低摩阻膠凝劑的制備及現場應用

＊肖魏媛 王彬 劉暢 潘錚 張其平 吳家林

（四川省威沃敦化工有限公司 四川 618304）

1.前言

膠凝酸是一種常見的碳酸鹽巖增產技術手段，通過酸巖反應，形成酸蝕裂縫，起到改造儲層，建立復雜網狀裂縫的目的，而碳酸鹽巖儲層的地質條件、儲層構造決定了采取何種酸化工作液以及工藝手段，才能進行經濟、合理、有效的儲層增產改造，建立生產通道[1-4]。

近年來，隨著我國油氣資源戰略方針的調整，將油氣資源勘探開發的重心從東部油氣區逐漸向西部油氣區轉移，碳酸鹽巖油氣藏的勘探開發得到重視，深層海相碳酸鹽巖得到一系列的發展和突破，在我國塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地、渤海灣盆地發現多個碳酸鹽巖油氣田，我國的海相碳酸鹽巖層系油氣資源已經大于300億噸油當量。據研究，我國的海相碳酸鹽巖儲層具有分布廣、時代老、儲層埋藏深、溫度高，巖性致密化程度高等特點[5-7]，在面對海相碳酸鹽巖儲層進行酸化壓裂改造時，由于其地質特點，如何獲得更長的酸蝕裂縫和更高的裂縫導流能力，是海相碳酸鹽巖酸壓施工工藝與酸化工作液協同作用解決的技術難點。

我國典型的海相碳酸鹽巖儲層一般埋藏深度大于3000m，井溫一般為120℃～140℃，壓力一般為45～65MPa，對該類儲層進行酸壓施工時，由于施工的摩阻高，井口壓力大，導致施工排量受限，無法增大泵注排量施工，使得泵注的酸化工作液無法進入地層遠端，影響酸蝕縫長。因此，一種低摩阻膠凝劑配制的膠凝酸工作液，在施工過程中能夠顯著降低施工的管路摩擦阻力，減小泵注設備的壓力，對高排量酸壓施工具有十分顯著的改善作用[8-11]。

2.實驗部分

(1)實驗材料

本文涉及的實驗材料主要有丙烯酰胺（AM）、工業級，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）、工業級，N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、工業級，白油、工業級，失水山梨醇油酸酯（Span80）、工業級，過硫酸銨、分析純，亞硫酸氫鈉、分析純，乙二胺四乙酸、分析純，濃鹽酸、工業級，酸化用緩蝕劑WLD31A、四川省威沃敦化工有限公司產品，鐵離子穩定劑WLD28A、四川省威沃敦化工有限公司產品，粘土穩定劑WLD44、四川省威沃敦化工有限公司產品，酸化用助排劑WLD27、四川省威沃敦化工有限公司產品，酸化用轉相劑WLD20、四川省威沃敦化工有限公司產品。

(2)實驗儀器

聚合反應裝置、實驗室自制，HTD-03型六速旋轉粘度計、青島恒泰達機電設備有限公司，HAMZ-V型摩阻測試儀、成都巖心科技有限公司，GWF-4型高溫高壓掛片動態腐蝕儀、海安石油科研儀器有限公司，HH-8型數顯恒溫水浴鍋、常州國華電器有限公司。

(3)低摩阻膠凝劑的制備

按比例稱取Span80溶解于白油中，持續通入氮氣，在攪拌條件下加入預先溶解好的AM、DMC和NVP水溶液，持續攪拌30min進行乳化，隨后按序加入提前預制好的亞硫酸氫鈉溶液、過硫酸銨溶液，升溫至45℃，保持反應3h后得到低摩阻膠凝劑。

(4)膠凝酸工作液的制備

使用合成的低摩阻膠凝劑，配合輔劑制備成具有良好增粘效果的膠凝酸工作液，配制配方為：20%鹽酸+2.5%低摩阻膠凝劑+2.5%酸化用緩蝕劑+1%鐵離子穩定劑+1%粘土穩定劑+1%酸化用助排劑+1%酸化用轉相劑。

3.性能評價

(1)增粘性能

合成的低摩阻膠凝劑具有明顯的增稠作用，且通過改變膠凝劑的加量能夠線性調節膠凝酸的表觀粘度，滿足不同井況、儲層的改造要求。不同低摩阻膠凝劑加量的膠凝酸工作液粘度如下表1所示。

表1 不同低摩阻膠凝劑加量膠凝酸的粘度

(2)耐溫性能

將配制好的膠凝酸使用高溫高壓掛片動態腐蝕儀進行老化，老化溫度為140℃、攪拌速度為60r/min，測試不同老化時間后老膠凝酸的表觀粘度，其測試數據如圖1所示。

圖1 膠凝酸耐溫能力

結果表明，膠凝酸工作液在140℃條件下老化1h，粘度保持率為80%，老化2h后粘度保持率為56%，該溫度下膠凝酸在2h內具有良好的耐溫性能，隨著時間的延長，膠凝酸的粘度衰減較大，在老化3h、4h后粘度衰減率分別為76%和84%。

(3)減阻能力

對制得的低摩阻膠凝劑配制成水溶液，采用管路摩阻測試儀模擬井下管柱的流動情況，測試降阻率，其數據如下圖2所示，測試配方為：2.5%低摩阻膠凝劑+1%酸化用轉相劑+96.5%清水。

圖2 低摩阻膠凝劑的降阻率曲線

在A點前為清水的基準降阻率，在A點時加入酸化用轉相劑和低摩阻膠凝劑，結果表明，膠凝劑在30s內在管路中溶解分散完全，在50s內降阻率達到最大值，平均降阻率為75.17%，低摩阻膠凝劑能夠明顯降低酸化壓裂施工的管路摩阻，減小井口泵壓，減輕設備壓力，進而提高酸化施工排量，提升酸壓的增產改造效果。

(4)膠凝酸緩蝕能力評價

對膠凝酸工作液采用高溫高壓掛片動態腐蝕儀進行140℃條件下腐蝕速率測試，測試條件為：溫度140℃、壓力16MPa、攪拌速度60r/min、時間4h，腐蝕速率測試數據如下表2所示，N80鋼片經140℃腐蝕測試后的外觀如下圖3所示。

表2 N80鋼片在膠凝酸工作液140℃的腐蝕速率

續表

圖3 N80鋼片經140℃腐蝕測試后外觀

結果表明，經腐蝕測試后的N80鋼片表明光潔平整，無點蝕孔洞出現，該膠凝酸工作液配方在140℃條件下具有良好的防管柱腐蝕的作用，對酸壓施工設備的保護效果是有力的。

4.現場應用

使用本文合成的低摩阻膠凝劑及相關產品，配制的膠凝酸酸化工作液已成功應用于四川盆地川中、川南等碳酸鹽巖油氣田區塊，且取得了較好的酸化增產改造效果，后期求產取得較好的產氣量。

圖4 XX3-井酸化施工曲線

圖5 XX4-井酸化施工曲線

XX3井與XX4井的地質構造、施工數據、產氣量數據如 表3所示。

表3 XX3井、XX4井地質結構、施工數據

5.結論

（1）本文合成的反相乳液型低摩阻膠凝劑能夠有效降低管路摩阻，降阻率達75.17%，作為酸液稠化劑使用具有減小施工泵壓的、提升施工排量的現實意義。

（2）使用低摩阻膠凝劑復配輔劑制得的膠凝酸工作液，耐溫能力良好，在140℃老化2h后粘度保持率為56%，滿足酸化施工要求，同時140℃下腐蝕速率僅為29.0739 g/（m2·h），對井下管道的腐蝕影響小，該膠凝酸工作液更綠色、安全。

（3）膠凝酸工作液產品性能穩定，目前在四川川中、川南碳酸鹽巖油氣礦區的井次成功應用，并取得較好的施工以及儲層改造效果，以XX3井和XX4井為例，使用本文辦法配制的膠凝酸工作液，各自取得了145m3/d、205m3/d的產量量，增產改造效果顯著，目前我國頁巖氣的大量探明和開采，海相碳酸鹽巖的增產改造，膠凝酸具有很好的應用前景。