吸附型緩速酸體系的開發與應用

李澤鋒，王改紅，姬隨波

（川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司，西安 710021）

酸化是油氣井穩產、增產的主要工藝措施之一，隨著鄂爾多斯盆地下古開采力度增大，酸化改造效果直接影響到氣井的產量，在酸化過程中，常由于酸巖反應速度較快，穿透距離短，降低了增產的有效性[1]。目前常用的緩速酸體系主要有稠化酸、轉向酸、交聯酸等，稠化酸主要是通過增加酸液黏度，降低H+擴散速度，從而達到降低酸巖反應速度的目的；轉向酸需要加入大量的表面活性劑，施工成本較高，抗溫性能較差；交聯酸體系黏度過大，泵注困難[2-3]，未能起到有效的改造效果。因此需要開發具有緩速效果好、黏度低、易注入、易返排的酸液體系，通過延緩H+與巖石的作用時間，提高酸蝕裂縫長度及非均勻刻蝕程度，達到增產的目的。

1 吸附型緩速酸體系開發

1.1 緩速劑XYHS-1加量優化

研究選取酸液濃度為20%鹽酸。吸附型緩速劑主要有表面活性劑型和聚合物型，表面活性劑型緩速劑通過表面活性劑在巖石表面吸附，疏水鏈將H+隔離， 達到緩速的目的， 但由于表面活性劑為小分子，對酸液降濾失作用差，所形成的隔離膜薄不致密，抗沖刷能力差，影響酸化緩速效果[4]。而加入含陽離子疏水單體的聚合物型緩速劑XYHS-1，其聚合物分子中的陽離子可吸附在巖石表面，疏水長鏈能覆蓋在其表面上，從而阻止H+與巖石的接觸，減緩酸巖反應速度，達到緩速的目的，該聚合物型緩速劑在酸液中黏度較低，流動性能較好，易注入，有利于低滲透和超低滲透儲層的酸化[5-8]。

1.1.1 不同加量緩速劑配制緩速酸的黏度

實驗測試不同緩速劑XYHS-1加量下酸液的黏度，結果見圖1。由圖1可知，不同加量的緩速劑在酸液中，隨著溶解時間的增加，黏度不斷增大，隨后保持穩定，酸液黏度較低，穩定性較好。

圖1 不同加量緩速劑酸液黏度隨時間的變化曲線

1.1.2 不同加量緩速劑配制緩速酸的緩速率

按照SY/T 5886—2012緩速酸性能評價方法，測定不同緩速劑XYHS-1加量下緩速酸的緩速率，結果見表1。由表1可知，隨著緩速劑加量的增加，酸液的緩速率也不斷增加，當緩速劑加量大于1.2%時，緩速率大于90%，推薦緩速劑加量優化為1.5%。

表1 不同緩速劑XYHS-1加量下緩速酸的緩速率

1.2 緩蝕劑HJF-94加量優化

利用動態掛片失重法，采用N80鋼片在100℃下，測定緩蝕劑加量為1.2%、1.5%時的腐蝕速率，結果見表2和圖2。由此可知，實驗后鋼片均可見點狀刻蝕，動態腐蝕速率測試結果滿足行業標準，緩蝕劑加量優化為1.5%。

表2 不同加量下緩蝕劑HJF-94的腐蝕速率

圖2 鋼片在不同加量緩蝕劑HJF-94腐蝕前后對比圖

1.3 鐵離子穩定劑TWJ-10加量優化

使用722型光柵分光光度計與分析天平，按照GB 3049—88化工產品中鐵含量測定的通用方法進行實驗，考察不同加量TWJ-10的穩鐵能力，結果見表3。由表3可知，TWJ-10加量在1.0%以上時，對鐵離子的穩定能力較好。

表3 不同加量鐵離子穩定劑TWJ-10的酸液穩鐵能力

1.4 助排劑CF-5A、起泡劑YFP-1加量優化

選取氟碳類助排劑、表面活性劑類起泡劑，酸巖反應結束后殘酸液的表面張力、殘酸起泡效果對返排具有很大影響，研究CF-5A不同加量殘酸液的表面張力，利用羅氏泡沫排水實驗不同加量起泡劑YFP-1殘酸的起泡力、半衰期及攜液能力，結果見表4和表5。由此可知，CF-5A加量達到0.5%以上，殘酸液的表面張力可達到26 mN/m以內。由表5可知，起泡劑加量達到0.5%以上，殘酸可達到較好的起泡和穩泡效果。

表4 不同加量助排劑CF-5A殘酸液的表面張力

表5 不同加量YFP-1殘酸的起泡、穩泡的效果

綜上，吸附型緩速酸配方為：1.5%XYHS-1+1.5%HJF-94+20%HCl+1.0%TWJ-10+0.5%CF-5A+0.5%YFP-1。

2 吸附型緩速酸性能評價

2.1 溶蝕率

實驗根據上述配方，配制緩速酸體系，測定其對巖心的溶蝕率，結果見表6。由表6可知，該緩速酸具有較好的溶蝕性能，溶蝕率可達到90%。

表6 吸附型緩速酸對巖心的溶蝕率

2.2 靜態緩蝕率

根據配制的緩速酸體系，測定其靜態腐蝕速率，結果見表7。由表7可知，緩速酸體系的靜態腐蝕速率為2.46 g×（m2×h）-1，滿足行業一級標準，緩蝕率達到了99.6%，具有很好的緩蝕效果。

表7 吸附型緩速酸靜態腐蝕速率

2.3 殘酸黏度及表面張力

使用DT-102A型表面張力測定儀，在室溫下測定緩速酸殘酸的表面張力和殘酸黏度，結果見表8。由表8可知，緩速酸的殘酸黏度為1.593 6 mPa×s，表面張力為26.48 mN×m-1，有利于酸化反應后殘酸的返排。

表8 吸附型緩速酸殘酸的表面張力和殘酸黏度

2.4 緩速性能

反應時間對20%鹽酸和緩速酸體系H+濃度的影響見圖3。由圖3可知，緩速酸中H+濃度隨時間變化明顯低于20%鹽酸；以巖石質量為標準，緩速酸緩速率為91.2%，具有較好的緩速性能。

圖3 反應時間對20%鹽酸和緩速酸體系H+濃度的影響

2.5 酸蝕裂縫導流能力

酸液有效作用距離和酸蝕裂縫導流能力是評價酸壓施工的關鍵性參數，酸壓所能達到的最終導流能力主要取決于酸液溶蝕的巖石量和酸蝕裂縫壁面的不均勻程度。酸蝕裂縫越長、酸蝕裂縫不均勻程度越大，則酸壓效果越好[9-11]。實驗研究了巖心的刻蝕形態，所用巖板刻蝕前后的形態如圖4所示，酸蝕裂縫導流能力如圖5所示。

圖4 巖板在吸附型緩速酸溶蝕前后的形態

圖5 吸附型緩速酸酸蝕裂縫導流能力隨圍壓變化曲線

由此可知，2 L緩速酸與白云巖反應刻蝕程度較差，巖板導流能力隨閉合壓力的升高降低很快。4 L緩速酸與灰質白云巖反應形成了較為明顯的刻蝕溝槽，巖板導流能力僅次于6 L緩速酸，但其導流能力隨閉合壓力升高具有一定程度的降低，在閉合壓力為50 MPa時仍可達40 D×cm；6 L緩速酸與灰巖反應形成了明顯的溝槽，巖板導流能力在3組中最大，且隨閉合壓力升高降低幅度較小，在閉合壓力50 MPa時，仍具有非常高的導流能力。酸液的加量對酸蝕裂縫有一定的影響，該體系具有較好的緩速及增大裂縫導流能力的特性。

2.6 吸附性

吸附型緩速酸在酸巖反應中，緩速劑能夠吸附在巖石表面形成一層吸附膜，延緩酸巖反應。酸巖反應后能形成較好的酸蝕裂縫，達到連接油氣通道的作用。采用掃描電子顯微鏡，觀察酸巖反應前、中、后巖石表面形貌的變化情況，見圖6。由圖6可知，酸巖反應中的巖心表面光滑，說明緩速劑能夠吸附在巖心表面形成保護膜，達到酸化緩速的目的；酸巖反應完成后，巖心表面形成了一定的裂縫和孔隙，連通性好，進一步表明緩速酸酸化效果顯著。

圖6 酸巖反應前、中、后巖石表面形貌的變化

3 現場應用

2017年，該緩速酸在蘇里格區域實施5井次，具有較好的儲層改造效果。蘇6-XX井為蘇里格區域開發井，設計采用緩速酸改造馬五層。現場施工采取連續在線配制，緩速酸黏度為15 mPa·s，酸化施工曲線如圖7所示。由圖7可知，酸化效果明顯且具有較好的降阻效果。

圖7 蘇6-XX井酸化施工曲線

蘇6-XX與鄰井產量情況如表9所示。由表9可知，蘇6-XX井產量約為鄰井產量的5倍，說明緩速酸儲層改造效果良好，具有較好的應用前景。

表9 蘇6-XX井與鄰井產量對比

4 結論

1．開發了一種緩速酸體系，該體系通過緩速劑中陽離子疏水基團吸附在巖石表面，形成保護膜將酸液中H+隔離，延緩酸巖反應時間，提高酸蝕裂縫長度及非均勻刻蝕程度。

2．該緩速酸的緩速率為91.2%，緩蝕率為99.6%，緩速酸與巖石反應形成了較明顯的溝槽且導流能力隨閉合壓力升高降幅較小，緩速效果明顯。

3．該體系在蘇里格地區得以成功應用，單井產氣量是相鄰井產量的5倍左右，改造效果顯著。