適合海上油田的泡沫緩速酸體系研究

宮紅亮

（中海油田服務股份有限公司油田生產事業部，天津 300450）

海上油田經過長時間的注水開發后，由于注入水水質以及儲層自身因素所造成的地層堵塞現象會越來越嚴重，部分注水井壓力升高，導致注水量迅速降低，嚴重影響海上油田的正常開發[1-3]。酸化解堵技術是海上油田注水井解堵作業最常用的措施之一，其通常具有見效快、施工效果好以及適應性較強等特點，在海上油田得到了較為廣泛的應用[4-6]。

目前，應用于海上油田酸化施工作業的最常用的酸液體系主要包括鹽酸、土酸、緩速酸、多氫酸、乳化酸、膠凝酸、泡沫酸以及復合酸等，其中不同類型的酸液體系都有其適應的地層，在海上油田平臺現場酸化施工作業過程中，應注意選擇合適的酸液體系，以最大限度的提高酸化施工的效率[7-9]。泡沫酸通常具有良好的緩速效果，在海上油田酸化施工過程中得到了較為廣泛的應用，泡沫酸使用酸液作為連續相，以起泡劑生成的泡沫作為分散相，能夠有效降低酸與巖石之間的反應速率，使酸液中氫離子的擴散速度大大降低，起到良好的緩速效果，以達到深部酸化的目的[10-13]。本文以鹽酸作為基液，通過優選起泡劑和穩泡劑等處理劑，研究出了一套適合海上油田的泡沫緩速酸體系，并對其綜合性能進行了評價，為海上油田酸化施工作業提供一定的技術支持。

1 泡沫緩速酸體系配方確定

通過分析目標海上油田儲層特征以及前期酸化施工的現場應用情況，對適合海上油田的泡沫緩速酸體系進行了室內研究。以20%HCl 溶液為泡沫緩速酸體系的基液，在此基礎之上，通過對大量的起泡劑和穩泡劑樣品進行評價和優選，確定了適合泡沫緩速酸體系的高性能起泡劑PM-11 和穩泡劑WP-102；為了進一步提高泡沫酸體系的穩定性能，根據文獻資料調研和大量室內實驗結果，酸液體系中引入納米二氧化硅顆粒能夠有效提高泡沫體系的穩定性；另外，由于海上油田酸化作業施工的特殊性，酸液使用不當可能會對海上平臺設備以及井下管柱等造成嚴重的腐蝕，影響酸化施工的效果，因此，需要在酸液體系中加入性能優良的緩蝕劑；盡管緩蝕劑的加入可能會大幅延緩酸液對金屬設備的腐蝕速率，但進入井筒中的酸液中不可避免的仍會存留一定的鐵離子，進入地層后可能會產生凝膠狀沉淀，進而堵塞地層，因此，需要在酸液體系中引入鐵離子穩定劑；最后，酸化施工作業后需要將殘酸盡快的排出，以最大限度的降低其對地層的二次傷害，因此，還需要在酸液體系中加入性能優良的助排劑。根據以上分析結果，并結合大量室內實驗，最終確定適合海上油田的泡沫緩速酸體系的配方為：20%HCl+0.5%起泡劑 PM-11+0.25%穩泡劑WP-102+1.0%納米二氧化硅+2.5%抗高溫緩蝕劑GHJ-1+1.5%鐵離子穩定劑TJ-3+2.0%助排劑FP-1。

2 泡沫緩速酸體系性能評價

2.1 起泡性能

按照上述酸液體系配方配制泡沫緩速酸體系，然后以泡沫體積和泡沫半衰期為評價指標，評價了不同溫度條件下泡沫緩速酸體系的起泡性能，實驗結果見圖1。

圖1 泡沫緩速酸體系在不同溫度下的起泡性能

由圖1 實驗結果可以看出，隨著實驗溫度的不斷升高，泡沫緩速酸體系的起泡體積呈現出逐漸增大的趨勢，而泡沫半衰期則呈現出逐漸減小的趨勢。這是由于在溫度較高的條件下，表面活性劑分子的熱運動速度加快，能夠使泡沫快速形成，因而造成了泡沫體積的膨脹，使起泡體積有所增大；而在溫度較高的條件下，泡沫衰減的速度會有所加快，所以泡沫半衰期有所減小。當實驗溫度升高至90 ℃時，泡沫緩速酸體系的起泡體積可以達到515 mL，而泡沫半衰期仍能達到20.8 min，說明研制的泡沫緩速酸體系的起泡性能較好，并且在不同溫度條件下均能維持良好的起泡性能。

2.2 溶蝕性能

使用目標區塊儲層段的巖屑，以溶蝕速率為評價指標，在不同溫度條件下對比評價了泡沫緩速酸液體系和20%HCl 的溶蝕性能，實驗結果見圖2。

圖2 不同酸液體系在不同溫度下的溶蝕性能

由圖2 實驗結果可以看出，隨著實驗溫度的不斷升高，兩種不同酸液體系對目標區塊儲層段巖屑的溶蝕速率均呈現出逐漸增大的趨勢，但泡沫緩速酸體系的溶蝕速率顯著低于20%HCl。當實驗溫度達到90 ℃時，20%HCl 對巖屑的溶蝕速率可以達到3.65 g/min，而泡沫緩速酸體系對巖屑的溶蝕速率則低至0.62 g/min。說明研制的泡沫緩速酸體系具有良好的緩速性能。這是由于泡沫緩速酸體系的泡沫半衰期較長，長時間的處于泡沫酸狀態能夠有效延緩體系中氫離子的釋放速度，從而能夠保持較低的溶蝕速率，而常規鹽酸中氫離子的釋放速度較快，酸與巖石之間的反應速率較快，導致溶蝕速率較高。

2.3 助排性能

以表面張力為評價指標，對比評價了泡沫緩速酸液體系和鹽酸體系（20%HCl+2.0%助排劑FP-1）的助排性能，其中殘酸使用2.2 中與巖屑溶蝕反應后的酸液，實驗結果見圖3。

圖3 不同酸液體系的表面張力對比結果

由圖3 實驗結果可以看出，泡沫緩速酸液體系鮮酸和殘酸的表面張力分別為25.61 mN/m 和26.93 mN/m，而常規酸液體系鮮酸和殘酸的表面張力分別為28.46 mN/m 和30.59 mN/m，泡沫緩速酸體系鮮酸和殘酸的表面張力值均明顯低于常規酸液體系，說明研制的泡沫緩速酸體系具有良好的助排性能，在酸化作業施工完成之后能夠實現快速返排。

2.4 腐蝕性能

以鋼片的腐蝕速率為評價指標，在不同溫度條件下對比評價了泡沫緩速酸液體系和鹽酸體系（20%HCl+2.5%抗高溫緩蝕劑GHJ-1）對N80 鋼片的腐蝕性能，實驗結果見圖4。

圖4 不同酸液體系在不同溫度下的腐蝕性能

由圖4 實驗結果可以看出，隨著實驗溫度的不斷升高，兩種不同酸液體系對N80 鋼片的腐蝕速率均呈現出逐漸升高的趨勢，但泡沫緩速酸體系的腐蝕速率明顯低于鹽酸體系。當實驗溫度達到90 ℃時，鹽酸體系對N80 鋼片的腐蝕速率可以達到14.35 g·(m2·h)-1，而泡沫緩速酸體系對N80 鋼片的腐蝕速率則低至3.09 g·(m2·h)-1。這說明研制的泡沫緩速酸體系具有良好的防腐蝕性能，能夠有效降低酸化施工過程中酸液體系對海上平臺設備及井下管柱的腐蝕速率，降低施工風險。

2.5 鐵離子穩定性能

以單位體積酸液的鐵離子穩定質量為評價指標，對比評價了泡沫緩速酸液體系和鹽酸體系（20%HCl+1.5%鐵離子穩定劑TJ-3）對鐵離子的穩定性能，實驗結果見圖5。

圖5 不同酸液體系的鐵離子穩定性能

由圖5 實驗結果可以看出，泡沫緩速酸體系的鐵離子穩定量為159.4 mg/mL，而鹽酸體系的鐵離子穩定量為105.2 mg/mL。這說明在相同的實驗條件下，泡沫緩速酸體系的鐵離子穩定能力明顯強于鹽酸體系，泡沫緩速酸液體系能夠對地層中產生的鐵離子產生較強的結合能力，避免形成凝膠類沉淀物質堵塞地層，提高酸化施工的效率。

3 結 論

1）通過大量室內實驗，并結合目標海上油田前期酸化施工情況分析結果，研制了一套適合海上油田的泡沫緩速酸體系，其具體的配方為：20%HCl+0.5% 起 泡 劑 PM-11+0.25% 穩 泡 劑WP-102+1.0%納米二氧化硅+2.5%抗高溫緩蝕劑GHJ-1+1.5% 鐵離子穩定劑TJ-3+2.0%助排劑FP-1。

2）泡沫緩速酸體系具有良好的起泡性能，當溫度達到90 ℃時，泡沫緩速酸體系的起泡體積可以達到515 mL，泡沫半衰期為20.8 min。在30～90 ℃溫度范圍內，泡沫緩速酸體系對儲層巖屑的溶蝕速率均明顯低于鹽酸體系，具有良好的緩速性能。

3）泡沫緩速酸的助排性能、防腐蝕性能和鐵離子穩定能力均明顯高于普通鹽酸體系，能夠很好的適用于海上油田的酸化施工作業需求。