多效復合酸液體系在文昌油田的應用

夏 光，劉春祥，周際永，楊軍偉，劉明慧

1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300458

文昌X油田儲層巖性以細粒長石石英砂巖和石英砂巖為主，偶見中粗粒長石砂巖，石英平均含量44.7%～54.4%，長石平均含量6.6%～10.1%，巖屑平均含量2.2%～3.2%。儲層碳酸鹽含量6.96%～14.91%，平均含量10.15%，主要礦物為方解石和菱鐵礦，少量礦物為鐵方解石、白云石和自生石英。儲層泥質雜基含量3.04%～10.69%，平均含量8.71%。孔隙度平均21.4%，滲透率平均552.1×10-3μm2，屬中孔中高滲儲層。

文昌X油田打開儲層所用鉆井液為PEM體系，其中主處理劑PF-PLUS是一種大分子量的部分水解聚丙烯酰胺，屬于表面為負電荷的長鏈高分子化合物。所用完井液為隱形酸完井液，主要由HCS黏土穩定劑、CA101防腐殺菌劑及HTA隱形酸組成。鉆完井過程中鉆完井液漏失量大，且“浸泡”時間長，造成黏土礦物剝落、水化膨脹，污染嚴重，投產初期產量達不到配產要求。室內實驗表明，巖心滲透率傷害率隨著鉆完井液浸泡時間的延長逐漸變大，鉆井液傷害率最高36%左右，完井液傷害程度更大，傷害率最高76%左右。

針對聚丙烯酰胺及黏土礦物等復合堵塞，采用常規酸液體系，解堵效果差，一方面堵塞解除不徹底，不能對聚丙烯酰胺類物質進行有效解除；另一方面酸液體系對巖石骨架溶蝕程度大，酸化后存在出砂的風險。因此，需要根據儲層物性及傷害特征研發針對性的解堵體系[1-5]。

1 多效復合酸液體系研究

針對上述問題，研發多效復合酸液體系，體系由3種主劑及多種添加劑組成。主劑1為鹽酸組分，主要清洗地層孔隙中的鈣質組分；主劑2為改性硅酸組分，主要用于溶蝕地層中的泥質、黏土礦物，擴大滲流通道，它幾乎不與巖石中的二氧化硅反應，能有效降低酸化后出砂的風險；主劑3為生物酸組分，在溶蝕基質的同時，對鉆井液遺留于地層中的聚合物溶解更有效，同時兼有殺菌、螯合、防膨、生物降解、保持地層水濕、防金屬腐蝕、不形成酸渣等特性。

1.1 酸液濃度優選

酸液體系組分確定以后，必須對濃度進行優選，確定適合現場應用的最佳濃度。鹽酸及改性硅酸組分濃度根據其對巖心粉的溶蝕率確定，生物酸組分濃度根據其對鉆完井液殘渣的溶蝕率確定。

1.1.1鹽酸濃度優選

采用不同濃度鹽酸溶蝕文昌X油田巖心粉，反應溫度為75 ℃，反應時間為120 min，實驗結果見圖1。隨著鹽酸濃度的增加，巖心溶蝕率不斷上升，當鹽酸的質量分數為8%時溶蝕率達到最大，因此確定鹽酸的最佳用量為8%。

圖1 不同濃度鹽酸巖心粉溶蝕實驗結果

1.1.2改性硅酸濃度優選

鹽酸的質量分數定為8%，改性硅酸濃度作為變量，進行復配，開展文昌X油田巖心粉溶蝕實驗，反應溫度為75 ℃，反應時間為120 min，實驗結果見圖2。隨著改性硅酸濃度的增加，巖心溶蝕率不斷上升，當改性硅酸的質量分數上升至7%時，溶蝕率趨于平穩，因此確定改性硅酸的最佳用量為7%。

圖2 不同濃度改性硅酸巖心粉溶蝕實驗結果

1.1.3生物酸濃度優選

將鉆完井液烘干制得殘渣，采用不同濃度生物酸進行溶蝕，反應溫度為75 ℃，反應時間為60 min，實驗結果見圖3。生物酸能有效溶蝕鉆完井液殘渣，當生物酸的質量分數上升至8%時，溶蝕率趨于平穩，因此確定生物酸的最佳用量為8%。

圖3 不同濃度生物酸鉆完井液殘渣溶蝕實驗結果

1.2 添加劑優選

為保證多效復合酸液體系性能及效果，需要在酸液中加入緩蝕劑、防膨劑、助排劑、鐵離子穩定劑等添加劑，篩選過程按照行業標準進行。

緩蝕劑在酸化作業中至關重要，它關系到井筒及管柱的安全。實驗室優選出緩蝕劑NHH-01，質量分數為2%。

地層酸化時，酸液是外來流體，其性質與地層中原始流體性質差異甚大。酸液的侵入使地層原有的平衡關系受到破壞，很容易引起黏土水化膨脹、垮塌或剝落。酸液中必須加入有效的防膨劑。實驗室優選出防膨劑NHFP-02，質量分數為1%。

為了提高酸液的返排效果，使酸化后殘酸盡可能從地層排出，同時防止酸液乳化，酸液中需加入一定量的助排劑。實驗室優選出助排劑NHP-8，質量分數為1%。

酸化施工時，地層中的鐵礦物質、酸化設備以及管線等都有可能釋放Fe3+，當酸液的pH升至3.2以上時，便產生氫氧化鐵沉淀。因此，殘酸中控制Fe3+沉淀，非常必要。實驗室優選出鐵離子穩定劑NHT-1，質量分數為2%。

1.3 多效復合酸液體系綜合性能評價

將鹽酸、改性硅酸、生物酸、緩蝕劑NHH-01、防膨劑NHFP-02、助排劑NHP-8及鐵離子穩定劑NHT-1進行復配，開展相關實驗，評價多效復合酸液體系的綜合性能。

1.3.1配伍性實驗

酸液中各添加劑之間不得有沉淀反應發生，各添加劑與酸液之間也不得有沉淀反應發生，配伍實驗結果見表1。各添加劑之間配伍性良好，添加劑與酸液配伍性良好，復合酸液體系與地層流體配伍性良好，均無沉淀產生。

表1 配伍實驗結果

1.3.2復合酸液體系緩蝕性能評價

復合酸液體系中的緩蝕劑必須保持原有的緩蝕性能，實驗結果見表2。復合酸液體系對N80鋼片腐蝕非常微弱，緩蝕性能良好。

表2 復合酸液體系緩蝕性能評價結果

1.3.3石英溶蝕實驗

石英溶蝕實驗，是判斷復合酸液體系對石英骨架破壞程度的重要手段，實驗結果見表3。復合酸液體系對石英腐蝕程度輕，幾乎不破壞巖石骨架。

表3 石英溶蝕實驗結果

1.3.4巖心物模實驗

采用文昌X油田巖心進行物理模擬實驗，在75 ℃條件下，模擬鉆完井液污染并采用復合酸液體系進行解除，實驗結果見表4。復合酸液體系能有效解除鉆完井液所造成的污染，且對儲層具有一定的改造效果，性能良好。

表4 污染巖心解堵模擬實驗結果

1.4 酸液配方確定

根據上述實驗，最終確定適合文昌X油田的多效復合酸液體系配方為：8% HCl+7%改性硅酸+8%生物酸+2%緩蝕劑NHH-01+1%防膨劑NHFP-02+1%助排劑NHP-08+2%鐵離子穩定劑NHT-01。

2 現場應用

文昌X油田M井是一口單層系采油井，采用射孔+優質篩管礫石充填防砂完井方式，射孔段長度18.3 m。該井采用的是PEM鉆井液及隱形酸完井液體系，投產初期產量達不到配產要求，壓力恢復產能測試結果顯示該井表皮系數為117。

針對該井存在的問題，采用多效復合酸液體系進行解堵，酸液用量60 m3。酸化過程中壓力下降非常明顯，從8 MPa下降到0 MPa，排量從最初的0.45 m3/min上升到0.9 m3/min。該井解堵后日產液由原來的27 m3(間隙生產)上升到120 m3，日產油103 m3，生產正常，效果顯著。

3 結論

1)文昌X油田儲層疏松，采用PEM鉆井液和隱形酸完井液體系，鉆完井過程中漏失量大，且“浸泡”時間長，儲層存在聚丙烯酰胺及黏土礦物等復合堵塞，產量達不到配產要求。

2)針對文昌X油田儲層特點及堵塞類型，研發出了多效復合酸液體系，配方為：8%HCl+7%改性硅酸+8%生物酸+2%緩蝕劑NHH-01+1%防膨劑NHFP-02+1%助排劑NHP-08+2%鐵離子穩定劑NHT-01。能有效解除鉆完井液污染，同時對石英骨架腐蝕程度輕，有效解決了疏松砂巖儲層酸化后易出砂的難題。

3)多效復合酸液體系在文昌X油田M井進行了先導性試驗，酸化后日產液由27 m3上升到120 m3，日產油103 m3，效果顯著。