延長油田注水井在線增注酸液體系評價與應用

王海洲 ，羅然昊

（1.延長油田股份有限公司志丹采油廠，陜西延安 717500；2.延長油田股份有限公司研究中心，陜西延安 717600）

延長油田某區塊開發層系以三疊系長6 段為主，該區長6儲層巖石類型以細粒長石砂巖、巖屑長石砂巖為主，含有少量的巖屑石英砂巖[1]。碎屑巖長石含量為30.0%～51.2%，石英含量為18.0%～30.6%、黑云母含量為1.2%～20.0%，儲層整體物性較差，為細喉道低孔–低滲特低滲儲層，滲透率主要分布在0.1×10-3～2.0×10-3μm2，孔隙度主要分布在2.02 %～22.03 %[2–3]。在長期注水開發過程中，因地質和開發因素影響，地層中微粒運移以及注水中懸浮物、水垢、機械雜質、氫氧化物沉淀等導致地層出現不同程度的堵塞[4–6]，造成注水井注水壓力逐步增加，注水量逐年下降。對高壓欠注井降壓增注措施主要有酸化、壓裂、洗井等，但洗井效果不佳，壓裂施工復雜且周期長，而在線酸化增注是快速有效的措施。常規酸化解堵施工程序依次為注入前置液、處理液、后置液三個階段[7]，酸化前后需要泄壓和排液，占井時間長、有效期短、泄壓和排液造成油層激動、激化微粒運移等問題[8–9]。同時，常規土酸由12%HCl和3%HF組成，酸液進入地層后與巖屑中的碳酸鹽質、石英等在近井地帶快速反應，在酸化過程中，易產生CaF2、Na2SiF6、Na3AlF6、Fe（OH）2、Fe（OH）3等二次、三次沉淀[10–11]，且隨反應酸不斷消耗，pH值升高，進一步增加沉淀產生的可能[12–13].。此外，酸化措施前，注水井需泄壓，起下管柱，措施后需要返排放噴，作業工序復雜。針對上述問題，確定研制酸化體系技術路線如下：選用鹽酸、氟硼酸、多元有機酸等進行復配，以延緩酸液與地層反應速率，增加酸蝕作用距離，避免巖石骨架過度溶蝕。在酸液體系中加入絡合金屬離子的螯合劑來抑制沉淀產生，措施后無需返排，簡化酸化工序。

1 實驗材料及方法

通過將鹽酸、氟硼酸、多元有機酸、螯合劑、緩蝕劑等進行復配，開發出一種新型增注酸液XYLS–1體系并進行性能測試。

1.1 實驗儀器

鹽酸：質量分數36%～38%，分析純，濟南天泰化工有限公司；氫氟酸：質量分數40%，分析純，濟南天泰化工有限公司；CaCO3、NaSiO3·9H2O：分析純，亞泰聯合化工有限公司；FeCl3·6H2O、AlCl3·6H2O：分析純，上海彤源化工有限公司；巖心：延長油田長6儲層砂巖巖心；N80掛片：西化儀科技有限公司；水浴鍋：室溫至100 ℃，±1 ℃，南通華泰試驗儀器公司；電子天平：0.000 1 g，上海精密儀器儀表有限公司；數顯游標卡尺：0.01 mm，德清盛泰芯電子科技有限公司。

1.2 實驗方法

評價巖心溶蝕率：采用延長油田長6儲層巖心，粉碎后過孔徑0.45 mm的實驗篩，取2.5 g篩后巖樣、50 mL增注酸XYLS–1，依據SY/T5886–2012《緩速酸性能評價方法》在60 ℃下分別評價常規土酸和增注酸XYLS–1的巖心溶蝕率。

評價對CaF2抑制率：分別取20 mL土酸、增注酸XYLS–1，加入3.5 g碳酸鈣，隨后放入60 ℃下加熱2 h后，過濾烘干，稱取沉淀質量。

評價對Na2SiF6抑制率：分別取20 mL土酸、增注酸XYLS–1，加入1 mol/L的硅酸鈉溶液2 mL，隨后在60 ℃下加熱2 h，過濾烘干，稱取沉淀質量。

評價對Na3AlF6抑制率：分別取20 mL土酸、增注酸XYLS–1，加入2 g氯化鋁，然后加入1 mol/L的氫氧化鈉溶液5 mL，隨后放入60 ℃下加熱2 h，過濾烘干，稱取沉淀質量。

評價對Fe（OH）3抑制率：分別取20 mL土酸、增注酸XYLS–1，將酸液pH值調至1，然后加入0.5 mol/L的氯化鐵溶液5 mL，隨后放入60 ℃下加熱2 h，過濾烘干，稱取沉淀質量。

緩蝕性能評價：采用N80掛片，根據SY/T 5405–1996《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》評價不同酸液體系在60 ℃的腐蝕速率。

地層水配伍性評價：依據《SY/T 5523–2016 油田水分析方法》分析延長油田試驗區塊長6儲層水主要離子，并與增注酸XYLS–1分別按照1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、5∶1、4∶1、3∶1、2∶1混合后，在60 ℃下放置72 h，觀察沉淀產生情況。

1.3 沉淀抑制率計算公式

CaF2、Na2SiF6、Na3AlF6、Fe（OH）3等沉淀抑制率按如下公式計算：

式中：w為沉淀抑制率，%；m1為在土酸溶液中產生的沉淀量，g；m2為在增注酸XYLS–1溶液中產生的沉淀量，g。

2 實驗結果與討論

2.1 巖心溶蝕率

常規土酸和增注酸XYLS–1在60 ℃下的巖心溶蝕率實驗結果如表1所示。

表1 兩種酸液體系的巖心溶蝕率

由表1可知，隨著反應時間的增加，兩種酸液體系的溶蝕率均增加，但增加幅度逐漸減小。土酸反應15 min時，溶蝕率為30.07%；反應45 h時，溶蝕率為43.08%。增注酸XYLS–1反應15 min時，溶蝕率為21.60%；反應4 h時，溶蝕率為31.79%。結果表明，相同反應時間下，增注酸XYLS–1的溶蝕率低于土酸，表現出較好的緩速性能，能延長酸液和地層的有效作用時間。

2.2 沉淀抑制率

2.2.1 對CaF2抑制率

常規土酸、增注酸XYLS–1對CaF2沉淀抑制率實驗結果如表2所示。

由表2可知，增注酸XYLS–1與鈣離子反應后產生沉淀明顯低于常規土酸，對CaF2的抑制率為95.32%，沉淀抑制性能良好，由于酸液體系中主劑含有多個羥基、磷酸基，可以和金屬離子配位[4]，產生多核絡合物，與鈣離子形成了穩定的、可溶解的絡合物，抑制沉淀產生，具有較好的阻垢抑垢性能。

表2 對CaF2抑制性能

2.2.2 對Na2SiF6抑制率

常規土酸、增注酸XYLS–1對Na2SiF6沉淀抑制率實驗結果如表3所示。

由表3可知，增注酸XYLS–1體系與硅酸鹽反應后產生的沉淀遠低于常規土酸，對Na2SiF6的抑制率為84.72%。主要由于常規土酸中HF含量高，HF與鋁硅酸（黏土和長石） 反應生產SiF4，但隨著酸化作業的進行，HF與SiF4反應生成H2SiF6、H2SiF6繼續與黏土礦物反應，生成硅凝膠沉淀等，形成二次反應沉淀物。而增注酸XYLS–1體系中HF是在酸化過程中緩慢釋放產生的，因此，可有效地避免產生二次沉淀，沉淀抑制性能良好。

表3 對Na2SiF6抑制性能

2.2.3 對Na3AlF6抑制率

常規土酸、增注酸XYLS–1對Na3AlF6沉淀抑制率實驗結果如表4所示。由表4可知，增注酸XYLS–1與鋁離子反應后產生沉淀低于常規土酸，對Na3AlF6的抑制率為89.74%，能有效地防止砂巖酸化施工中Na3AlF6沉淀的產生，避免儲層堵塞。

表4 對Na3AlF6抑制性能

2.2.4 對Fe（OH）3抑制率

常規土酸、增注酸XYLS–1對Fe（OH）3沉淀抑制率實驗結果見表5。當酸液pH值調至1時，在增注酸XYLS–1溶液中，Fe（OH）3產生的量遠低于常規土酸，增注酸XYLS–1對Fe（OH）3的抑制率為98.87%，由于酸液體系中高效螯合劑與鐵離子絡合，抑制沉淀效果好，在酸化施工中可有效避免后期反應殘液pH值升高而產生Fe（OH）3沉淀。

表5 對Fe（OH）3抑制性能

2.3 與地層水的配伍性評價

長6儲層地層水離子分析結果如表6所示。由表6可知，長6儲層水總礦化度為66 777.29 mg/L，屬于CaCl2水型，評價與地層水配伍性實驗中，長6儲層水與增注酸XYLS–1與地層水按不同比例混合后，混合液無分層、無渾濁、無沉淀，說明配伍性良好，能夠有效避免酸液進入地層后產生渾濁、沉淀后傷害儲層。

表6 長6儲層地層水離子分析

2.4 緩蝕性能

酸化增注增產過程中要求酸液具有一定的防腐蝕性，常規土酸和增注酸XYLS–1同時復配緩蝕劑，常規土酸和增注酸XYLS–1對N80管材的腐蝕速率如表7所示。由表7可知，該增注酸XYLS–1對N80管材的腐蝕速率明顯低于常規土酸，遠低于行業一級標準3 g/（m2·h），具有良好的緩蝕性能，避免酸化施工過程中酸液對注水設備及管材的腐蝕。

表7 不同酸液體系的腐蝕性能

2.5 巖心流動酸化評價

選用延長油田長6儲層巖心實驗，進一步評價酸化效果，用模擬地層水飽和巖心，實驗溫度為60 ℃，巖心圍壓為2.5 MPa，用模擬地層水驅替10倍孔隙體積，并測巖心滲透率（K），隨后注5倍孔隙體積增注酸XYLS–1，注酸結束，關閉2 h后用模擬地層水驅酸，待驅替狀態穩定后結束。注酸后巖心滲透率變化結果見表8。由表8可知，注入增注酸XYLS–1后巖心滲透率逐步升高，1號巖心注酸后滲透率增加為原來的10.663倍，2號巖心滲透率增加到原來的1.818倍，說明巖心酸化改造效果顯著。

表8 注酸前后巖心滲透率的變化

3 現場應用

永X井位于何川沙盤子區長6油藏東部，于2012年底壓裂投產，投產初期日產油2.2 t，因自然能量衰減，2014年底，該井轉注，轉注后注入正常。2015年底該井注水壓力逐步上升，2018年出現欠注問題，目前油壓20.8 MPa，套壓20.8 MPa，日注水4.0 m3，日均欠注16.0 m3。為補充區域地層能量，提高水驅開發效果，采用新研發的增注酸XYLS–1體系對該井實施降壓增注，恢復注水能力。

該井采用泵酸撬進行在線酸化施工，設計酸液10 m3，將酸液與注入水按照1∶1比例泵注，泵注酸液排量為1.2 m3/h，泵注清水流量為1.2 m3/h，施工過程中壓力先由17 MPa上升至21 MPa，然后降至16.6 MPa，實際注酸10.0 m3，注水9.7 m3。酸液泵注結束后不停注、不返排，繼續注水。現場施工曲線如圖1所示。該井措施后，注水油壓為16.6 MPa，壓力下降4.2 MPa，實際注水為20.0 m3/d，增注16.0 m3，現場達到配注要求。現場實施后6個月累計注入3.49×10 m3，平均日注入19.4 m3，注入效果良好。

圖1 永X井在線酸化施工曲線

4 結論

（1）研制的注水井在線酸化體系增注酸XYLS–1具有良好的緩速和緩蝕作用，60 ℃下，反應4 h，增注酸XYLS–1溶蝕率為31.79%，對N80鋼材的腐蝕速率為0.6381g/（m2·h），遠小于行業一級標準3g/（m2·h）。

（2）新型增注酸XYLS–1體系具有良好的二次、三次沉淀抑制性能。對CaF2、Na3AlF6、 Na2SiF6、Fe（OH）3等沉淀的抑制率均大于84%，巖心流動實驗效果良好。

（3）新型增注酸XYLS–1體系對延長油田長6儲層高壓欠注井在線酸化后，注水壓力下降4.2 MPa，日注水量增加16 m3，達到配注要求，降壓增注效果顯著，且酸化后無需返排，簡化了施工工序。