延長油田注水井緩速酸配方體系研究

周 凱，陳西泮，宋珈萱

（1.長安大學地球科學與資源學院，陜西 西安 710061；2.延長油田股份有限公司勘探部，陜西 延安 716000；3.陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院，陜西 西安 710075）

緩速酸酸化技術是指通過降低酸巖的反應速率，增加反應時間，有效地擴大酸的穿透距離，最終酸化深層，提高酸化效果的技術。緩速酸酸化技術研究對于提升含油巖心滲透率進而提高油層采收率具有重要的意義，近5年來，許多油田科研人員針對緩速酸酸化技術與緩速酸配方等相關領域開展了大量的研究工作。Sayed M提出了一種新型的緩速酸體系，用于高溫碳酸鹽巖油藏的增產。所提出的技術減少了系統中的游離水，從而防止了酸的完全分解。通過在另一種易溶于酸的有機化合物存在下設計酸配方，成功地降低了酸系統中的游離水。在哈薩克斯坦西部前里海和曼格斯套含油省份的碳酸鹽巖油田鉆探中運用了新型單相緩速酸體系，有效克服了常規(guī)酸體系在基質酸化和酸壓的效果的缺陷，實現了產能指數（PI）的持續(xù)提高。有研究了一種新型陽離子gemini表面活性劑在HF/HCl泥漿酸體系砂巖酸化中的緩蝕性能。采用30.48 cm長、粘土含量非常高的Scito砂巖巖心進行了巖心驅油試驗。在此基礎上，利用校正后的模型預測了新型表面活性劑對鉆井液酸滲透和提高滲透率的影響。有提出了2種新的醇基緩速酸體系（re1，re2），對氣井進行基質酸化處理，消除近井滲透率損害（地層損害）。本工作涉及在氣田酸化作業(yè)中使用一些醇組分作為緩凝劑，以降低酸對碳酸鈣（白云石MgCa（CO））的溶解速率。對山西臨汾區(qū)塊8口井的實驗礦泥樣品進行了X射線衍射分析，發(fā)現堵塞物的主要礦物成分是一種能與酸發(fā)生反應的礦物。采用西南固體酸和土壤酸配方測定了堵塞物的溶解速率和腐蝕速率。通過對實驗結果的比較，找出了西南固體酸的優(yōu)點和可用性。通過大量試驗，篩選出性能優(yōu)良、經濟有效的緩速酸液配方。

延長油田儲層中部深度2 265 m，有效孔隙度14.5%，氣體滲透率5.2×10μm，溫度90 ℃說明該油田是典型的低孔、特低滲、低豐度儲層。傳統的酸化方法酸巖反應速度快，滲透距離短，效果差。為了兼顧酸化目標明確、成本低的優(yōu)點，同時避免上述缺點，有必要開展緩速酸化技術研究，優(yōu)化相關配方，針對延長油田儲層物性差、滲透率低、吸水能力弱的特點，探索新的降壓增注途徑。該體系能擴大酸的作用范圍，降低近井區(qū)壓力，提高注水效果。

1 緩速酸配方研究

1.1 主劑的確定

通過測定酸與天然巖心粉反應過程中pH值的變化，觀察氫離子隨時間的衰減規(guī)律，計算儲層溫度下的反應速率，評價該藥劑的緩酸化效果。90 ℃下pH值的測定結果指出草酸、氨基磺酸、氫氟酸、氟硼酸、泥酸等具有較強的酸性和一定的緩蝕作用，所有的反應都能持續(xù)8 h以上。

在儲層溫度下，通過測定不同反應時間的酸對芯粉的腐蝕率，可以確定增滲效果。結果表明：6種酸在反應8 h后腐蝕率較高，由大到小依次為：泥酸、鹽酸、氫氟酸、氯乙酸、氟硼酸、氨基磺酸。另外，醋酸對鐵試劑的形成有很好的穩(wěn)定作用，可以適當地加入到主劑中。

根據不同酸在天然芯粉上的反應結果，消除了乙二胺四乙酸、癸二酸、苯甲酸和硼酸的超低溶解性，使pH值在短時間內迅速升高，緩凝效果差；磷酸和多磷酸因吸收嚴重而廢棄；甲酸甲酯和醋酸甲酯在儲層條件下水解酸性較弱，不能產生理想的腐蝕性，因此被廢棄；氯乙酸本身的刺鼻氣味和不良的延緩作用使其得以消除。因此，選擇鹽酸、氫氟酸、氨基磺酸、氟硼酸和乙酸作為復配劑的可選酸。采用復配酸進行腐蝕實驗，可確定各酸的濃度。表1為90 ℃以下不同酸的腐蝕率。

表1 不同酸對天然巖心的腐蝕率Tab.1 Corrosion rates of different acids on natural cores

由表1和圖1可知，腐蝕率隨酸濃度的增加而增加，當酸濃度超過一定值后，腐蝕率的增加趨勢變緩。綜合考慮天然巖心的腐蝕率、酸液的溶解性、酸值、試劑成本等多因素，主劑的最終組成為：1%醋酸+2%磺胺酸+3%氟硼酸+0.8%氫氟酸+4.2%鹽酸。

圖1 不同酸對天然巖心的腐蝕比曲線Fig.1 Corrosion ratio curves of different acids on natural cores

1.2 緩蝕劑的研制

緩蝕劑作為酸化劑，可以延緩酸巖反應速率。通過測定反應48 h后pH值的變化，確定相同濃度的表面活性劑在酸液中的緩蝕效果，從而篩選出該配 方的最佳緩蝕劑，如表2所示。

表2 加入表面活性劑后，天然巖心粉上酸液的pH值變化Tab.2 Change of pH value of acid on natural core powder after adding surfactant

由表2可知，幾乎所有的表面活性劑都有一定的緩凝作用。而AJF和SZM 2種酸液pH值增長相對較慢。因此，選擇這2種表面活性劑復配，最終配方為：0.4%AJF+0.6%SZM。分別對緩速酸和非緩速酸的氫離子濃度下降趨勢進行了比較，結果如圖2所示。

圖2 緩蝕劑對酸液反應速率的影響Fig.2 The effect of corrosion inhibitor on acid reaction rate

1.3 緩速酸配方的測定

通過主劑、阻垢離子抑制劑、增滲劑、粘土穩(wěn)定劑、阻聚劑、緩蝕劑的復配、篩選和優(yōu)化，研制出一種適合高溫環(huán)境的綜合性能良好的緩堵劑配方。該緩蝕劑的組成為：1.0%醋酸+2.0%磺胺酸+3.0%氟硼酸+0.8%氫氟酸+4.2%鹽酸+3.0%緩蝕劑+1.0%粘土穩(wěn)定劑+0.4%增滲劑+3.0%成垢離子抑制劑。該配方具有以下特點：

（1）酸巖反應速度慢，緩凝能力強，可實現深部解堵；

（2）配伍性好，能消除地層中硅質、鐵質、鈣質、沉淀物和沉淀細菌引起的腐蝕產物堵塞；

（3）對鈣、鐵等結垢離子有很強的穩(wěn)定性，適應性強，特別是在酸敏性地層中；

（4）良好的保護效果能有效抑制粘土顆粒的膨脹和遷移；

（5）緩蝕性能好，緩蝕酸在90 ℃時對標準N80鋼板的腐蝕速率為0.488 g/m·h，能有效保護井下設備；

（6）酸化后增產穩(wěn)產有效期較長。

1.4 緩速酸注入速率的優(yōu)化

為保證酸化作業(yè)效果，延長酸化有效期，為現場施工提供必要的依據，優(yōu)化緩速酸注入量。延長油田天然巖心儲層在不同注入速率下注入緩速酸，通過測定不同注入速率下注入酸后滲透率的增加，優(yōu)選出最佳注入速率。

實驗方法。實驗步驟如下：

（1）經過12 h的地層水對巖樣飽和處理，測定延長油田儲層巖心孔隙體積；

（2）分別向酸化實驗裝置中部注入地層水、緩凝酸溶液；

（3）將巖樣放入巖心夾持器中，確保巖樣中溶液流動方向與氣體流動方向一致；

（4）緩慢添加圍壓，驅替過程中保持圍壓比巖心上游壓力至少大1.5～2.0 MPa；

（5）開啟堆芯固定器閥端部的進口，以0.50 mL/min的速度向天然巖心注入地層水；

（6）按既定的時間間隔測量壓力和流量，待流量穩(wěn)定后，記錄試驗數據，計算天然巖心的原始滲透率1；

（7）以0.10、0.25、0.50、0.75、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0 mL/min的速率向天然巖心中注入1.0 PV緩速酸；

（8）將注入緩速酸的天然巖芯置于60 ℃的箱內持續(xù)48 h；

（9）重復步驟（5）和步驟（6），計算酸化后巖心的自然滲透率；

（10）計算天然巖心的滲透率，增加天然巖心的滲透率。

1.5 實驗數據與分析

注入1.0 PV緩速酸溶液在儲層溫度反應48 h后的滲透率大小隨注入液速度的變化如圖3所示，滲透率增幅先增大后減小。當注入速度在1.5～2.0 mL/min時，滲透率增長率達到最大值，注入速度在1.5 mL/min時，滲透率增長率為86.26%，因此酸液注入速度可達到1.5 mL/min。

圖3 不同注入速度對滲透率的影響Fig.3 The effect of different injection rates on permeability

2 巖心驅油試驗評價

2.1 實驗原理

采用延長油田天然巖心在模擬地層條件下對巖心緩速酸驅油試驗，改善酸液性能，調整配方。通過比較緩速酸與傳統酸對天然巖心的增滲效果，評價了動態(tài)條件下緩速酸的驅油效果。

2.2 實驗方法

實驗步驟如下：

（1）沿延長油田天然巖心地層方向鉆取長8 cm、直徑2.5 cm的圓柱體巖心樣品，然后清洗、干燥；

（2）巖心孔隙度測量；

（3）把巖心放進90 ℃孵育至恒重后，用鹽度為6 778 mg/L的模擬地層水測定初始水相滲透率（）；

（4）向巖心注入1.5 PV配制的緩速酸液，排量1 mL/min；

（5）用模擬地層水，控制反應時間條件變量，測定巖心酸化水相滲透率；

（6）使用傳統泥酸替代緩速酸，重復步驟（1）至（5）；

（7）計算滲透率提高率如下：

式中：為滲透率增長率；為初始滲透率，單位：10μm；為酸化滲透率，單位：10μm。

在模擬地層條件下，這2種酸的滲透率改善率如表3和表4所示。

表3 緩速酸滲透率增長率Tab.3 Increasing rate of slow acid permeability

表4 傳統泥漿酸的滲透率增長率Tab.4 Permeability increase rate of traditional mud acid

由圖4可知，緩速酸液的滲透率改善率隨時間的增加而增加。傳統的泥酸反應速率較高，反應時間均不超過4 h，而緩速酸具有較好的緩速效果（反應時間均在24 h以上），具有較高的增滲率。與泥酸相比，該配方具有更好的緩酸化效果。

圖4 酸化液對天然巖心的滲透率增長率Fig.4 Permeability increase rate of acidified liquid to natural core

3 結語

（1）緩速酸為橙色均勻液體，具有良好的粘土穩(wěn)定性和鐵離子穩(wěn)定性；

（2）優(yōu)選的緩蝕劑能有效降低酸巖反應速率，達到深度酸化的目的；

（3）緩速酸液能明顯減少對井下設備的腐蝕；

（4）天然巖心驅油試驗結果表明，酸化液對齊家北天然巖心48 h后的滲透率增長率為22.20%。緩速酸配方體系具有較好的酸化增滲效果。