合水油田復合緩速酸酸化技術研究

吳大康，劉麗麗，薛俊林，吳學慶(長慶油田公司第一采油技術服務處，陜西延安716000）

合水油田位于甘肅省慶陽市合水縣，長8油組儲層為該區的主力油層之一，主要為湖泊沉積，發育湖泊相、三角洲相和濁積相沉積，沉積砂體厚度大，橫向分布較穩定，儲層平均孔隙度為10．02%，滲透率為0．89×10-3μm2，屬于超低滲透油藏[1]。此外，合水長8油組儲層孔隙中填充的粘土礦物含有大量的綠泥石、蒙脫石等敏感性礦物，基于低滲砂巖儲層易受滲流介質污染的特點，同時為避免HF酸與巖石反應形成二次沉淀傷害儲層，要求酸液為緩速酸體系[2-4]，并加入相應的添加劑，從而使酸化真正起到改善合水長8油組儲層巖石內部孔道的連通性，解除地層的污染，恢復和提高地層的滲透率，進而達到增產增注的目的。筆者針對合水油田長8油組儲層特性，在室內開展了復合緩速酸的研究。

1 復合緩速酸的作用機理

復合緩速酸由無機酸、氟化物、有機酸及有機酸鹽等組成。無機酸、氟化物在地層中能夠緩慢生成氫氟酸，氫氟酸的生成增加了活性酸的作用半徑。有機酸具有弱電離特性，在地層條件下緩慢釋放氫離子，有機酸及有機酸鹽構成低pH值緩沖體系，不但可以保持體系的低pH值，還具有良好的螯合性能。在地層條件下，多元酸可進行多級電離，根據電離平衡，電離出的H＋溶失地層膠結物，這樣就使酸液的酸化作用距離延長，實現深部酸化的目的。同時由于酸液的緩沖作用，可以避免過度溶失，酸與地層巖石礦物作用后的殘酸能保持較低的pH值，避免了二次沉淀的生成，有效地恢復和提高地層的滲透率。因此，化學緩速酸能夠在儲層深部進行反應。其主要反應過程可分為以下步驟：①活性酸H＋的生成過程；②酸液中H＋向巖石表面傳遞；③H＋與巖石的表面反應物反應；④反應產物從巖石表面擴散到液相。研制出的緩速酸體系正好可以控制①、③步驟，從而達到延緩酸巖石反應速率的目的。潛在酸FA是以有機酸／氟化鹽為主體的緩沖液體系，其中主體酸為有機酸(如乙酸、丙酸、丙二酸或乙二酸），在地層條件下，有機酸可進行一級、二級電離（pKa＜6），當地層水pH值較高時，根據電離平衡，電離出H＋與酸鹽反應生成HF，溶蝕泥質膠結物，使緩速酸的酸化作用距離延長，實現深部酸化的目的。

2 試驗部分

2．1 材料及儀器

1）材料 天然巖心(來自合水油田長8儲層）、鹽酸、FA酸、磷酸等。

2）儀器 巖心流動試驗裝置、巖心研磨機、烘箱、干燥器、電子天平、恒溫水浴箱等。

2．2 試驗方法

溶失率試驗參照中華人民共和國石油天然氣行業標準SY／T 5886-93《砂巖緩速酸性能評價標準》，具體試驗步驟如下：①將天然巖心放入巖心研磨機內粉碎待用，并將濾紙和巖心放在100℃的烘箱中烘2h后，放在干燥器中冷卻稱重；②用電子天平稱約0．5g樣品，準確到0．0001g，將樣品倒入塑料試管中；③用量筒量取5ml所配置的酸液，倒入塑料試管中并用搖動試管至樣品全部潤濕，然后將其放入調至所需溫度(試驗溫度選定為50℃）的恒溫水浴箱中加熱至規定時間；④反應達到時間，取出塑料試管過濾，過濾過程中先用1%的鹽酸溶液沖洗，以防止沉淀生成，然后用清水沖洗；⑥把殘樣連同濾紙放入干燥箱中，在100℃左右干燥2h至恒重；⑦將其取出，放入干燥器中使之冷卻至室溫，稱重并計算溶失率。

3 結果與討論

3．1 鹽酸質量分數的優選

在規定的時間(4h）和溫度(50℃）條件下，通過考察不同濃度HCl的溶失率試驗，可得出酸液組分中最佳的HCl質量濃度。試驗結果如表1所示。

表1 HCl最佳濃度的單因素試驗

由表1可知，巖屑溶失率在HCl濃度為12%時，已經達到了14．41%，與其濃度為20%時相差無幾，而且隨著其濃度的升高，酸液對巖屑的溶失率放緩并無明顯增長，因而根據酸化效果及施工經濟效率，確定最佳的HCl質量分數為12%。

3．2 FA質量分數的優選

加入不同質量分數的FA，考察其對巖屑溶失率的影響。由于加入FA的同時要消耗鹽酸，因此要在12%HCl的基礎上增加相對應的鹽酸消耗量。酸巖反應時間2h后溶失率數據如表2所示。

表2 最佳FA的用量試驗表

由表2可知，在12%鹽酸的基礎上改變FA的加量后，巖屑溶失率隨著FA的加量不斷上升。在生成HF的同時需要消耗1．2757%的鹽酸，故鹽酸總的用量為13．2757%。此時溶失率基本放緩，而且其溶失率達到約20%。由此確定配方為13%HCl＋2%FA。

3．3 磷酸緩速酸配方確定

為了達到深部酸化地層的效果，通過加入多元酸H3PO4置換潛在土酸中的HCl，使得磷酸緩速酸體系能與地層有較慢的反應速度，酸液能更加深入地層。試驗結果如表3所示。

表3 磷酸緩速酸溶失率試驗

由表3可以看出，當H3PO4的加量為4%時，此刻置換具有相同H＋的鹽酸后，酸液中鹽酸的濃度為8．5%。酸液在4h的溶失率與2h的溶失率相比，有一定的緩速性能，而且溶失率達到了25%左右。其他幾個濃度配方的酸液體系雖然也有一定的緩速性能，但效果明顯沒有加量為4%的H3PO4好。因而確定使用4%的磷酸，磷酸緩速酸的配方為：8．5%HCl＋4%H3PO4＋2%FA。

3．4 復合緩速酸配方的確定

根據CL酸的優異緩速性能[5]，在磷酸緩速酸的基礎上，通過與有機酸CL復配，從而得到了復合緩速酸，其配方為8%HCl＋2．5%H3PO4＋2%CL＋2%FA，總酸強度與磷酸緩速酸的強度相當。通過試驗了解復合緩速酸與磷酸緩速酸、土酸(12%HCl＋3%HF）的緩速和酸化性能，結果如圖1所示。

圖1 酸液酸化效果比較

從圖1可以看出，土酸在2h時的溶失率為20%，之后溶失率增加緩慢，因而土酸的有效作用為約2h，同理可知磷酸緩速酸的有效作用時間為約6h，而復合緩速酸的有效作用時間可以達到8h左右。2種復合酸均表現出了較高的溶失率與較好的緩速效果，并且復合緩速酸的緩速效果更優。因此，建議在合水油田長8儲層使用復合緩速酸液進行解堵。

3．5 酸液對天然巖心酸化效果評價

為了評價酸液體系提高天然巖心滲透率的能力，進行了巖心流動試驗。首先巖芯抽空飽和水，計算孔隙體積Vp。將巖芯正向裝入巖芯夾持器中，用3%的NH4Cl溶液測得原始滲透率k1，將巖芯反轉，通入HCl對其進行預處理，再通入主體酸液(通入時間以壓力及流速平衡為準），取出巖芯在主體酸液中浸泡4h。再次正向裝好巖芯并用3%的NH4Cl溶液測得最終滲透率k2。巖芯滲透率按達西公式計算：

其中，k為巖心滲透率，10-3μm2；Q為液體流量，mL／s；μ為液體粘度，mPa·s；L為巖心長度，cm；A為巖心橫截面積，cm2；ΔP為液體通過巖心時的壓差，MPa。

試驗結果表明，經過復合緩速酸酸化處理后，長8油組儲層莊112天然巖心的滲透率由0．771×10-3μm2提高到2．475×10-3μm2，滲透率提高了3．21倍。可見這種緩速酸體系能有效提高巖心滲透率。

4 結 論

1）當使用土酸酸化時，巖屑雖然具有較大的溶失率，但是由于土酸與巖屑的反應劇烈，基本沒有緩速性，在實際施工中常規土酸在地下的復雜環境中對于低滲透儲層存在潛在傷害。

2）針對合水油田長8油組儲層的特點確定復合緩速酸配方：8%HCl＋2．5%H3PO4＋2%CL＋2%FA。該酸液體系不僅有良好的巖屑溶失性能，而且與土酸相比緩速性能優良，同時該酸液體系能使酸液pH值在較長時間內保持在較低的水平，防止二次傷害的產生。

3）研制的復合緩速酸與常規土酸相比，有效作用時間從2h提高到8h，起到深部酸化的作用。巖心流動試驗表明，復合緩速酸可以有效地提高巖心的滲透率，適宜在合水油田推廣應用。

[1]吳大康，吳學慶，李克華，等 ．合水油田長8儲層敏感性評價及酸化適應性研究 [J]．長江大學學報(自然科學版），2010，7(4）：N72-75．

[2]姚奕明，翟恰，邢德剛 ．低滲透砂巖儲層低傷害緩速酸研究與應用 [J]．西南石油學院學報，2004，26（2）：64-66．

[3]陳賡良，黃瑛 ．酸化工作液緩速作用的理論與實踐 [J]．鉆井液與完井液，2004，21（1）：50-54．

[4]王任芳，蘭笛，李富強，等 ．新型緩速酸的研制 [J]．長江大學學報(自然科學版），2009，6（3）：N33-36．

[5]鄭延成，趙修太，王任芳，等 ．新型砂巖緩速酸的研制 [J]．江漢石油學院學報，1997，19（4）：43-47．