新型多氫酸深部酸化技術研究及在吐哈油田的應用

黨建鋒

(中國石油吐哈油田分公司井下技術作業公司，新疆鄯善 838200)

新型多氫酸深部酸化技術研究及在吐哈油田的應用

黨建鋒

(中國石油吐哈油田分公司井下技術作業公司，新疆鄯善 838200)

吐哈油田鄯善、溫米區塊注水壓力高，地層堵塞嚴重，注水難以達到配注要求，常規酸化施工不能解除地層深部污染，為此研發出了一種新型多氫酸體系。室內實驗表明，與土酸相比，新型多氫酸體系具有緩速緩蝕、有效作用距離大、防止二次沉淀的產生、低成本等諸多優勢。根據鄯善、溫米區塊的儲層特征，確定了新型多氫酸體系配方及技術，并在23口井進行了現場試驗，試驗表明，新型多氫酸體系可以降低注水壓力7.8 MPa，日增注量29.5 m3，有效期108 d，降壓增注效果顯著。

鄯善溫米油田；新型多氫酸；儲層酸化

鄯善、溫米油田已歷經20余年的勘探開發，隨著注水開發的不斷深入,注入水外源性傷害和內源性傷害不斷向地層深部推進并在地層深部累積,致使注水能力下降,地層能量得不到有效補給，導致儲層供液能力降低。沿用早期開發的磷酸緩速酸工藝、膠束酸酸化工藝、稀鹽酸、酸堿復合驅、土酸以及黏土酸酸化等技術措施，酸化后殘酸返排困難，容易形成二次沉淀，且有效期短，影響酸化效果；土酸中的HF 成分溶蝕能力太強，容易引起巖石骨架破壞，深部污染不好解決[1-3]。通過調研國內外油田低壓、低滲注水井儲層傷害治理技術，開展了室內評價及礦場試驗，研發出一種新型多氫酸體系，可以有效解決注水井的降壓增注難題。

1 多氫酸深部酸化機理及適應性分析

多氫酸為一種新型的HF酸液體系，由一種特殊的復合物代替HF與銨鹽發生氫化反應。多氫酸為一中強酸，本身存在電離平衡，在不同的化學計量條件下，通過多級電離分解釋放出多個氫離子，故將其命名為多氫酸。

1.1 多氫酸深部酸化機理

為了實現深穿透、解除地層深部污染,就需要降低酸液與巖石的反應速率,因此需采用緩速酸體系。目前幾乎所有用于砂巖酸化處理的酸液體系都是用含有HF或者在地層中產生HF的酸液體系。從氫氟酸與鋁硅酸鹽的一次反應動力學可知：巖石與HF的反應速率取決于HF的濃度,HF濃度越大,一次反應速率越大；HF濃度越小,一次反應速率越小[4-5]。多氫酸正是一種能在酸液中低速提供低濃度HF的新型酸液體系,它是由一種特殊復合物代替HCl與氟鹽發生氫化反應，在地層中由酸液釋放出H+與氟鹽釋放出F-結合生成HF,新生成的HF再與巖石發生反應而完成酸化作用。多氫酸本身為一種多級中強酸,H+是逐級緩慢釋放的,這樣就延緩了HF的生成速度,從而降低了酸化速度,為酸液進入深部地層爭取了時間[6-7]。

1.2 深部酸化工藝適應性分析

(1)區塊油藏為低孔低滲油藏，且地層堵塞污染嚴重，土酸進入地層深部之前就消耗殆盡。而多氫酸的緩速性能大幅度降低酸巖反應速度，從而保證了地層深部的酸化效果。

(2)鄯善油田儲層非均質嚴重，物性較差，平均滲透率為20.6×10-3μm2，裂縫及微裂縫較發育，巖性以混合砂巖和長石砂巖為主，填隙物主要為雜質和膠結物，黏土礦物含量以高嶺石為主，占30%～50%，儲層水敏程度中等偏弱-中等偏強，水敏指數為0.40～0.70；速敏強，酸敏性較強。造成滲透率傷害的礦物主要為高嶺石、黏土微粒運移和綠泥石遇酸反應產生的沉淀顆粒，堵塞孔喉，致使儲層滲流能力降低、注水壓力上升，水注不進。多氫酸體系能長時間的維持HF處于低濃度狀態，可以抑制高嶺石與HF反應二次沉淀的生成，因此，多氫酸用于此類油藏的酸化有明顯的優勢。

(3)溫米油田儲層物性差，平均滲透率25.61×10-3μm2，孔喉以微細～細喉為主，喉道彎曲變化大，分選性差。砂巖中泥質含量5%～10%，黏土礦物以高嶺石為主，二者相對含量大于80%，儲層水敏程度較強。造成滲透率傷害的礦物主要是高嶺石、黏土礦物的水化膨脹以及高嶺石顆粒破碎和運移，堵塞孔隙喉道，使滲透性降低。注入水的總礦化度為28 100 mg/L，水型為CaCl2水型，與地層水接近，引起地層水敏相對較小，但是鈣、鎂、碳酸氫根離子濃度高，pH值較高，具有較強的結垢趨勢。注水井管柱及井筒附近結垢嚴重，存在較嚴重的細菌污染，污染半徑大。多氫酸具有同時解除有機垢與無機垢的功能，能有效的解除細菌與結垢造成的深部污染。

2 新型多氫酸性能評價

2.1 多氫酸體系與巖粉的溶蝕實驗

實驗選用鄯善區塊儲層巖粉，考察了多氫酸體系配方1、配方2和土酸對巖粉的溶蝕率，得出其溶蝕規律。實驗溫度為60 ℃，壓力條件是大氣壓。

多氫酸配方1：6%HCl+6%氟化氫銨+6%有機膦酸+各種添加劑；多氫酸配方2：6%HCl+4%氟化氫銨+4%有機膦酸+各種添加劑；土酸配方： 6%HCl+2%HF+各種添加劑。

由表1可知，多氫酸配方2的溶蝕率略低于多氫酸配方1，但兩者都遠低于土酸的溶蝕率，新型多氫酸體系的反應速率大約為土酸的23%左右，緩速效果顯著。

2.檢驗假說2的模型。假說2以貨幣增長率MP替換式(2)中的企業家信心指數，建立式(3)。根據假說2，預期投資過度時，回歸系數α1顯著為正值；投資不足時，回歸系數α1顯著為負值；無論是投資過度還是投資不足的分組中，國有企業樣本的回歸系數α1的絕對值大于非國有企業樣本回歸系數α1的絕對值。

表1 新型多氫酸與土酸對巖粉的溶蝕率 %

2.2 多氫酸體系與石英的溶蝕實驗

本實驗主要考察多氫酸液體系對砂巖基質組成主要礦物石英的溶蝕率情況，實驗將多氫酸體系配方與常規砂巖酸化做了對比研究。多氫酸體系的配方是：6%HCl+4%氟化氫銨+4%有機膦酸+各種添加劑；土酸配方是：6%HCl+2%HF+各種添加劑。實驗條件在常規大氣壓條件下進行，溫度是60 ℃。

由表2可知：多氫酸對石英的溶蝕率是土酸的2.3倍，同時多氫酸體系有加速與石英反應的特性，這有利于酸液體系在砂巖儲層中溶蝕更多的石英，增加儲層的滲透率，從而達到良好的酸化效果。

表2 多氫酸、土酸對石英的溶蝕率 %

2.3 多氫酸體系抑制二次沉淀實驗

由于砂巖儲層礦物的多樣性，HF 與長石以及黏土礦物反應很復雜。多氫酸體系與儲層礦物反應分為兩次：一次反應是氫氟酸與鋁硅酸鹽反應，即氫氟酸與黏土和長石的反應；二次反應是次生的氟硅酸與黏土和長石反應后在黏土礦物表面形成硅凝膠沉淀，該物質易與地層水中的K+、Na+混合，形成氟硅酸鹽沉淀。

2.3.1 氟化物沉淀實驗

在砂巖酸化過程中，F-易與儲層巖石中的Ca2+、A13+、Fe2+、Fe3+等多價金屬離子形成沉淀，從而堵塞孔道，影響滲透率和最終的酸化處理效果。

用鹽水來模擬油氣田地層酸化的條件，研究新型多氫酸對氟化物沉淀的抑制作用。鹽水由2% KCl、2% NaCl、2% CaCl2、2% MgCl2以及蒸餾水組成，分兩次用碳酸鈉調高溶液的pH 值，觀測其沉淀情況，實驗溫度25 ℃。用各種酸液進行反應對比實驗，其多氫酸體系配方：6%HCl+4%氟化氫銨+4%有機膦酸+各種添加劑，土酸配方：6%HCl+2%HF+各種添加劑，具體實驗結果見表3。

由表3可知，土酸在第一次加入碳酸鈉之后，溶液就產生了渾濁現象，而多氫酸體系在第一次調高pH 值之后，溶液沒有出現渾濁現象。雖然土酸體系的pH 值始終保持在最低水平，但是土酸抑制氟化物沉淀的能力不如多氫酸體系。另外，多氫酸體系在第二次調高pH 值時，也沒有產生沉淀。因此，新型多氫酸體系具有較好的抑制氟化物沉淀的性能。

表3 新型多氫酸對氟化物沉淀的抑制情況

2.3.2 硅酸鹽沉淀實驗

用自來水配制100 mg/L的CaCl2、40 mg/L的MgC12、40 mg/L的AIC13和100 mg/L的NaHCO3。將酸液與鹽水等體積混合，在10小時內分三次加入含2.9 g/L二氧化硅的硅酸鈉溶液1 mL。多氫酸體系配方：6%HCl+4%氟化氫銨+4%有機膦酸+各種添加劑。土酸配方：6%HCl+2%HF+各種添加劑。

由表4可知，多氫酸比土酸對硅酸鹽沉淀有更好的抑制效果。

表4 氟化氫銨對硅酸鹽沉淀的抑制實驗

2.4 多氫酸緩蝕性能實驗

本實驗將考察新型多氫酸體系對標準鋼片腐蝕情況。

實驗步驟：取N80標準鋼片3片，用無水乙醇洗凈后冷風吹干，并置于干燥皿中； 24 h后稱重，放入90 ℃酸液(500 mL)中反應4 h，然后取出稱重，計算出其平均腐蝕速率，多氫酸體系配方：6%HCl+4%氟化氫銨+4%有機膦酸+各種添加劑。實驗結果見表5，N80鋼片的平均腐蝕速率為2.7525 g/(m2·h)，遠小于國家標準腐蝕速率8 g/(m2·h)。

表5 多氫酸緩蝕性能評價實驗

2.5 多氫酸潤濕性實驗

常規酸化一般加入陽離子表面活性劑作為緩速劑來抑制反應速度，這個方法容易導致地層傷害。這種傷害是由于表面活性劑的潤濕性質造成的。

實驗采用多氫酸和HCl+HF的混合酸液，分別考察混合酸液與黏土樣品反應后的產物在甲苯和甲醇中的互溶情況：混合酸液體系處理后的黏土樣品在甲苯中分散，在甲醇中凝聚。結果表明：用多氫酸和HCl+HF的混合酸液體系處理后的地層是水濕性質，多氫酸體系能夠在黏土地層中保持水濕，有利于改善儲層滲流條件。

3 現場應用及效果

2013年提出新型多氫酸深部酸化工藝并開展現場試驗，截至2014年6月30日，注水井現場共計實施多氫酸酸化23井次，有效井23口井次，有效率100%，平均單井降壓7.8MPa，日增注29.5 m3，有效期108 d，降壓增注效果顯著。

4 認識與結論

(1)新型多氫酸對比土酸所具備的緩速緩蝕性能更適合于低孔、低滲、黏土含量高的砂巖油藏, 能顯著降低酸化反應速度, 減少二次沉淀的產生, 增加酸化反應距離, 提高酸化效果。

(2)多氫酸深部酸化工藝在吐哈油田的成功應用，說明該技術對低孔低滲注水井具有較好的適用性，對緩解地層壓力、提高注水開發效果、實現油田的高產穩產具有十分重要的意義。

(3)針對部分井酸化后增注效果不理想、有效期短的問題，下步應開展縮膨劑的室內評價及礦場試驗。縮膨劑對黏土具有較強的縮膨性能，縮膨劑與多氫酸深部酸化工藝相結合，可穩定注水壓力，延長酸化有效期，進一步提高酸化效果。

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編輯：劉洪樹

1673-8217(2015)01-0118-03

2014-09-09；改回日期：2014-09-28

黨建鋒，碩士，工程師，1979年生，2006年畢業于中國石油大學(北京)應用化學專業，現從事壓裂酸化技術研究及現場管理工作。

TE355.2

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