有機酸體系酸壓增注工藝的應用

王 華，潘 義，潘國輝

（江蘇油田分公司試采一廠，江蘇江都 225265）

目前本廠常規酸液體系可分為兩大類：快速酸和緩速酸。快速酸體系包括土酸體系和復合酸體系。緩速酸體系為氟硼酸體系。常規土酸體系和復合酸體系，由于酸液強度較大，對地層礦物溶蝕能力強，因而能顯著提高近井地帶的滲透率，然而由于HF反應速度快[1]，酸液迅速消耗在近井地帶附近，所以酸化處理半徑較短，通常酸化設計半徑為2～3 m。

HBF4是一種緩速酸，它能緩慢水解生成HF，當HBF4溶液中的HF消耗時，通過自身的水解可產生較多的HF，因此其總的溶解能力可以與土酸比擬，但其反應速度低于常規土酸，從而在酸液耗盡之前可以深入油層內部較大范圍[2]。此外，HBF4還可使粘土微粒產生化學凝聚作用，凝聚后的微粒在原地膠結，使得處理后因流量加大而引起的微粒運移受到限制，可作為較高粘土礦物的地層的主體酸。

雖然氟硼酸體系較土酸體系和復合酸體系提高了酸液的穿透距離，但對于以碳酸鹽膠結為主的地層，仍然會產生CaF2、MgF2的沉淀，這些二次沉淀的產物會影響最終的酸化效果。針對上述問題引進了新型有機酸體系，不僅具有深部酸化的性能，而且能避免二次沉淀的產生。

1 有機酸體系作用機理

有機酸是一種新型氫氟酸混合酸液。其主體酸由B、C兩種藥劑組成，B為有機磷酸的復合物，C為氟鹽，兩種物質混合后反應生成HF。現場應用配方濃度為10%HCl+6%B+3%C。這種新型酸有多個氫離子，通過多級電離在不同化學計量條件下分解釋放出氫離子。當地層與這種酸液體系作用時，隨著酸巖反應的進行，氫離子的濃度降低時，有機酸溶液系統將逐步電離出氫離子，直到再次建立新的平衡。因此，只要溶液的濃度足夠，酸巖反應的速度是保持恒定的。有機酸可以減少沉淀的生成，抑制氟化鈣、氟化鎂等二次沉淀的產生，可有效提高酸化效果。

2 有機酸體系室內評價

2.1 溶蝕實驗

由于本廠油藏巖性絕大部分屬于長石巖屑石英砂巖，膠結物組分主要分為云灰質和泥質。酸液反應的主要對象是砂巖骨架部分的長石巖屑及膠結物成分，其次是石英顆粒。通過開展有機酸體系對二氧化硅、實際巖芯的溶蝕試驗，有機酸體系與目前常規酸液體系的巖芯溶蝕對比試驗，研究了其溶蝕地層礦物的能力。

2.1.1 有機酸對二氧化硅的溶蝕 試驗對比了有機酸與土酸體系對二氧化硅的溶蝕能力，試驗溫度為室溫，反應時間8 h，有機酸配方為10%HCl+6%B+3%C，土酸配方為10%HCl+3%HF。試驗數據（見表1）。

表1 有機酸的二氧化硅溶蝕試驗

表2 有機酸對巖芯的溶蝕試驗

從表1試驗結果看，有機酸溶蝕二氧化硅的能力強于常規土酸，說明其溶蝕地層骨架礦物石英顆粒的能力較目前常用酸液體系強。

2.1.2 有機酸對實際巖芯的溶蝕 試驗采用瓦6斷塊K2t1巖芯，取芯井段：3 071.44～3 093.41 m，其巖芯骨架礦物組構以石英為主，平均含量為59.8%，長石平均含量20.8%，巖屑平均含量為19.5%，為長石巖屑石英砂巖。膠結物組分以云灰巖為主，含量為12.3%，泥質含量次之為4.5%。將巖芯粉碎后分別溶于土酸、氟硼酸和有機酸體系中，試驗溫度70℃，反應時間4 h。

根據表2數據看，土酸的溶蝕能力最強，平均溶蝕率21.02%，氟硼酸的溶蝕能力最弱，平均溶蝕率15.19%，有機酸的平均溶蝕率為16.21%，其溶蝕能力強于氟硼酸，但弱于土酸。

2.2 有機酸酸液體系中添加劑的評價

為使酸液滿足地層特性和施工工藝的要求，酸液體系中必須加入添加劑，這里主要對添加劑中的緩蝕劑和鐵離子穩定劑進行了室內試驗。

2.2.1 緩蝕劑的性能評價 試驗采用N80掛片，有機酸用量100 mL，緩蝕劑添加濃度1%，試驗時間4 h，試驗溫度90℃。從表3腐蝕試驗來看，其平均腐蝕速率為 3.120 g/m2·h，小于石油行業標準的 5 g/m2·h，能滿足現場施工要求。

2.2.2 鐵離子穩定劑的性能評價 在酸化作業過程中，由于酸液對油管內壁腐蝕結垢物的溶蝕以及對地層巖石中含鐵礦物的溶蝕都會產生大量Fe3+和Fe2+，這些鐵離子在地層中沉淀將會帶來嚴重的地層傷害。當酸液 pH 值大于 2 時，Fe3+會水解生成 Fe（OH）3沉淀[2]，造成地層堵塞，從而影響酸化效果。所以必須考慮三價鐵的沉淀問題。在有機酸體系中，選用了型號為RD-05的鐵離子穩定劑，評價了其穩定鐵離子的能力，試驗結果（見表 4）。

鐵離子的穩定能力是指在pH值5～6的試液中，體系不發生微渾時單位體積（或質量）鐵離子穩定劑穩定鐵離子（Fe3+）的質量。鐵離子穩定劑穩定鐵離子（Fe3+）能力計算公式如下：

表3 緩蝕劑的性能試驗

表4 鐵離子穩定劑穩定鐵能力實驗結果

表5 有機酸體系與添加劑的配伍性試驗

式中：N-穩定鐵離子能力，mg/mL；V1-鐵離子標準溶液體積用量，mL；b-試樣中鐵離子穩定劑樣品含量，mg/mL；V2-試樣體積用量，mL。

2.3 酸液配方體系的配伍性

有機酸酸液配方是10%HCl+6%B+3%C，試驗將各種添加劑逐一加入上述酸液中，試驗結果（見表5）。有機酸酸液與添加劑的配伍性試驗結果表明，在70℃的條件下，有機酸酸液與各種添加劑的配伍性良好，均沒有發現沉淀和分層的現象。

3 現場應用

根據有機酸體系的特點，確定其選井原則:注水壓力較高、地層物性差、注采井距較大，一般在200 m以上，需要深部處理的井；地層膠結物以云灰質為主的，采用其它酸液體系酸化可能出現二次沉淀，對儲層造成二次污染的井。針對以上原則，選取了富民油田的富133井、富132井和富35-2井實施了有機酸體系的增注工藝。

典型井分析:如富132井，該井屬于富30斷塊E2d1儲層，為一套水進階段的湖泊三角洲水下沖積扇沉積，儲層埋深3 100 m左右。巖性為巖屑長石石英細砂巖、中砂巖，膠結類型以接觸-空隙式膠結為主，膠結物主要成分為灰質，膠結致密。平均孔隙度小于10%，平均滲透率小于 2×10-3μm2，各小層物性資料（見表 6）。該井對應油井為側富103井、富131A井，注采井距分別為210 m和230 m。

針對該井地層礦物特征及地質條件，為達到深部處理的目的，將有機酸酸液體系與酸壓施工工藝結合起來，設計采用有機酸處理液90 m3，處理深度25 m，設計施工泵壓60 MPa，排量1.8 m3/min。

圖1 富132井酸化前后生產曲線

該井酸化前注水壓力24.6 MPa，日注水量0 m3，措施后注水壓力6.2 MPa，日注水量21 m3，平均注水壓力較措施前降低了18.1 MPa，壓降幅度73.6%，措施效果明顯，截止2010年8月底累計增注水量1 462 m3。

表6 富132井物性數據

目前有機酸體系酸化增注工藝共實施3井次，在2口井上見到明顯效果，平均降低注水壓力16.3 MPa，壓降幅度67.9%，截止2010年8月底累計增注水量1 846 m3。通過有機酸酸液體系對地層的深部穿透溶蝕，提高了地層的滲流能力，有效改造了低滲地層，有效提高了地層吸水能力，達到了增注的目的。

[1]楊士超，屈人偉，秦守棟，等.砂巖緩速酸室內研究[J］.海洋石油，2002，（2）：28-35.

[2]劉長龍，趙立強，邢楊義，魯光亮.油氣井酸化過程中鐵離子的沉淀及其預防[J］.重慶科技學院學報（自然科學版），2009，（6）：13-15.