SM131復合酸體系在地熱韓城1號井中的應用研究

魏曉，葛毓，薛超，麻銀娟，張玉貴

（陜西省一三一煤田地質有限公司，陜西 韓城 715400）

0 引言

近年來，隨著地熱井施工越來越多，酸化解堵技術也逐漸應用到地熱田開發領域。韓城市具有發展水熱型地熱能的資源優勢和基礎（其中碳酸鹽巖熱儲因其出水量大、水溫高、易于回灌的特點），成為了重點開采目標層，由于該區中深層地熱井施工深度大，工藝復雜，投資大，風險也高，采用常規洗井及爆破無法保證地熱井出水量，從而影響地熱井單井產能及回灌量，進而影響到開發利用系統設計及項目經濟效益。因此，地熱井酸化酸液體系有待于進一步研究。

1 工程概況

1.1 地理位置

“地熱韓城”1 號井位于韓城市北二環以北、東二環以西，目前供暖建筑面積5.3 萬m2，包含看守所、武警中隊、監管刑偵樓、消防隊及執法監督中心等建筑。

1.2 施工概況

地熱韓城1 號井一開于2018年10月21日15:00 使用φ444.5 mmPDC 鉆頭開鉆，鉆井循環液采用清水+土粉（低固相泥漿）。鉆具結構為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，鉆井循環液為低固相泥漿加聚合物體系。鉆具結構為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，鉆具結構為φ152 mmPDC 鉆頭+φ122 mm 螺桿+φ121 mm 鉆鋌+φ89 mm 加重鉆桿鉆進，鉆井循環液采用清水循環鉆井液，于2018年12月31日鉆進至井深3315.60 m 完井，隨后下泵洗井抽水。

2 復合酸體系（SM131） 設計

2.1 實驗儀器及試劑

儀器：水浴鍋，電子天平，烘箱，普通玻璃儀器。

試劑：SM131。

復合酸液：60%HCL（31%稀鹽酸） +3%鐵離子穩定劑+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、鐵離子穩定劑、防膨穩砂劑、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 巖樣溶蝕實驗

（1） 配制SM131 復合酸液：40%HCL（31%稀鹽酸） +2%鐵離子穩定劑+2%緩蝕劑1 000 g，分別倒入5 個廣口瓶中各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4 h 后拿出，烘干稱重，按下式計算溶蝕量和溶蝕率。

式中：R0為溶蝕率，%；m前為溶蝕前質量，g；m后為溶蝕后質量，g。

SM131 復合酸對現場巖樣具有很好的溶蝕效果，溶蝕率84%～92%。室內巖樣溶蝕率統計表見表1。

表1 室內巖樣溶蝕率統計表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Fig.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Fig.2 Photos of rock sample after dissolution

由圖1和圖2可以看出，溶蝕完畢后，巖石硬塊變為碎屑，說明SM131 復合酸可以有效提高基質滲透率。

2.4 套管溶蝕實驗

（1） 取40%HCL（31%稀鹽酸） +2%鐵離子穩定劑+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），用細繩吊起，斜放在上述準備好的樣品溶液中，置于90 ℃水浴鍋中，4 h 后拿出，用無水乙醇將鋼片擦凈，稱重，計算腐蝕速度。樣品溶液對鋼片腐蝕速度按下式計算：

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

N80 套管鋼片在90 ℃的SM131 復合酸液中浸泡4 h 后，腐蝕速度＜1 g/m2·h，行業標準要求腐蝕速度＜5 g/m2·h。腐蝕速度越低，對管柱設備的保護能力越好，可延長套管、設備的使用壽命。套管腐蝕數據統計表見表2。

表2 套管腐蝕數據統計表Table 2 Statistical table of casing corrosion data

腐蝕后套管鋼片如圖3所示。鐵離子穩定圖片如圖4所示。

圖3 腐蝕后套管鋼片Fig.3 Casing steel sheet after corrosion

圖4 鐵離子穩定圖片Fig.4 Picture of Iron Ion Stabilization

2.5 鐵離子穩定

取SM131 復合酸液于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Fe3+含量為2 000 mg/L），FeCl3·H2O 全部溶解后，常溫下靜置1 h，觀察有無沉淀產生。若無沉淀產生則為合格。套管腐蝕數據統計表見表3。

表3 套管腐蝕數據統計表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，搖動混合均勻，靜置2 h 后，1 500 r/min 離心15 min，讀膨脹體積，同時做水和煤油的膨脹體積計算。計算公式如下：

（2） 將離心后離心管內的上層清液取出，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2 遍后讀膨脹體積，計算耐水洗率，計算式如下：

表4 防膨和耐洗數據數據統計表Table 4 Anti-swelling and anti-washing data statistical table

通過上述一系列室內試驗，最終確定SM131復合酸液體系配方為：60%（31%HCL） +2%酸化緩蝕劑+3%鐵離子穩定劑+2%防膨穩砂劑+0.5%助排劑+0.05%消泡劑，根據計算及數值模擬結果，酸液最優用量90 m3。

3 在1 號井中的成功應用

由于地熱韓城1 號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，核實人工井底數據。

（2） 起出φ89 mm 鉆具，下水泵洗井，洗至水清砂凈為合格。

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

（4） 檢查運酸車酸液90 m3（SM131 復合酸）。

（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；之后關閉閥門，打開注酸管線閥門，連續擠酸90 m3。

（6） 進行酸化解堵，擠酸完后，注入頂替液15.0 m3，起出酸化管柱。

（7） 悶井4h，按設計下泵洗井生產。

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

4 結論

（1） SM131 復合酸體系對1 號井巖樣溶蝕率可達84%～92%，具有很好的防膨、抑砂功效，同時具有較高的鐵離子穩定能力，能夠預防產生套管壁鐵銹等2 次沉淀。

（2） SM131 復合酸體系在地熱韓城1 號井應用過程中，取得了良好效果，使其產量比酸化前增加了2.28 倍，井口水溫增加了1.3 ℃。

（3） SM131 復合酸體系對碳酸鹽巖熱儲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。