多敏性砂巖儲集層酸化解堵方法研究及應用——以勝利樊家油田Es3 砂巖油層為例

□萬緒新 張守鵬 尹玉梅 李彥操 賀文卿

李彥操，勝利油田分公司石油工程監督中心;賀文卿，勝利油田分公司石油工程監督中心

以我國東部渤海灣地區為代表的大部分油田與陸相斷陷湖盆相聯系。油氣儲集層以陸源碎屑沉積物組成的砂礫巖為主，黏土礦物是最普遍的填充成分，其多樣性對儲集層的孔隙和滲透性能影響極大。

提高低滲透儲層滲透性能的主要工藝方法是采用酸化解堵，但實際結果是在孔喉中黏土礦物有效溶除之前，儲層骨架已被溶解，經常進一步加深滲透率的傷害程度。低滲透砂巖油層的有效酸化增產是提高難動用儲量采出率的關鍵，此問題的解決直接關系到油區的增儲上產。本文以勝利樊家低滲透砂巖油層為例，采用巖石礦物微區測試(光學顯微分析與電子掃描技術)與工藝化學原理相結合的分析方法，研制優選了一種緩蝕酸實施分步酸化，使得在針對鋁硅酸鹽類礦物(主要是黏土礦物)填堵的砂巖儲集層進行酸化解堵時，砂巖骨架顆粒的溶解速度小于填隙物的溶解速度，達到有效地溶除孔喉中礦物微粒并擴展滲流空間的目的。

一、多敏性砂巖儲集層的滲透性傷害

低滲透砂體的埋藏深度相對較大，在濟陽和東濮坳陷一般埋深于3，000m 以下，經歷了漫長的成巖作用過程，常常由與山間盆地相聯系的濱、淺湖三角洲、辮狀河道、沖擊扇、濁積扇等砂體組合而成。原始孔隙率的損失經歷了壓實、壓融、黏土充填、化學膠結、礦物結晶加大等復雜的地質演化過程。盡管在某一特定時期和特定環境下礦物相可能由于地下熱液或有機酸的介入而發生一定程度的溶解，有增孔擴喉的作用，但砂巖中的次生孔隙發育帶往往又被后期成巖作用再次填堵。根據砂巖儲集性與油氣運移規律的綜合研究發現，油氣進入儲集層的時期對應于烴源巖中有機酸的普遍分解析出并產生次生孔隙的過程，同時黏土礦物中的蒙脫石、伊/蒙混層礦物等在弱酸性介質環境中開始轉化為自生的、具有良好晶形的高嶺石。所以，高嶺石發育帶與相對高孔滲帶和油氣富集帶往往是對應的。但在此成巖期之后，隨著有機酸的枯竭，地下介質環境開始向弱堿性轉化，高嶺石、綠泥石等黏土成分也向伊利石轉化，孔隙率再次降低，儲集層內部連通孔隙的喉道被大量針、片狀伊利石“搭橋”堵塞，原油被阻滯于儲集層內部孤立的孔隙中成為“不可動油”，而此時的儲集層已演變成為低孔低滲多敏性儲集層。

以勝利樊家油田Es3 砂巖油層為例，儲集層中黏土礦物總量占據了12%，其中對油層潛在傷害最大的是占相對含量60%的自生“假六邊形”片狀高嶺石和對酸極為敏感的綠泥石礦物(圖1)。除黏土礦物外，斑塊狀碳酸鹽膠結物對儲集層滲透性也存在潛在傷害。

圖1

因此，樊家油田Es3 砂巖油層原油不能順利采出的原因可以歸結為:儲集巖經強烈的壓實成巖作用后，多種黏土(來源于原始沉積物和塑性顆粒的脫落成分)和化學膠結物基本上占據了儲集層的孔隙和喉道空間，僅殘留了部分微孔隙。復雜的黏土成分和碳酸鹽礦物可以使油田在開發中同時具備排液速度敏感性、鹽酸敏感性、氫氟酸敏感性和水敏感性。而任何一種敏感性的發生都可以導致原油產出受阻，多種敏感性同時存在對原油的產出更為不利。有時，針對某幾類填隙礦物的酸化解堵方案相互抵觸，很難奏效。

表1

儲集層中自生高嶺石在低流速作用下，遷移能力較弱，但當排液流速達到該儲集層的臨界流速值(3.5ml/min)以上時，其“假六邊形”晶片開始分散，很容易鉗堵于喉道入口處，降低儲集層滲透性。如果使用鹽酸解堵，碳酸鹽膠結物有一定的溶蝕量，溶出空間約5% ～10%，高嶺石溶蝕率小于1%，綠泥石溶解程度可以達到100%。但隨著酸液耗盡，PH 值回升，由含鐵碳酸鹽和綠泥石中溶離出的Fe2+、Fe3+很快被絡合為Fe(OH)3↓，該沉淀物呈絮凝狀，其體積將會完全占據先前碳酸鹽膠結物溶出的空間，致使酸化效果不明顯。如果使用氫氟酸解堵，砂巖碎屑骨架顆粒、黏土礦物均會不同程度地被溶蝕，但碎屑顆粒的溶解速度遠遠大于黏土充填物的溶解速度，當有利于液相滲透的巖石骨架被破壞時，作為填充成分的黏土溶蝕率卻很有限，往往不能達到酸化解堵的目的。同時，氫氟酸遇到碳酸鹽膠結物，會產生CaF2↓，該沉淀物呈微粒狀，在低滲透儲集層中極易堵塞滲流喉道。如果使用土酸(常用12%HCl+3%HF)解堵，砂巖儲集層中碎屑顆粒、黏土礦物、碳酸鹽膠結物均會不同程度地溶解，但隨著酸液耗盡，Fe(OH)3↓和CaF2↓兩類沉淀會同時生成，其副作用仍然影響著酸化效果。另外，淡水作用液的使用也會使儲集層中的某些次要黏土成分發生微弱膨脹，更加劇儲集層滲透性的破壞。

二、酸化解堵理論模式的建立

由于儲集層中高嶺石占據了黏土礦物中的多數，因此酸化的有效性應重點針對易分散、遷移的高嶺石。依據礦物化學反應原理和現場實施效果得到的數據，對主要有高嶺石充填的砂巖儲集層，有效的用酸步驟為:用3% ～5%濃度的NH4CL 前置注入儲集層，形成酸性無副作用介質環境，并穩定高嶺石。再用8%濃度配置的氟硼酸后置進行針對高嶺石的緩慢補給性酸溶。這是一個氟硼酸水化分解自生氫氟酸的過程，當前期酸液耗盡時，又有不斷從氟硼酸中分解的氫氟酸補給，直到氟硼酸耗盡為止，并進一步固化黏土，擴寬孔隙度。這一作用原理是因為氫氟酸對顆粒的溶解效果優于對高嶺石的溶解，如果一次性注入足夠量的氫氟酸，則會使顆粒骨架首先遭受破壞、而黏土溶解量很低。緩慢補給性酸溶是充分利用高嶺石較高的比表面積，以與酸液有很大的接觸面積抗衡酸液對顆粒的相對高溶解速度，達到在保護儲集層格架的同時改善儲集層孔隙率，緩速的作用在于顆粒始終得不到足夠的溶解酸液，而全部被黏土晶格占據［5］。

如果砂巖儲集層中單純存在綠泥石，則有效的用酸步驟為:用10% ～15%的鹽酸配適量異抗壞血酸(鐵螯合作用)注入儲集層，綠泥石被迅速溶解，在酸液耗盡之前(保持ph 值＜4)將反應液與反應物同時返排，擴大儲集層孔隙率。當酸液耗盡時，如沒有得到及時返排，隨著ph 值的回升，綠泥石中溶離出的鐵離子與氫氧根結合形成氫氧化鐵沉淀，有再次堵塞儲集層孔喉的可能，孔隙率有可能變得更低。但使用輔助劑異抗壞血酸，則可以抑制Fe2+、Fe3+的絡合沉淀。針對碳酸鹽膠結儲集層的酸化也可以使用該方法，但使用濃縮磷酸或氟磷酸深部緩蝕效果將會更好。儲集層如果得到有效酸溶擴孔，則微量黏土發生的膨脹將不足以傷害儲集層。

根據上述原理，樊家油田樊128 井區Es3 砂巖油層的酸化方案應設計為:一是利用3%NH4CL 洗井，在不引發黏土膨脹的同時，清除井底落物。洗井液的選配與后期用液在性質上配伍;二是利用12%鹽酸添加適量檸檬酸(有抑制鐵離子沉淀之功效)前置注入地層，溶解斑塊狀膠結的碳酸鹽礦物，并力求無副產物生成;三是8%氟硼酸作為后置主體液注入儲集層，緩慢溶解高嶺石并穩定大部分黏土微粒，添加適量異抗壞血酸防止綠泥石中溶離出的鐵離子發生沉淀;四是注液后根據反應原理候凝3 小時為宜，不宜過長，利用氣舉等方式返排，立即轉抽投產。排液速度對比速敏實驗的臨界值3.5ml/min，即用12mm 油嘴抽吸日排量不超過15 方。

三、現場實施效果

對樊128 井區Es3 砂巖儲集層射孔試油時，普遍在工藝實施的當時能夠求得一定產量，但減產速度極快，幾小時至數日內就可減至工業品級以下，甚至無液產出。這一現象吻合了上述分析結論。

按酸化設計方案對樊128 -2 井儲集層實施改造后，當日獲17t/d 高產工業油流，按照敏感性發生的臨界流速值大小，后調整為14t/d 的產出量，且實現了穩產的目的。

四、結語

多類雜基充填的低滲透砂巖油層，采用酸化措施改善其滲透性的方法應視儲集層性質而定。一般而言，針對儲集層巖石結構與礦物成分的配置關系采用不同用酸分步酸蝕的方法常常奏效，且每一步酸溶的有效性一定要結合巖石孔喉骨架結構的變化加以判斷。試圖尋求一種固定不變的、且長期有效的砂巖酸化液是不科學的，這歸因于儲集層性質的多變性。

［1］(美)M J 埃克諾米德斯，K G 諾爾蒂;康德泉，等譯.油藏增產措施［M］.北京:石油工業出版社，1991:549 ～590

［2］張守鵬，李懷淵，張成玉，等.巖石微觀分析判識油層傷害的技術方法與應用［J］.石油學報，2000，21(5):52 ～57

［3］張守鵬，王偉慶，夏云，等.提高油層滲透率的酸—巖作用原理與油層改造應用實例［J］.石油實驗地質，2000，22(1):77 ～80