用，可作為同類型施工起到很好的借鑒作用。