自轉向酸酸化體系的室內研究及現場應用

馬麗萍,張 濤,楊立華,鄭力軍

(1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院,陜西西安710018;2.中國石油長慶油田低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室,陜西西安710018)

自轉向酸酸化體系的室內研究及現場應用

馬麗萍1,2,張 濤1,2,楊立華1,2,鄭力軍1,2

(1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院,陜西西安710018;2.中國石油長慶油田低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室,陜西西安710018)

長慶三疊系油藏非均質性強,微裂縫發育,常規酸化時酸液易進入高滲帶或微裂縫,進一步擴大出水通道,酸化后含水大幅度上升。針對這一問題,研制出一種新型黏彈性表面活性劑SUA-3—Gemini季銨鹽自轉向酸液體系,由于SUA-3分子結構中含有兩個烷基和兩個季銨鹽,所以用其配置的膠束流體具有良好的黏彈性。該體系在60℃時與碳酸鈣反應過程中黏度能迅速達到460 m Pa·s,待體系p H值升高到6時,遇油黏度迅速降低至78 m Pa·s,在地層中能夠形成自轉向,達到均勻布酸,自動破膠的目的。在現場進行了初步的應用,增產效果顯著。

黏彈性表面活性劑;流變性;變黏酸;自轉向酸化

將黏彈性表面活性劑應用于自轉向酸酸化工藝增產作業是近年來發展起來的一種新型的酸液體系,在國內外尚處于探索性研究階段[1]。該體系由特殊黏彈性表面活性劑配制而成,因其黏度可以在油層內隨著酸巖反應的進行自動增大,從而起到分流轉向的作用,故又被稱作“就地轉向酸液”或“變黏酸”[2-3]。

針對長慶油田三疊系長2油藏碳酸鹽儲層低孔、低滲、儲層裂縫發育的特點,自主研發的自轉向酸液體系由土酸、黏彈性表面活性劑SUA-3、無機鹽及其它酸液添加劑配制而成,其中黏彈性表面活性劑SUA-3分子結構中含有兩個烷基和兩個季銨鹽。其變黏機理為:(1)隨著酸液進入地層并與巖石發生反應,使得酸液濃度降低,體系pH值上升;(2)隨著酸液與碳酸鹽巖中的碳酸鈣反應生成的鈣鹽進入體系中,體系p H值上升,這使黏彈性表面活性劑溶液形成具有凝膠性質的纏結棒狀膠體系,酸液表觀黏度急劇增高。由于殘酸酸化體系在高滲層的滲流阻力增大,使得后續注入的高濃度、低黏度的酸液進入低滲層,達到酸化低滲層的目的,最終達到提高對非均質碳酸鹽巖地層的整體酸化效果[4-5]。同時,酸液變為殘酸后,由于酸液表觀黏度急劇上升,酸液與巖石反應后生成的H+離子在酸液中的擴散速度明顯減緩,因此該體系能夠起到緩速酸化的目的,能有效地減緩酸巖反應速率,增加酸液的作用時間和作用的有效長度。這種體系不但可以用于非均質碳酸鹽巖,也可以運用在選擇性酸化進行濾失控制,為提高三疊系油藏酸化效果開辟新途徑[6-7]。

1 變黏酸酸液體系的室內研發實驗

1.1 試驗區塊的油藏物性及水質分析

長2巖性油藏埋深較深,平均油層中部深度為2 100 m,油層厚度差別較大,一般為5～15 m,平均地層溫度64℃,屬正常溫度壓力油藏。

水質分析除了常規的離子分析外,還分析其各項水質指標,表1給出了長2油層注入水和地層水的離子分析結果。水質分析表明,長2地層水的礦化度為83.222×103mg/L,具有較高的礦化度,因此研制出的自轉向酸液體系必須具有抗鹽的特點。

表1 長2注入水和地層水水分析結果Tab.1 The analysis result of in jecting water and formation water

1.2 黏彈性表活劑類型的篩選

經過初步的篩選,將9種初選的表面活性劑用長2地層水配制,表面活性劑實驗濃度為3%,依次置于50、60、70℃烘箱中,每一溫度下放置30 d,觀測其對姬塬油田儲層高溫、高鹽配伍性,以進行選擇。實驗結果見表2。實驗結果表明,黏彈性表面活性劑SUA-1、SUA-2、SUA-3和 SUA-4具有較好的抗溫耐鹽性能。這四種黏彈性表面活性劑均為烷基陽離子型表面活性劑,不同之處在于:SUA-1分子結構中有3個甲基、SUA-2分子結構中有一個羧基、SUA-3分子結構中有兩個季銨基、SUA-4分子結構中有一個卞基。

表2 表面活性劑配伍性實驗結果Tab.2 The experiments temperature and result

1.3 黏彈性表面活性劑的優選實驗

1.3.1 表面活性劑濃度的選擇

表面活性劑濃度的選擇,既要選擇一個合適的濃度,滿足體系在地面黏度較小,具有較好的流動能力,方便泵入地層,當流體進入儲層后,隨著酸液與儲層的反應,pH值上升,體系的黏度逐漸變大,起到分流的作用,又要達到較大幅度地降低油—水界面張力,還要考慮節約使用量。按照行業標準SY/T5370—1999《表面及界面張力測定方法》,使用旋轉滴式界面張力儀測定了不同濃度60℃溫度條件下的界面張力。實驗結果如圖1所示。

圖1 不同濃度表面活性劑界面張力測定值Fig.1 The interfocail tension forceof SAA under different concentration

圖1為黏彈性表面活性劑SUA-1、SUA-2、SUA-3、SUA-4在濃度為1%、1.5%、2%、2.5%時的界面張力測定值,實驗結果表明,這四種表面活性劑與長2地層水配制后,隨著表面活性劑濃度的增大,體系界面張力均有所降低,相比較而言,由黏彈性表面活性劑SUA-3配制的水溶液在各個濃度下較其它界面張力低,尤其在濃度為2%時降至最低為0.731 mN/m。

1.3.2 自轉向酸液體系的優選

實驗儀器:黏度測定使用Brookfield LV流變儀、酸度計。實驗條件:不同溫度、170 s-1、自來水配液。實驗方案:2%黏彈性表面活性劑(SUA-1、SUA-2、SUA-3、SUA-4)+土酸+4%KCl+足量CaCO3。體系優選結果如圖2、圖3所示。

由圖2可知,由這四種表面活性劑配制的體系隨著溫度的變化和反應的進行黏度均有上升,最后基本趨于穩定。但是由黏彈性表面活性劑SUA-3復配的體系在與碳酸鈣反應過程中黏度上升幅度較大,在50℃、170 s-1時黏度瞬間上升到460 m Pa·s,表現出了較好的變黏特性。

圖2 不同復配體系酸巖反應過程的黏溫曲線Fig.2 The viscosity-temperature curve of acid and rock’s reaction in different combination solution

圖3 pH值與SUA-3型酸液體系表觀黏度的關系Fig.3 Relation of pH valueswith apparent viscosity of SUA-3 acid

圖3為由黏彈性表面活性劑SUA-3、土酸、4%KCl復配的體系與足量的碳酸鈣反應過程中體系的p H值與表觀黏度的關系。由圖3可知,該體系的表觀黏度隨著體系的pH值的增高急劇增大,在pH值為3時達到最大值460 m Pa·s,隨后黏度基本保持穩定,由黏度變化可以看出這種體系在高滲透層中形成的高黏流體段塞可以將隨后注入的處理液轉向到低滲透層去,直至p H值上升到6時,與原油混合后黏度在60 min內降低至78 m Pa·s,說明反應后的體系與原油混合,能夠達到自動破膠的目的。

圖2、圖3表明,由表面活性劑SUA-3配制的酸液體系在酸巖反應過程中,表現出較好的變黏、自動破膠的特性,黏度增大效果顯著,能夠達到三疊系油藏現場使用要求的技術指標,適合酸化過程中的自轉向要求。

1.4 酸液配方優化結果

從以上實驗結果可以看出:2%SUA-3+土酸+4%KCl體系具有較好的耐溫、變黏及自轉向性能,其變黏范圍出現在酸液作用的主要階段,體系遇到原油后具有較好的破膠性能,與常規的分子類變黏酸有明顯的不同。因此,該體系能滿足長慶油田三疊系油藏自轉向酸化設計要求,可以用于現場試驗。

2 現場應用情況

基于室內研究結果與自轉向酸化技術對策, 2009年7月在嶺南作業區南××井進行層內自轉向分層酸化試驗。該井為一口采油井,根據地質設計提供的資料可知,該井地層能量充足,現場試驗前產量下降,分析原因認為近井地層堵塞,同層內高滲出水、低滲堵塞,可實施自轉向酸化措施。試驗過程中,活性水擠入壓力8 M Pa,SUA-3擠入10 min后施工壓力上升到16 M Pa。試驗后日產液由11.34 m3/d上升到52.10m3/d,日產油由0.63 t/d上升到3.72 t/d,含水由93.46%降到91.6%,表現出較好的有效轉向作用。截止目前已累計增油580 t,現場試驗效果達到預期目標。

3 結論

(1)黏彈性表面活性劑自轉向酸體系SUA-3應用于自轉向酸化時隨著溫度的升高黏度逐漸增大,待油藏溫度達到60℃時黏度迅速上升到460 m Pa·s,反應完遇油后在60 min內黏度降至78 m Pa·s,表明該體系具有良好的分流能力,適合碳酸鹽巖同層內自轉向酸化。

(2)研發的自轉向酸液體系一個顯著優點是能夠自動轉向,在作業和恢復生產之后,產出的油氣、或產出水對其有很高的破膠率和返排率,因此具有廣闊的應用前景。

[1]趙增迎,楊賢友,周福建,等.轉向酸化技術現狀與發展趨勢[J].大慶石油地質與開發,2006,25(2):68-71.

[2]湯波.黏彈性表面活性劑在酸液中的作用機理與應用[J].油氣田地面工程,2009,28(2):28-29.

[3]Water N,Jairo L,Ataur M,et al.Multilayered Reservoir Stimulation:Case Study of Effective Acid Diversion Achieved Using the Associative Polymer Treatment Diverting Agent in Khuff Carbonate Reservoir Wells in Saudi A rabia’s Ghawar Field[C]. SPE123442,2009.

[4]劉彝,陳馥,王大勇,等.VDA變黏酸機理[J].天然氣工業, 2008,28(11):88-90.

[5]劉寶和,沈平平,魏宜清,等.中國石油勘探開發百科全書——開發卷[M].北京:石油工業出版社,2008:642-646.

[6]姜繼水.提高石油采收率技術[M].北京:石油工業出版社, 1999:114-150. [7]David A,Qi Qu,Richard K.The Development and Sucessful Field Use of Viscolastic Surfactant-based Diverting Agents for Acid Stimulation[C].SPE80222,2003.

The laboratory research on self-diverting acidizing and itsapplication in oilfield

M a Liping1,2,Zhang Tao1,2,Yang Lihua1,2,Zheng Lijun1,2
(1.Petroleum Research Institute of Petrochina Changqing Oilfield Com pany,Xi’an710018;2.State Key Engineering Laboratory of Low-Permeability Oil and Gas Exploration&Development, Petrochina Changqing Oilfield Com pany,Xi’an710018)

Severe heterogeneity andmicrofractures developed in Changqing Triassic reservoir,acidizing fluid enters into high permeability zoneormicrofracture in ordinary acid treatw hich expandswater passageway, and water content ratio increases enormously after acid treat.In view to the p roblem,a new self-diverting acidizing of viscoelastic surfactant SUA-3(Gemini quaternary ammonium salt)w as developed,as a result of SUA-3 molecular structure has two alkyl and quaternary ammonium salt,the formulation fluid of SUA -3 has favorable viscoelastic behavior.The viscosity increases to 460 m Pa·s rapidly reacting w ith calcium carbonate at 60℃,and w hen the pH value increases to 6,the viscosity decrease to 78 m Pa·s rapidly after meeting w ith crude oil.So the system is self-diverting in place and acid can distribute uniform ly and break viscosity voluntarily.It was applied in oil field w ith a remarkable stimulation effect.

viscoelastic surfactant;rheological p roperty;variable-viscosity acid;self-diverting acidizing

book=73,ebook=40

TE357.46

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.03.073

1008-2336(2010)03-0073-05

2010-03-17;改回日期:2010-06-09

馬麗萍,1982年生,女,2007年畢業于西南石油大學油氣田開發工程專業,現從事提高采收率方面的室內研究與現場應用。E-mail:maliping-cq@petrochina.com.cn。