伊朗YD油田致密儲層酸渣潛在性分析與預防研究

高翔，蔣建方，馬鳳，曹科學，齊晶

（1.中國石油大學（北京）提高采收率研究院，北京102249；2.中石油三次采油重點實驗室低滲油田提高采收率應用基礎理論研究室，北京102249）

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伊朗YD油田致密儲層酸渣潛在性分析與預防研究

高翔1，2，蔣建方1，2，馬鳳1，2，曹科學1，2，齊晶1，2

（1.中國石油大學（北京）提高采收率研究院，北京102249；
2.中石油三次采油重點實驗室低滲油田提高采收率應用基礎理論研究室，北京102249）

高翔等.伊朗YD油田致密儲層酸渣潛在性分析與預防研究[J].鉆井液與完井液，2016，33（3）：107-111.

摘要酸化增產施工作業過程中，由于酸液與原油的不配伍可以形成穩定乳狀物和酸渣，對儲層造成傷害。用SRVR方法對伊朗Khuzestan省YD油田SV儲層原油中飽和烴、芳香烴、膠質和瀝青質4種組分進行分析，在通過X-Ray衍射與ESEM電鏡對該儲層巖石成分以及微觀孔隙結構進行分析的基礎上，開展了在儲層條件下油樣與新酸和乏酸之間的配伍性實驗，評價優選了以抗渣劑、鐵離子穩定劑和破乳劑為主要成分的酸化復合添加劑。結果表明油樣CⅡ為2.19，很容易出現酸渣問題，而且巖石主要成分為方解石，不含或很少含有黏土成分，巖心滲透率傷害實驗表明，巖心滲透率在注水過程中基本保持不變，水敏效應弱。油樣與新酸和乏酸接觸都可以生成穩定乳狀物和酸渣，并且Fe3+的存會增加生成的酸渣量，Fe3+的濃度越高生成的酸渣量就越多，當加入1%的破乳劑FTP-18、0.5%的抗渣劑FTZG-01和2%的鐵離子穩定劑（檸檬酸）時，酸渣的生成量大幅減少，抗渣有效。

關鍵詞酸化；酸化淤渣；酸渣；儲層傷害；性能評價

YD油田地處伊朗的Khuzestan省，靠近伊朗與伊拉克邊界，構造形態為一個軸向近南北向的大型長軸背斜，發育南、北2個構造高點，主要包含3套含油層系，縱向從上到下分別為SV組、GV組和FLY組。其中，SV組為淺海臺地沉積，巖性為白堊質灰巖，具有很強的非均質性，滲透率范圍為0.16×10-3～56.86×10-3μm2，孔隙度范圍為0.53% ～19.07%，屬中低孔隙度、低滲-特低滲儲層，原油為重質油，具有黏度高、凝固點低、含硫高的特點。酸化常用酸液體系[1-3]有時會與一部分儲層原油不配伍，酸油接觸時反應生成乳狀物或者酸化淤渣，導致儲層嚴重傷害[4-8]。伊朗YD油田試油和系統測試結果顯示，由大規模酸化施工引起的儲層污染嚴重，相當部分井的SV層酸化后仍無自然產能。通過相關實驗與評價，分析導致酸化效果不理想的主要原因是SV層原油與酸液接觸后形成了穩定的乳化物以及酸化淤渣沉淀，堵塞孔隙。針對YD油田SV層存在酸渣帶來的儲層傷害問題，從酸渣形成機理出發，在分析儲層原油和巖石成分的基礎上，對油樣與酸化液的配伍性進行研究，開展了以鐵離子穩定劑、破乳劑和抗渣劑為主要成分的酸化用復合添加劑配方的研究。

1　酸化淤渣形成機理

瀝青質是原油中的重組分，主要成分是由一個或多個平均含有7個環的芳烴構成的芳烴大分子，這種分子為極性分子，功能基團中常含有氮、氧和硫等元素，也可能含有鎳或釩等重金屬[9-10]。這些瀝青質大分子常常是以膠體顆粒穩定分散在重質油當中[11]，但是當外界或液體條件改變時，瀝青質分子可以聚集形成大分子束從原油中沉淀出來，形成“酸化淤渣”，簡稱“酸渣”[12-13]。

酸與油接觸有時會產生酸渣，而且同一種原油產生酸渣的量會隨酸液的濃度增加而增加[4]，隨酸液種類的改變而改變[14-15]。這是因為油酸接觸時，一部分HCl進入油相，H+使瀝青質分子中功能基團質子化，從而增加了大分子整體的極性，瀝青質分子間的吸附作用也會增加[14]，產生聚集，形成穩定乳狀物或者酸渣。除了油酸接觸外，Fe3+的存在也能促使酸渣產生。這是因為Fe3+的存在可以作為相轉換催化劑，使更多酸液進入油相，增加了油相中酸液濃度，增強瀝青質分子質子化作用，加快和加大了膠粒聚集，使產生酸渣的速度和量增加[4]。在酸化施工過程中Fe3+的存在是不可避免的，所以經常通過酸洗油管和向酸化液中加入還原劑和螯合劑來達到控制Fe3+的目的[16]。

2　實驗部分

2.1實驗材料

原油油樣（來自伊朗YD油田SV層）；抗渣劑FTZG-01，鐵離子穩定劑（檸檬酸），破乳劑FTP-18；20%HCl（對37%HCl進行稀釋得到）；蒸餾水；巖心（取自SV層），實驗部分巖心的基本參數見表1。

表1　實驗用伊朗YD油田SV層巖心基本數據

2.2油樣CⅡ系數確定實驗

SARA代表原油中存在的4種組分，分別是飽和烴、芳香烴、膠質和瀝青質。因為每一種組分可以與不同的化學劑互溶，或者在相同化學劑中的溶解范圍不同，可以借此將油樣分離成4種組分，得出原油SARA規律，這是表征原油中瀝青質含量方法之一[6]。具體步驟包括：①用正庚烷溶解油樣中瀝青質，靜止分層，取上層液得到正庚烷與瀝青質混合液，加熱蒸餾去除正庚烷得到瀝青質；②用裝有凸凹棒的玻璃管柱吸附膠質，然后用甲苯與丙酮的1∶1混合液沖洗管柱，得到膠質組分；③用裝有活性硅膠的玻璃管柱吸附芳香烴，然后將硅膠放入甲苯中加熱蒸餾，得到芳香烴；④求出油樣中SARA含量。

通常情況下，用膠質和瀝青質含量的比值來確定原油遇酸是否有酸化淤渣問題，但是由于酸渣的產生不僅受膠質的影響，還有其他因素對瀝青質的穩定性也有影響，所以該方法不精確。綜合考慮各個因素對瀝青質穩定性的影響，引入膠體不穩定系數CⅡ來表征原油中是否容易出現酸渣沉淀[18]。

式中，Was、Ws、War和Wr分別為瀝青質、飽和烴、芳香烴和膠質在油樣中含量的百分數。

2.3X-Ray衍射與ESEM電鏡掃描實驗

為了分析實驗巖心的礦物組成，對巖心進行了X射線衍射實驗。將巖心碾碎后，用孔徑為0.154 mm的篩子過濾，配合X射線衍射實驗得出的數據，通過環境掃描電子顯微鏡對巖心樣品進行分析，可以詳細了解巖心內部微觀結構特征，比如巖心的礦物成分、孔隙空間的堵塞物和膠結物類型等。

2.4巖心滲透率傷害實驗

實驗參照SY/T 5358—2010，使用短巖心驅替流動實驗儀器。為確定巖心初始滲透率以及保證在此過程中黏土不會發生膨脹或運移，設定驅替流程為：NH4Cl→蒸餾水→NH4Cl，測得最終滲透率。

2.5油與酸配伍性實驗

在高溫高壓反應缸中進行油樣與20%的新酸和乏酸（取自油田原樣，實驗之前要用碳酸鈣中和酸液至pH值為3）反應實驗，取50 mL酸，25 mL油，酸油體積比為2∶1，反應時間為24 h，實驗溫度120 ℃，實驗壓力3.5 MPa。設A、B、C和D 4組實驗，每組實驗包括4次重復實驗（編號1、2、3、4）。為了對比新酸與乏酸對生成酸渣的影響，A和B組分別加入新酸與乏酸，4次實驗分別加入 0、250、500、1000 mg/L Fe3+，為了優選復合抗渣劑，C和D組4次實驗都加入1000 mg/L Fe3+，其中C組加入適量的破乳劑，對破乳劑用量進行優選，D組根據C組實驗結果對以抗渣劑、破乳劑和鐵離子穩定劑為主要成分的防乳抗渣劑配方進行優選。

3　結果與討論

3.1油樣CⅡ系數確定實驗

膠體不穩定系數CⅡ可以表征原油中是否容易出現酸渣沉淀，當CⅡ＜0.7時，瀝青質可以穩定地存在于原油當中；0.7＜CⅡ＜0.9時表示可能會出現酸渣問題；而當CⅡ＞0.9時，瀝青質不能在原油中穩定存在，容易出現沉淀[19]。對YD油田原油進行SARA分析，瀝青質含量為2.5%，膠質含量為4.67%，芳香烴含量為25.9%，飽和烴含量為66.93%，計算得CⅡ為2.19，很容易出現酸渣問題。

3.2X-Ray衍射與ESEM電鏡掃描實驗

表2是來自YD油田巖樣的礦物組成。從表2可知，巖心的主要礦物成分是方解石，含量最高達到99%，最低也高達79%，其次是白云石，含量為0.5%～10%；從巖心中還檢測到了石英以及伊利石和高嶺石等黏土成分，但是含量最高的也只有11%，有的巖樣不含黏土，這表明儲層的水敏效應很弱。

表2　巖樣的X-Ray衍射實驗結果

圖1為ESEM電鏡掃描實驗結果，可以看出，巖心中主要含有方解石，而且孔喉內無黏土堵塞物。

圖1巖樣的ESEM電鏡掃描實驗結果

3.3巖心滲透率傷害實驗

圖2為巖心滲透率傷害實驗結果。

圖2 巖心滲透率傷害實驗結果

從圖2可知，在整個驅替實驗進行的過程中，巖心的滲透率變化不大，所以在注入蒸餾水的過程中，沒有或者很少發生黏土顆粒的膨脹或運移，水敏效應弱，證明巖心礦物或者孔隙內不含或者含有少量黏土礦物，排除了由于水敏效應而導致的孔隙堵塞。

3.4 油與酸配伍性實驗

為了評價來自于YD油田的原油在與酸接觸后產生酸化淤渣的可能性，進行了相關實驗。如圖3和圖4所示，油樣無論是和新酸還是和乏酸反應，都會有酸渣產生，乏酸與油樣反應產生的酸渣量要多于新酸；另外，還觀察到酸與油混合時可以形成穩定的乳狀物，乳狀物的穩定性取決于酸液的pH值、Fe3+濃度和酸油混合時間。圖3中，當Fe3+的量從0增加至1000 mg/L時，油與新酸反應生成的酸渣量從8 g增加到11.5 g，而對于乏酸，酸渣生成量從10.5 g增加到15.5 g。這表明，Fe3+的存在可以大大增加酸渣的生成量，而且隨著加入Fe3+增多，生成的酸渣量也增加。

圖3　酸液、Fe3+濃度對酸渣生成的影響

圖4　油樣與酸液反應生成的酸渣

如圖5所示，新酸與乏酸在反應之后的最大剩余量都只有40%，但是，由于乏酸與原油形成更穩定的乳狀物，所以新酸的剩余量達到最大的時間要比乏酸早50 min。這也體現在反應進行到40 min后乏酸剩余體積量迅速增加，這可能是因為乳狀物不穩定導致的破乳現象造成的。除了酸液初始pH值（酸液類型），也發現Fe3+能使油與酸反應生成的乳狀物趨于穩定。同時，當反應進行到1h后，乏酸的剩余量基本保持不變，這就說明隨著Fe3+濃度的增加，對乳狀物的穩定性并沒有太大影響。相反，Fe3+對新酸與油反應生成的乳狀物有很大影響，當Fe3+從0增加到1000 mg/L時，新酸剩余量從41%降為0。這是因為酸液的強度會影響酸與油反應生成的乳狀物[19]。當更高H+濃度酸與不配伍的原油接觸時，進入油相的H+會更多，使原來處于穩定狀態下的膠質/瀝青質更不穩定，引起膠質/瀝青質聚集，形成更穩定的乳狀物或更多酸渣，同時消耗酸液的量也會增加，在圖5中顯示為隨Fe3+濃度增加，新酸會產生更多穩定的乳狀物，消耗的HCl會更多。其機理為酸中的H+使膠質/瀝青質分子中功能基團質子化，從而增加了分子整體的極性，膠質/瀝青質分子間的吸附作用也會增加[14]，隨著酸液濃度的增加，產生的乳狀物的穩定性或者酸渣的量也會增加。

圖5　酸剩余量隨Fe3+濃度和反應時間變化曲線

來自YD油田的原油可以和質量濃度為20% 的HCl反應生成酸渣或者乳狀物，尤其是在Fe3+的作用下。所以，在酸化施工過程中，破乳劑、抗渣劑和鐵離子穩定劑的使用是必需的。檸檬酸作為一種常用的鐵離子穩定劑，2 500 mg/L的Fe3+可以用相同體積2.4 g/mL的檸檬酸進行螯合，為了防止酸化淤渣的生成，通過優化改變破乳劑與抗渣劑的量來達到這一目的，破乳劑破乳實驗效果和復合添加劑抗渣效果見圖6。

圖6　破乳劑破乳實驗效果和復合添加劑抗渣效果

從圖6可以看出，當加入1%的破乳劑，0.5%的抗渣劑和2%的鐵離子穩定劑時，酸渣的生成量大幅減少，抗渣有效。

4　結論

1.YD油田SV儲層巖石礦物主要成分為方解石，黏土含量低，水敏效應弱。

2.YD油田SV儲層原油與20%新酸和乏酸在油藏溫度條件下相接觸可以發生反應，生成穩定乳狀物和酸渣。

3.Fe3+的存在會加重生成乳狀物或者酸渣的量。

4.1%的破乳劑，0.5%的抗渣劑和2%的鐵離子穩定劑組成的復合酸化用添加劑可以預防乳狀物或者酸渣的生成。

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Analysis of the Potential of Generating Acid Sludge in the Dense Reservoir Formations in Block YD (Iran) and the Prevention of the Acid Sludge Generation

GAO Xiang1, 2, JIANG Jianfang1, 2, MA Feng1, 2, CAO Kexue1, 2, QI Jing1, 2
(1. Enhanced Oil Recovering Research Center, China University of Petroleum, Beijing 102249;2. Basic Theory Research Team of EOR in Low Permeability Oilfield Application, Key Laboratory of Tertiary Oil and Gas Recovery, CNPC, Beijing 102249)

AbstractIn reservoir stimulation operations, incompatibility between acids and crude oil leads to the formation of stable emulsions and acid sludge which cause the reservoir formations to be damaged. In analyzing the saturated hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, gums and asphaltene components in crude oils obtained from the SV reservoir formation in Block YD, Iran, X-ray and ESEM have been used to study the constituents and micro structure of the reservoir rocks. Laboratory experiments have been performed to determine the compatibility between oil and new acids/pantothenic acids under in-situ conditions. A compound additive for use in acidizing operations has been developed with acid sludge inhibitor，Fe stabilizer and demulsifer. The oil sample taken has a CⅡof 2.19, indicating the high potential of acid sludge generation. The reservoir rocks, on the other hand, are mainly calcite, having no or little clay components. The permeability of the reservoir rocks remained almost unchanged during water injection. The contact of oil sample with new acids and pantothenic acids generated acid sludge and stable emulsions. The existence of Fe3+in the oil sample increased the amount of acid sludge generated, and the higher the concentration of Fe3+，the more the acid sludge generated. Addition of 1% demulsifer FTP-18，0.5% sludge inhibitor FTZG-01and 2% citric acid (Fe stabilizer), the amount of acid sludge generated was greatly decreased.

Key wordsAcidizing; Acid sludge; Reservoir damage; Performance evaluation

中圖分類號：TE357.12

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5620（2016）03-0107-05

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.03.022

基金項目：“十二五”國家科技重大專題項目“孔隙型碳酸鹽巖油藏提高采收率采油工藝關鍵技術”（2011ZX05031-003-004）。

第一作者簡介：高翔，1988年生，中國石油大學（北京）油氣田開發工程專業碩士研究生，研究方向為提高采收率與采油化學。電話 15776168183；E-mail：84238273@qq.com。

收稿日期（2016-1-9；HGF=1603F3；編輯付玥穎）