LH油田酸化解堵配方體系優(yōu)選

楊 雪，曾 勇

［1.荊州學(xué)院（原長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院），湖北荊州 434023；2.川慶鉆探長慶固井公司，陜西西安 710000］

酸化解堵是砂巖儲層解除井底污染、實現(xiàn)增產(chǎn)增注的主要手段之一[1–2]。利用酸液溶蝕巖石孔隙內(nèi)堵塞物以及部分礦物成分，改善巖石孔隙的連通性，達(dá)到提高產(chǎn)能的目的[3–5]。然而，儲層內(nèi)酸化反應(yīng)復(fù)雜，不同礦物成分與酸的反應(yīng)程度不一致，采用籠統(tǒng)酸化無法達(dá)到預(yù)期改造效果且可能對儲層造成傷害。因此，匹配不同的儲層特征，優(yōu)選適用性好的酸液體系是提高酸化改造效果的關(guān)鍵[6~7]。

本文研究的LH油田，屬于低孔中低滲儲層，地質(zhì)儲量大，但儲層受污染嚴(yán)重，表皮系數(shù)達(dá)32.5，前期采出程度僅4.1%。為提高儲層動用程度，開展了儲層傷害機理研究，明確了造成傷害的主要原因，結(jié)合儲層物性特征，通過室內(nèi)實驗評價優(yōu)選了最適合的酸液體系并進行現(xiàn)場應(yīng)用，取得較好改造效果，為同區(qū)塊或同類型儲層實現(xiàn)酸化增產(chǎn)提供借鑒。

1 LH油田物性特征與酸液選擇原則

1.1 儲層物性特征

LH油田巖石礦物以石英、長石為主，但泥質(zhì)含量高，為灰質(zhì)粉-細(xì)砂巖，且?guī)r心結(jié)構(gòu)較疏松。儲層溫度達(dá)117.8℃，地層水型為CaCl2型，礦化度為11 674mg/L。儲層前期敏感性評價結(jié)果表明：儲層弱水敏性、無堿敏性，鹽酸敏感性弱，但對土酸敏感性表現(xiàn)為中等偏強，主要由于巖石中方解石等含鈣質(zhì)礦物較多，與土酸中的HF反應(yīng)產(chǎn)生CaF2沉淀造成二次堵塞，因此，常規(guī)土酸酸化體系不適用。

1.2 酸液體系選擇原則

結(jié)合儲層特征分析與巖心敏感性評價，儲層優(yōu)選酸液體系時應(yīng)注意以下幾點：

（1）儲層溫度較高，酸液與巖石礦物反應(yīng)速度快，進行室內(nèi)評價時多考慮溫度對反應(yīng)速度的影響。

（2）巖石對HF敏感性較強，且HF易造成巖石骨架松散強度降低，酸化后存在出砂風(fēng)險，因此，不能采用含HF的酸液體系，但必須具有溶解鈣質(zhì)以及泥質(zhì)的能力。

（3）儲層污染較嚴(yán)重，酸液體系在具備較強的酸化解堵能力的同時，具有較大的作用半徑。

基于以上幾點原則，優(yōu)選了氟硼酸HBF4替代常規(guī)HF，主要由于氟硼酸HBF4為四步電離酸，水中發(fā)生四步水解反應(yīng)，水解產(chǎn)生HF，同樣起到溶蝕孔隙內(nèi)雜質(zhì)堵塞的作用。此外，氟硼酸HBF4水解過程導(dǎo)致其與儲層巖石反應(yīng)速度較慢，相比HF，氟硼酸HBF4對巖石骨架破壞小，起到深化緩速的效果，并且提高酸液作用距離，降低儲層二次傷害。但氟硼酸HBF4也屬于強酸，應(yīng)用前仍需要進行前期適應(yīng)性評價。

2 主體酸液體系評價

2.1 酸液體系評價方法

進行酸液體系評價主要分為酸液溶蝕能力評價實驗與巖心流動實驗。

（1）酸液溶蝕能力評價實驗

酸液溶蝕能力實驗是以儲層巖屑、酸液為實驗材料，控制實驗溫度條件測試酸液體系溶蝕前后的巖屑質(zhì)量變化，計算酸液的溶蝕率與溶蝕速率，計算公式如下：

式中：η為溶蝕率，%；G1、G2為溶蝕前后巖屑的質(zhì)量，g。

式中：W為溶蝕速率，g/(mL·h)；V為加入酸液的體積，mL；t為反應(yīng)時間，h。

（2）巖心流動實驗

巖心流動實驗是利用處理后的地層巖心，配制地層水測試滲透率，再利用鉆井液等液體污染后，通入酸液解堵，測試酸化后巖心滲透率，由滲透率的提高表征酸液解除堵塞，改善污染的效果。

2.2 氟硼酸（HBF4）適應(yīng)性評價

前期調(diào)研結(jié)果同樣表明，氟硼酸HBF4化學(xué)反應(yīng)速度較慢，水解生成HF，溶解黏土能力強，因此替代HF效果顯著；此外，氟硼酸HBF4能在黏土表面形成隔離層起到穩(wěn)定黏土的作用，能夠避免儲層微粒運移而堵塞流動通道，提高酸化效果[8]。為評價儲層條件下氟硼酸HBF4的適用性，在90℃溫度下，將10%濃度HCl與不同濃度HF配制常規(guī)土酸溶液，另外與不同濃度的HBF4配制酸液體系，進行巖屑溶蝕率對比實驗研究，溶蝕4h后實驗結(jié)果如表1所示。

表1 土酸與HBF4酸溶蝕率對比

對比不同濃度的HF與氟硼酸HBF4兩種體系酸液的溶蝕率，結(jié)果表明：氟硼酸HBF4的溶蝕率隨濃度的升高而升高，但相比HF的溶蝕率稍低，8% HBF4與1.5% HF的溶蝕率差距較小（僅為0.4%），因此，采用氟硼酸HBF4替代HF適用性較好，改變濃度可達(dá)到相似的溶蝕率。

溶蝕率表征酸液最終溶蝕效果，而溶蝕速率與酸液的作用半徑密切相關(guān)。HF溶蝕速率過快，酸化作用距離短，易造成出井筒周圍儲層砂二次傷害。因此，為評價氟硼酸HBF4的深化緩速效果，模擬儲層90℃溫度條件進行氟硼酸HBF4與HF溶蝕速率對比測試，測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 土酸與HBF4酸溶蝕實驗結(jié)果對比

結(jié)果表明：實驗初期HF已經(jīng)達(dá)到了較高的溶蝕率，接近氟硼酸HBF4溶蝕率的4倍，與巖屑反應(yīng)時間極短，在3h時基本反應(yīng)完全；而氟硼酸HBF4在前8h溶蝕速率較快，23h時才基本反應(yīng)完全，整體溶蝕速率較低；而對比最終溶蝕率，氟硼酸HBF4的溶蝕率與HF酸差異較小，說明其深部緩速效果較好，酸液作用距離較長，且避免了因近井筒儲層巖石劇烈溶蝕作用造成的巖石骨架松散的地層出砂的問題，因此，氟硼酸HBF4能夠較好地替代HF，且對儲層具有較好的適應(yīng)性。

2.3 主體酸液體系優(yōu)選

根據(jù)前期氟硼酸HBF4具有較好的適應(yīng)性測試結(jié)果，針對LH油田采用鹽酸HCl、氟硼酸HBF4以及改性硅酸的主體酸液體系。由于酸液濃度影響巖石溶蝕率且決定了最終酸化解堵效果，為優(yōu)選最合適的酸液體系配方，設(shè)計不同濃度的主體酸液體系的溶蝕實驗，在90℃溫度條件下反應(yīng)4h后測試溶蝕率，測試結(jié)果如表2所示。

表2 主體酸液不同濃度配方溶蝕實驗結(jié)果

實驗結(jié)果表明：酸液體系中添加改性硅酸后溶蝕率明顯提高，其他酸濃度不變的條件下，改性硅酸添加量由30%降低至15%時，酸液溶蝕率降低了接近2.7%；通過提高改性硅酸濃度（15%提高至30%），氟硼酸HBF4濃度10%與8%時，酸液溶蝕率僅相差0.12%，且溶蝕率均大于20%的溶蝕指標(biāo)，因此，從溶蝕率指標(biāo)優(yōu)選10% HCl+15%改性硅酸+10%HBF4與10% HCl+30%改性硅酸+8% HBF4兩種主體酸液體系均可滿足酸化解堵需求，將進一步通過巖心流動實驗篩選出最佳酸液體系。

2.4 酸液解堵效果優(yōu)選

在鉆井、修井過程中大量鉆井液、泥漿等液體注入地層中，即使采取儲層保護措施，仍會污染地層造成堵塞，最直觀表現(xiàn)為滲透率的下降，因此，為優(yōu)選更適合的酸液體系，開展了巖心流動實驗，對比兩種酸液體系的滲透率改善效果。

實驗選取儲層平行樣巖心，滲透率測試分初始滲透率、污染后滲透率以及酸化解堵后滲透率測試三個階段進行，對比兩種酸液體系的滲透率改善效果，實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 兩種酸液體系酸化解堵效果評價

根據(jù)圖2中實驗結(jié)果可以看出，巖心受鉆井液等污染后，滲透率由26.2mD降低至17.2mD，降幅達(dá)35%，說明前期工作液對儲層造成極大的污染。污染后巖心經(jīng)兩種酸液體系酸化解堵后，滲透率大幅提升，說明酸化解堵效果顯著，其中10%HCl+15%改性硅酸+10% HBF4酸液體系酸化解堵后滲透率提高至28.4mD，滲透率恢復(fù)值為108%；10%HCl+30%改性硅酸+8%HBF4酸液體系酸化解堵后滲透率提高至24.7mD，滲透率恢復(fù)值為94%，均有不錯的酸化解堵效果；而氟硼酸HBF4濃度的提升對酸化解堵效果更加明顯，不僅清除了前期工作液造成的堵塞傷害，同時改善了儲層滲流通道，因此，最終優(yōu)選10% HCl+15%改性硅酸+10% HBF4酸液體系作為LH油田主體酸液體系。

2.5 高溫緩蝕劑的優(yōu)選

酸液泵注過程中對地面管線、井筒造成腐蝕，導(dǎo)致金屬強度降低，且反應(yīng)過程中產(chǎn)生的Fe3+離子進入地層產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，因此需要針對優(yōu)選酸液體系進行緩蝕劑優(yōu)選降低腐蝕傷害。

緩蝕劑有GW-1高溫緩蝕劑與LAW高溫緩蝕劑兩種，實驗采用N80鋼材，尺寸為50mm×10mm×3mm，清潔打磨后稱取質(zhì)量后，量取100mL的主體酸液并加入2%的高溫緩蝕劑，置于高溫高壓（90℃、1MPa）動態(tài)腐蝕儀中反應(yīng)4h后取出，清潔表面后稱重并計算腐蝕速率，實驗結(jié)果如表3所示。

表3 緩蝕劑優(yōu)選實驗結(jié)果

實驗結(jié)果表明，90℃高溫條件下，LAW高溫緩蝕劑的緩釋效果明顯，平均腐蝕速率僅為18.59g/(m2h)，遠(yuǎn)小于腐蝕速率70g/(m2h)-1標(biāo)準(zhǔn)，因此，酸液體系優(yōu)選LAW高溫緩蝕劑作為主體酸液的緩蝕劑。

3 主體酸液體系現(xiàn)場應(yīng)用

為檢驗酸液體系的酸化解堵效果，選擇LH13-10a井進行現(xiàn)場酸化實踐。LH13-10a井儲層以灰質(zhì)、泥質(zhì)粉細(xì)砂巖為主，滲透性較差，平均滲透率僅80mD，生產(chǎn)含水率高達(dá)96.7%。使用優(yōu)選的10% HCl+15%改性硅酸+10% HBF4+LAW高溫緩蝕劑體系酸液進行現(xiàn)場實踐，酸化解堵作業(yè)設(shè)計如下表4所示。

表4 緩蝕劑優(yōu)選實驗結(jié)果

LH13-10a井實施酸化解堵工藝后，增產(chǎn)效果顯著，目前累計增油近7 000m3，優(yōu)選的主體酸液體系適用性強，增產(chǎn)效果明顯。

4 結(jié)論

1）針對酸敏性較強的儲層，不適宜使用土酸體系酸化，而氟硼酸HBF4具有較好的適應(yīng)性，深化緩速效果顯著，能有效擴大酸化半徑，避免儲層二次傷害，提高酸化解堵效果。

2）儲層溫度高，酸液體系反應(yīng)快，優(yōu)選的LAW高溫緩蝕劑能有效降低酸液與井筒等金屬反應(yīng)，緩蝕效果較好。

3）添加改性硅酸能有效提高酸液體系的溶蝕率，優(yōu)選的10%HCl+15%改性硅酸+10% HBF4+LAW高溫緩蝕劑對受污染儲層滲透率恢復(fù)達(dá)到108%，清除儲層污染的同時，改善了流體流動通道，優(yōu)選的酸液體系能極大地提高LH油田產(chǎn)能，針對儲層條件相似的油藏具有借鑒意義。