固體酸酸化壓裂技術應用研究

蘇 奇，毛振宇，張 娟，李永濱

（1.長慶油田第六采油廠，陜西 西安 710200；2.長慶科技工程有限公司，陜西 西安 710014；3.長慶油田第六采油廠工藝研究所，陜西 西安 710014）

酸化壓裂是，以大于地層破裂壓力下，壓開地層，注入酸液，酸液可與巖石表面形成不均勻裂縫，溝通天然縫隙，使的裂縫閉合和具有良好導流能力，提高單井產量[1]。酸壓增產效果主要受裂縫長度和裂縫導流能力影響，由于常規酸壓技術酸液與巖石反應速度過快，體系濾失嚴重，殘余酸液在地層深部以難實現有效改造，致使酸蝕裂縫長度短，儲層改造效果不佳。為此，業界學者提出了固體酸酸壓技術。固體酸是通過酸化壓裂對儲層進行改造，將緩釋型以固體顆粒形式分散于壓裂液內，前置液壓開裂縫后將固體酸注入裂縫中，固體酸在地層內緩慢降解釋放出酸液，刻蝕地層，提高裂縫導流能力，降低酸液在近井地帶的消耗，實現儲層深穿透改造[2]。固體酸酸壓技術可有效克服這些缺點，既可以實現深度酸壓，又能達到很好的降濾失效果，減緩設備腐蝕，因此固體酸酸壓技術具有非常廣闊的應用前景[3]。

1 固體酸酸化壓裂機理

固體酸是將酸也固化成固體后，根據使用要求粉碎成不同粒徑顆粒，在顆粒表面覆蓋惰性可溶或可滲透薄膜。酸壓施工中，前置液壓開裂縫后，將交聯的固體酸顆粒攜帶液注入地層裂縫。泵注結束后，固體酸顆粒沉降或懸浮于裂縫中，在地層條件下固體酸顆粒降緩慢溶解并釋放酸液，或裂縫閉合后顆粒破碎釋放酸液。釋放出的酸液溶解并電離出大量的H+，溶蝕裂縫壁面的巖石，造成裂縫壁面的非均勻刻蝕，形成良好的導流能力，溝通地層深部空隙和裂縫，增加單井產量。由于固體酸在裂縫中的運移與壓裂支撐劑相似，因此可以大幅提高酸蝕裂縫的有效距離，降低酸液在儲層中的濾失，獲得較好的儲層改造效果。較目前常規的酸壓技術相比，固體酸酸壓技術的主要優勢如下：

1.1 增加穿透改造距離

常規酸壓工藝由于酸液濃度較高、酸性強、反應快，近井地帶反應消耗嚴重，對于高溫油氣藏更為明顯，致使油藏深部殘存酸液低，無法有效改造，因此有效作用距離較小。固體酸可隨交聯液注入更深的裂縫中再釋放，大幅減少近井酸液消耗，增加儲層穿透改造距離，長度更長裂縫，溝通地層天然孔縫，形成樹狀結構的蚯蚓狀酸蝕裂縫。

1.2 降低液體濾失

常規酸往往酸液存在一定濾失，在存在天然裂縫的油藏更為嚴重，固體酸在體系中可有效暫堵天然裂縫，降低體系濾失量。

1.3 降低管線腐蝕

常規酸壓工藝酸液濃度高，對管線設備腐蝕嚴重，往往需要大量添加緩蝕劑來降低腐蝕速率。固體酸在地面管線和井下管柱中以微膠囊或聚合物形式存在，釋放或降解速率低，基本無酸性，因此腐蝕性低，減少了酸液對管線和設備的腐蝕，同時也減少了緩蝕劑的用量。

1.4 易于儲存運輸

常規酸壓工藝酸液多為現場配置，高濃度酸液運輸儲存均有一定風險，由于油田作業現場偏遠地區，更增加了運輸儲存的安全隱患。固體酸以固體形式存儲，運輸方便，安全性較高，易于現場施工。

1.5 酸敏性低

固體酸不易造成地層膠結物集中大量溶解，巖石膠結物較為穩定，不會堵塞空隙。此外，該技術可采用有機酸體系，有機酸體系通常對地層酸敏性較低，pH值變化幅度較小，通常不會形成沉淀造Fe(OH)3、Fe(OH)2、Al(OH)3、CaF2等成二次傷害。

2 固體酸材料

2.1 無機酸

無機酸固體酸材料主要包括固體鹽酸和固體硝酸等，這類酸酸性強，通常用于酸敏性較低油藏和碳酸鹽巖油藏的酸化壓裂。酸液與巖石反應的刻蝕程度主要受到溫度、酸濃度影響，而固體酸的酸濃主要通過酸含量和釋放速率來控制。

2.2 有機酸

有機酸固體酸材料主要包括氨基磺酸、氯乙酸和聚交酯類化合物等。這類酸酸相對較弱，通常用于碳酸鹽巖油藏的酸化壓裂。氨基磺酸和氯乙酸自身可電離出氫離子，低溫下具有良好的溶解性，但溫度較高時，自身容易分解，所以通常用于溫度低于80℃的油藏。聚交酯類化合物高溫下可分解產生羥基乙酸，可用于溫度較高的油藏。羥基乙酸是一種中強酸性有機酸，酸性強于甲酸和乙酸，與氯乙酸相近，可與石灰巖和白云巖等碳酸鹽巖儲層反應，刻蝕地層，形成導流能力；以及與鈣質，鐵質沉淀反應，解除地層堵塞。

3 固體酸制備工藝

該公司所用固體酸可制備成粉末狀和微球狀。粉末狀通常用于注水井井筒清洗及地層解堵，將酸和黏結劑固化干燥后，將其粉碎成粉末，在施工現場將粉末配置成酸液后注入地層。

微球狀可采用微膠囊包裹技術，該技術與美國專利提出的包膠酸類似，通過在表面覆蓋溶解性或滲透性涂層覆蓋，來控制釋放速率和溫度。根據費克擴散定律，微膠囊包膜越厚，十擴散越慢，釋放時間延后越多溫度升高則擴散速率增大，延遲釋放時間變短。因此可以根據實際地層溫度和所需施工時間確定微膠囊包膜的厚度，實現固體酸在井筒中不釋放而當酸液進人地層后才釋放的目的。同時，微膠囊受到巖石大應力作用時會發生膜破裂，也可將固體酸在地層中迅速釋放出來。因此可以根據實際地層溫度和所需施工時間確定微膠囊包膜的材料和厚度，實現固體酸在井筒中不釋放而當酸液進人地層后才釋放的目的。

4 應用進展

國內近年在固體酸酸化壓裂技術的應用取得了一定進展，多次施工試驗中均取得了良好的效果。西北油田TH10115CH采用全新的固體酸深穿透酸壓工藝改造。該體系在80～90℃下開始釋放，30～40min內完全釋放，最終濃度達13.6%，有效作用距離高達150m，較目前常用膠凝酸體系作用距離提升80%，能有效實現儲層深部改造。該井固體酸用量達15t，固體酸施工階段排量達5.2m3/min，施工壓力由62MPa降至42MPa，下降幅度達20MPa，溝通效果明顯，日產原油15t，相比改造前日油（0.6t）能力提高了24倍，增油效果顯著。塔河油田T805（K）井采用溫控固態延遲酸酸化施工，累計泵入液體1000m3，溫控固態延遲酸75t，最高排量7.1m3/min，最高泵壓92.0MPa，施工歷時4h3min。本次施工采用的溫控固態延遲酸屬于塔河油田儲層改造的首次應用，最高溫控固態延遲酸濃度達到40%，刷新國內酸壓施工中溫控固態延遲酸添加比例最高記錄。從現場試驗結果來看，固體酸固體酸酸壓壓裂技術成功解決了現有酸化壓裂技術有效距離短、改造效果差的缺點，因此具有良好的發展前景。

5 結論

1）固體酸酸壓壓裂技術具有增加穿透改造距離、降低液體濾失、降低管線腐蝕、易于儲存運輸和酸敏性低等優點，可大幅增加酸蝕裂縫的有效距離，提高儲層改造效果。2）固體酸材料包括無機酸和有機酸，可根據地層條件選擇使用。3）固體酸材料制備微膠囊包裹技術，通過芯材和壁材來控制溶解釋放速率。4）近年在國內固體酸酸化壓裂技術多次施工試驗中均取得了良好的效果，該技術具有良好的發展前景。