吳起油田增產(chǎn)增注酸化技術(shù)研究

李 文，李建山，劉 祥

（1.西安石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065；2

.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 長(zhǎng)慶油田分公司 超低滲透油藏研究中心，陜西 西安 710018）

油田化學(xué)

吳起油田增產(chǎn)增注酸化技術(shù)研究

李 文1，李建山2，劉 祥1

（1.西安石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065；2

.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 長(zhǎng)慶油田分公司 超低滲透油藏研究中心，陜西 西安 710018）

以吳起油田儲(chǔ)層為研究對(duì)象，分析測(cè)試了儲(chǔ)層巖心的礦物成分，優(yōu)選了用于儲(chǔ)層巖心酸化體系的緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑、粘土穩(wěn)定劑和表面活性劑。考察了HCl、HF和有機(jī)酸用量對(duì)儲(chǔ)層巖心溶蝕率的影響，得到了適用于吳起油田酸化的酸化體系配方。模擬巖芯酸化實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，提出的用于吳起油田酸化的酸化體系配方可有效的溶蝕巖心空隙間的粘土礦物，擴(kuò)大滲流通道，使?jié)B透率明顯提高。

吳起油田；儲(chǔ)層；酸化添加劑；酸化

Abstract：Themineral typomorphism ofWuqi Oil Field reservior core were analyzed,the corrosion inhibitor,iron stabilization,clay stabilization and surface activated agentwere choosen for reservior core acidulant.Hydrofluoric acid and organic acid were examined for acidulated system forWuqi Oilfield aciditication.The result of simulating the core acidulating showed that the prescription of acidulated system for Wuqi Oilfield can dissolution the clay mineral in the core gap effectively,wide the sulfurization strike to increase the rate ofsulfurization.

Key words：Wuqioilfield;reservoir;acidizing additives;acidification

陜西省吳起油田位于陜北斜坡中部,區(qū)域構(gòu)造為東高西低的西傾單斜。該區(qū)油氣主要儲(chǔ)存在三疊系延長(zhǎng)統(tǒng)長(zhǎng)6地層，總厚度約100～130m,油藏埋深1648～1940m,平均1770m[1,2]。長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔隙以小孔隙為主，其次是中孔和微孔；喉道以細(xì)喉為主，儲(chǔ)層的滲流能力較差，儲(chǔ)層不經(jīng)改造很難形成工業(yè)油氣流。因此，針對(duì)該油田開展以提高油氣采收率的酸化增產(chǎn)增注技術(shù)研究具有重要生產(chǎn)意義。本文以吳起油田某區(qū)塊儲(chǔ)層巖心為研究對(duì)象，通過對(duì)儲(chǔ)層巖心礦物成分及特性分析、巖心溶蝕實(shí)驗(yàn)和模擬巖心酸化流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，得到了適用于該油田酸化的酸液配方體系，研究工作對(duì)該油田儲(chǔ)層的酸化改造、提高油氣采收率具有一定的參考價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑及儀器

HCl，HF，甲酸，均為分析純；其他試劑均為工業(yè)品。

巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀（海安石油科研儀器有限公司）；氣體滲透率測(cè)定儀（海安石油科研儀器有限公司）；氣體孔隙度測(cè)定儀（海安石油科研儀器有限公司）；毛細(xì)管黏度計(jì)（k=0.01686mm2·s-2上海申誼玻璃制品有限公司）。

1.2 酸化體系添加劑評(píng)價(jià)

巖心酸化用表面活性劑、粘土穩(wěn)定劑、緩蝕劑和鐵離子穩(wěn)定劑的性能均按中華人民共和國(guó)石油天然氣總公司制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)[3-5]。

1.3 儲(chǔ)層巖心溶蝕實(shí)驗(yàn)

先將經(jīng)洗油的巖心粉碎，過40目標(biāo)準(zhǔn)篩，再將巖心粉末在80℃下烘干。準(zhǔn)確稱量5g（精確到0.1mg）巖樣，倒入具塞錐形瓶中，按照酸土比10∶1的比例將酸液加入錐形瓶中，在40℃恒溫反應(yīng)4h，然后用已準(zhǔn)確稱量（精確到0.1mg）的濾紙過濾反應(yīng)物，洗滌至中性，再將濾渣與濾紙于烘箱中80℃烘干至恒重，計(jì)算巖心溶蝕率。

1.4 模擬巖心酸化流動(dòng)實(shí)驗(yàn)[6,7]

將飽和模擬地層水后的巖心放入巖心夾持器中，確保實(shí)驗(yàn)流體流動(dòng)方向與測(cè)定氣體滲透率時(shí)方向一致。調(diào)節(jié)環(huán)壓，使其在實(shí)驗(yàn)過程中始終保持徑向壓力高于軸向壓力3～5MPa。斷開流體入夾持器進(jìn)口端接口，待流體充滿泵至夾持器進(jìn)口端后，接好進(jìn)口端接口，進(jìn)行流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。先正向擠入一定PV數(shù)的基液后，測(cè)定其有效滲透率（K0）；再依次正向注入一定PV數(shù)的前置酸、主體酸和后置酸；然后再正向注入一定PV數(shù)的基液，最后反向注入一定PV數(shù)的基液，觀察整個(gè)注入過程滲透率的變化，分析酸化效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸化體系添加劑用量?jī)?yōu)化及配伍性

在酸化過程中酸液可能會(huì)對(duì)管線及設(shè)備造成腐蝕、酸液進(jìn)入地層后引起儲(chǔ)層粘土產(chǎn)生水化膨脹、殘酸引起二次污染等現(xiàn)象，為了防止以上情況發(fā)生并且利于殘液反排，通常要在酸液體系中加入酸化緩蝕劑、粘土穩(wěn)定劑、鐵離子穩(wěn)定劑和表面活性劑。為了使酸化添加劑的加入量滿足酸化施工要求，且不產(chǎn)生浪費(fèi)，必須對(duì)各種酸化添加劑的加量進(jìn)行優(yōu)選。實(shí)驗(yàn)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)酸化緩蝕劑、粘土穩(wěn)定劑、鐵離子穩(wěn)定劑和表面活性劑進(jìn)行了用量?jī)?yōu)化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：當(dāng)酸化緩蝕劑用量為1.0%，N-80鋼材在15%HCl溶液中60℃時(shí)的腐蝕速率為0.84g·（m2·h）-1，90℃時(shí)的腐蝕速率 1.11g·（m2·h）-1；表面活性劑用量為0.5%時(shí)，可使水溶液的表面張力降低至23.6mN·m-1，使15%HCl溶液的表面張力降低至27.6mN·m-1；粘土穩(wěn)定劑用量為1.0%時(shí)，防膨率為79.2%；在酸液與巖心作用后的殘酸溶液中加入1.0%的鐵離子穩(wěn)定劑，在pH值為5.8時(shí)出現(xiàn)混濁，此時(shí)的pH值遠(yuǎn)高于殘酸的pH值。

根據(jù)酸化體系添加劑的優(yōu)化結(jié)果，在酸化體系中緩蝕劑用量確定為1.0%，表面活性劑用量確定為0.5%，粘土穩(wěn)定劑用量確定為1.0%，鐵離子穩(wěn)定劑確定為1.0%時(shí)，完全可以滿足油田酸化的施工要求。將所用添加劑分別與HCl溶液和HCl+HF溶液混合，溶液均透明且無沉淀分層等現(xiàn)象，證明這幾種添加劑與酸液之間具有良好的配伍性。

2.2 主體酸配方確定

為了確定巖心的礦物成分，對(duì)吳起油田部分巖心進(jìn)行了X衍射全巖分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：吳起油田儲(chǔ)層巖心石英含量為19%～31%，長(zhǎng)石含量為53%～62%，伊利石含量為3%～8%，高嶺石含量為2%～4%，綠泥石含量為3%～7%，蒙脫石含量為1%～4%，同時(shí)含有少量方解石、白云石等礦物成分。吳起油田油氣儲(chǔ)集空間和滲流通道是沙粒間未

被膠結(jié)物完全充填的空隙。對(duì)此酸化通常是先采用HCl溶解碳酸鹽巖膠結(jié)物，然后用HF來溶解粘土、長(zhǎng)石等硅鋁酸鹽礦物。根據(jù)吳起油田巖心礦物特性，確定采用HCl、HF和有機(jī)酸作為主體酸，并通過巖心溶蝕實(shí)驗(yàn)確定主體酸中各種酸的用量。

2.2.1 HCl濃度與巖心溶蝕率的關(guān)系 在HF、有機(jī)酸酸濃度及其他實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，考察HCl濃度變化對(duì)巖心溶蝕率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 HCl濃度與巖心溶蝕率的關(guān)系Fig.1 Relationships between dissolution rate of core and hydrochloric acid concentration

由圖1可知，儲(chǔ)層巖心溶蝕率隨HCl濃度的增加而增大。當(dāng)HCl的濃度大于12%后，巖心的溶蝕率隨HCl濃度的進(jìn)一步增大變化不大。為了維持反應(yīng)后期體系的酸性，防止體系因酸度較低生成沉淀，將主體酸液中HCl的濃度確定為12%。

2.2.2 HF濃度與巖心溶蝕率的關(guān)系 在HCl、有機(jī)酸濃度及其他實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，考察了HF濃度變化對(duì)巖心溶蝕率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 HF濃度與巖心溶蝕率的關(guān)系Fig.2 Relationships between dissolution rate of core and Hydrofluoric acid concentration

由圖2可以看出，隨HF濃度的增加，巖心溶蝕率增加。當(dāng)HF濃度大于3%后，隨著HF濃度的進(jìn)一步增大，巖心溶蝕率增加的幅度減小，這可能是因生成氟化物和氟硅酸鹽沉淀所致。考慮到儲(chǔ)層巖心石英含量較低，使用高濃度HF酸化時(shí)可能使巖心抗壓強(qiáng)度降低，酸化后儲(chǔ)層出砂，生成氟化物和氟硅酸鹽沉淀導(dǎo)致二次污染等情況的出現(xiàn)，將HF的使用濃度確定為2%。

2.2.3 有機(jī)酸濃度與巖心溶蝕率的關(guān)系 在HCl濃度、HF濃度及其他實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，考察有機(jī)酸濃度變化對(duì)巖心溶蝕率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 有機(jī)酸濃度與巖心溶蝕率的關(guān)系Fig.3 Relationships between dissolution rate of coreand organic acids concentration

由圖3可以看出，隨有機(jī)酸濃度的增加，巖心溶蝕率幾乎沒有變化。可知有機(jī)酸的加入對(duì)巖心的溶蝕率變化影響不大。但有機(jī)酸的加入可以保持體系的酸度，降低酸液與巖心的反應(yīng)速率和對(duì)設(shè)備及管線的腐蝕，有利于提高酸化效率。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終確定的主體酸配方為：12%HCl＋3.0%有機(jī)酸＋2.0%HF+1%緩蝕劑+0.5%表面活性劑+1%粘土穩(wěn)定劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑。

2.3 模擬巖心酸化流動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

使用吳起油田儲(chǔ)層巖心，采用分段注入法，依次注入一定PV數(shù)的基液、前置酸、主體酸、后置酸、正基液和反基液。試驗(yàn)主體酸對(duì)巖心的酸化效果。在模擬巖心酸化實(shí)驗(yàn)中，采用的液體組成見表1，巖心酸化實(shí)驗(yàn)結(jié)果和酸化前后巖心的電鏡照片見圖4～6。

表1 模擬巖心酸化流動(dòng)液體組成Tab.1 Composed of liquid of simulation acidification experiments

圖4模擬巖心酸化流動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Results of simulation acidification experiments

圖5 酸化前巖心掃面電鏡照片F(xiàn)ig.5 SEM image of reservoir core before sour

圖6 酸化后巖石掃描電鏡照片F(xiàn)ig.6 SEM image of reservoir core after sour

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：酸化后巖心的孔隙增大，流通通道擴(kuò)大，孔隙填充物減少，巖心滲透率明顯上升，酸化效果良好。

3 結(jié)論

以吳起油田儲(chǔ)層巖心為研究對(duì)象，通過對(duì)儲(chǔ)層礦物組成分析、酸化體系優(yōu)選，形成了吳起油田增產(chǎn)增注主體酸配方。取得以下主要結(jié)論：

（1）吳起油田儲(chǔ)層主要由長(zhǎng)石和石英組成，其中長(zhǎng)石占53%～62%，石英占19%～31%，蒙脫石、伊利石、高嶺石、方解石和綠泥石等占9%～23%，存在潛在高嶺石的速敏傷害，蒙脫石和伊利石的水敏傷害，以及綠泥石的酸敏傷害；

（2）根據(jù)對(duì)主體酸添加劑的優(yōu)化及巖心溶蝕實(shí)驗(yàn)，確定的適合于吳起油田酸化改造的主體酸配方為：12%HCl＋3.0%有機(jī)酸+2%HF＋0.5%粘土穩(wěn)定劑＋0.5%鐵離子穩(wěn)定劑＋1.0%酸化用緩蝕劑＋0.5%表面活性劑；

（3）模擬巖心酸化實(shí)驗(yàn)表明，酸化后巖心的孔隙增大，流通通道擴(kuò)大，孔隙填充物減少，滲透率提高，達(dá)到了酸化的目的。

［1］程啟貴,張春生.吳旗地區(qū)吳410井區(qū)長(zhǎng)6油藏孔隙結(jié)構(gòu)特征研究［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)（江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)）,2006,28（6）:240-242.

［2］胡 瑞,劉曉娟,任艷子.吳旗油田吳410井區(qū)長(zhǎng)6油層組流動(dòng)單元研究［J］.內(nèi)蒙古石油化工,2009,（1）:89-91.

［3］SY/T 5753-1995,油井增產(chǎn)水井增注措施用表面活性劑的室內(nèi)評(píng)價(jià)方法［S］.北京:中華人民共和國(guó)石油天然氣總公司,1995.

［4］SY/T 5762-1995,壓裂酸化用粘土穩(wěn)定劑性能評(píng)價(jià)方法［S］.北京:中華人民共和國(guó)石油天然氣總公司,1995.

［5］SY/T 5405-1996,酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)［S］.北京:中華人民共和國(guó)石油天然氣總公司,1996.

［6］SY/T 5358-2002,儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法［S］.北京:中華人民共和國(guó)石油天然氣總公司,2002.

［7］Shaw,J.C.,Chee,T.Laboratory Evaluation of Drilling Mud Systems for Formation Damage Prevention in HorizontalWells［C］.Canada:Society ofPetroleum EngineersPress.1996.18-20.

Study on acidification technology ofWuqiOilfield

LIWen1，LIJian-shan2，LIU Xiang1

（1.College of Chemistry and Chemical Engineering,Xi′an Shiyou University,Xi′an 710065,China;
2.Low Permeability Reservoir Research Center of Changqing Oilfield Co.,Branch,Petro China,Xi′an 710018,China）

TE242

B

1002-1124（2011）03-0048-04

2011-01-10

李 文，男，在讀碩士研究生。

導(dǎo)師簡(jiǎn)介：劉 祥（1963-），男，博士，教授，從事高分子化學(xué)與物理和油田化學(xué)品的研究，發(fā)表論文30余篇。