淺談酸壓施工中增加酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的化學(xué)物質(zhì)與技術(shù)

孫秀芳

（東營(yíng)職業(yè)學(xué)院，山東 東營(yíng) 257091）

淺談酸壓施工中增加酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的化學(xué)物質(zhì)與技術(shù)

孫秀芳

（東營(yíng)職業(yè)學(xué)院，山東 東營(yíng) 257091）

在酸壓施工過(guò)程中，通過(guò)膠凝酸（稠化酸）、變粘酸、乳化酸、粘彈性表面活性劑自轉(zhuǎn)向酸液體系增加酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，在不同的碳酸鹽巖儲(chǔ)層中起到了增加酸蝕裂縫的穿透深度的作用，達(dá)到了油氣田增產(chǎn)的目的。

膠凝酸（稠化酸）；變粘酸；乳化酸；粘彈性表面活性劑自轉(zhuǎn)向酸液體系

酸化壓裂是油氣田增產(chǎn)的主要措施之一，對(duì)有效的酸壓施工來(lái)說(shuō)，酸壓形成的裂縫壁面必須是充分刻蝕的，在施工結(jié)束以后仍能保持其導(dǎo)流通道?？涛g的裂縫的導(dǎo)流能力受溶解的物質(zhì)的量所影響。如果裂縫面是均勻刻蝕的，那么，在裂縫閉合以后，裂縫的導(dǎo)流能力是非常低的。

在酸壓施工過(guò)程中，研制各種酸液體系主要目的有：減緩酸巖反應(yīng)速率；提高酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力；控制酸液的濾失。為了獲得最大的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，已經(jīng)研究了多項(xiàng)技術(shù)。其中，前置液酸壓是其中重要的技術(shù)之一。復(fù)合酸壓也是目前在開(kāi)發(fā)研究的主要技術(shù)，通過(guò)在施工快結(jié)束時(shí)，在酸液中加入支撐劑，將近井地帶很好地支撐，可以大幅度地提高裂縫的導(dǎo)流能力。增加酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的化學(xué)物質(zhì)及技術(shù)如下：

一、利用稠化酸(膠凝酸)增加酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

稠化酸是指在酸液中加入非交聯(lián)的酸用稠化劑以提高酸液粘度的酸液體系。稠化酸的最佳粘度為30～40mPa.s。稠化酸摩阻較小,一般為清水的60%。在稠化酸中若加人降阻劑,摩阻可降到清水的30%～40%。其作用機(jī)理是降濾失和緩速,屬于后期濾失控制。酸蝕縫長(zhǎng) 20～50m。稠化酸一般適用于中高滲儲(chǔ)層,在低滲及返排困難的儲(chǔ)層使用稠化酸要慎重。國(guó)內(nèi)主要在四川、長(zhǎng)慶和塔河進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用,取得了較好的增產(chǎn)效果。

國(guó)內(nèi)頓金婷等［1］人在對(duì)國(guó)外碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸壓工藝技術(shù)調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合陜北的地質(zhì)情況及地質(zhì)研究成果，室內(nèi)開(kāi)展了一系列的研究，針對(duì)陜北探區(qū)富古一井的碳酸鹽巖儲(chǔ)層改造特點(diǎn)，研制了以稠化酸為主的新型酸液配方體系。該稠化酸主要由稠化劑、高溫緩蝕劑、助排劑、穩(wěn)定劑、活性劑和工業(yè)鹽酸配制而成。該稠化酸在不同溫度條件下，1～1.5%的ZJ-1稠化劑在20%的鹽酸中配成的稠化酸的粘溫特性見(jiàn)表1所示。

表1 文獻(xiàn)報(bào)道的稠化酸粘溫特性表

新疆西北石油局監(jiān)理中心的滿江紅［2］報(bào)道了深井碳酸鹽巖儲(chǔ)層高濃度膠凝酸酸液體系的研究情況，在該文獻(xiàn)中，滿江紅介紹了兩種膠凝酸體系，這兩種膠凝酸的粘度測(cè)定結(jié)果如表2所示。

表2 文獻(xiàn)報(bào)道的膠凝酸粘度測(cè)定結(jié)果

從表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以看出，膠凝劑HB-2和膠凝劑GH-1配制的膠凝酸在較低的溫度下具有比較高的粘度。

利用膠凝劑GH-1、再配合其他的添加劑如緩蝕劑、破乳劑、鐵離子穩(wěn)定劑、助排劑和粘土穩(wěn)定劑配制成成品膠凝酸體系以后，評(píng)價(jià)測(cè)試了該膠凝酸體系的性能，測(cè)試結(jié)果如表3所示。該酸液在西北石油局TK426、TK315等油井得到了應(yīng)用，取得了比較好的現(xiàn)場(chǎng)施工效果。

表3 文獻(xiàn)報(bào)道的配方酸液的綜合性能

Lewis R.Norman［3］報(bào)導(dǎo)了他們開(kāi)發(fā)的一種新型的膠凝酸體系，Lewis R.Norman將1.5%的膠凝劑在15%的鹽酸中構(gòu)成膠凝酸體系，這種膠凝酸體系在121℃、100s-1的條件下，粘度仍然超過(guò)60mPa.s。溫度降低以后，該膠凝酸體系的恢復(fù)性能良好。黃原膠、瓜膠和羧甲基乙基纖維素在15%的鹽酸中的性能比該膠凝劑的性能差得多。該膠凝劑在不同的使用濃度條件下，基本可以滿足從常溫到高溫油藏的酸壓施工要求。

另外，Avtar S.Pabley［4,5,6,7］在文獻(xiàn)中也報(bào)導(dǎo)了交聯(lián)鹽酸的研制和應(yīng)用情況，他們研制的這種交聯(lián)鹽酸具有粘度高、濾失量小等優(yōu)點(diǎn)。

De Rozieres［8］比較了純酸、膠凝酸和乳化酸的延遲效應(yīng)對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力、穿透深度和產(chǎn)量的影響。對(duì)于酸量基本相同的不同的純酸、膠凝酸和乳化酸，通過(guò)試驗(yàn)確定的三種不同酸液的穿透深度為：乳化酸穿透深度為1100ft；膠凝酸為800ft；純酸為600ft。

二、利用變粘酸增加酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

長(zhǎng)慶石油勘探局井下技術(shù)作業(yè)處的文化武［9］等報(bào)導(dǎo)了變粘酸酸壓在長(zhǎng)慶油田的施工應(yīng)用和配方研制情況。變粘酸主要有酸液、酸液增稠劑、降濾劑、鐵離子穩(wěn)定劑、緩蝕劑、助排劑等添加劑組份構(gòu)成。當(dāng)變粘酸注入到地層以后，可以與儲(chǔ)層中的灰?guī)r、白云巖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成酸蝕通道。由于酸液的反應(yīng)和消耗使得變粘酸液體的pH值升高，當(dāng)pH值達(dá)到2.0～4.0的范圍內(nèi)時(shí)，酸液的粘度劇增，堵塞酸蝕孔道、減少液體濾失，活性酸可以沿裂縫延伸和裂縫作用，而不再形成酸蝕孔道，從而增加酸蝕作用距離。隨著酸巖反應(yīng)的進(jìn)行，酸液漸漸反應(yīng)，酸液體系的pH值不斷升高，當(dāng)pH值高于4.0時(shí)，這種體系開(kāi)始破膠，結(jié)果，粘度就會(huì)降低到原始稠化酸基液的粘度。文化武等報(bào)導(dǎo)的這種變粘酸在pH值2.0～4.0的范圍內(nèi)，變粘酸的粘度可以增加到一般膠凝酸的2倍，殘酸粘度可以降低到10mPa.s。該變粘酸體系在G34-12、G17-8、G18-6三口油井上面進(jìn)行了試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)取得了一些認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)認(rèn)為，該變粘酸體系在低環(huán)境溫度條件下不宜施工和操作。

D.J.White,B.A.Holms［10］報(bào)導(dǎo)了變粘酸體系的研制和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，該變粘酸在開(kāi)始時(shí)具有比較低的粘度和摩阻，現(xiàn)場(chǎng)施工操作方便。隨著酸液與巖石反應(yīng)的進(jìn)行，酸液的pH值逐漸升高，酸液的粘度由開(kāi)始時(shí)的30mPa.s（170s-1）左右上升到1000mPa.s（170s-1）左右，這樣變粘酸體系由于粘度的升高，可以封堵濾失的縫洞，從而達(dá)到降低酸液濾失的目的。隨著酸巖的進(jìn)一步反應(yīng)，酸液的pH值進(jìn)一步升高，酸液的粘度又降低下來(lái)，以利于殘酸返排出地層。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，該變粘酸體系，可以大大降低酸液的濾失，提高酸液的穿透深度和酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力。根據(jù)在 North Dakota州（北達(dá)科他州）Mission Canyon carbonate formation（團(tuán)峽谷碳酸鹽形成）的應(yīng)用證明，該變粘酸可以大幅度地降低酸液的濾失、提高酸液的穿透深度和提高酸壓的施工效果。Taylor.K.C.and Nasr-EL-Din.H.A.［11］報(bào)導(dǎo)了相近的研究成果。

三、利用乳化酸增加酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

根據(jù)室內(nèi)研究和試驗(yàn)，乳化酸在降低酸巖反應(yīng)速度、降低酸液的濾失和提高裂縫穿透深度方面具有比較大的優(yōu)勢(shì)。R.C.Navarrete［12］報(bào)導(dǎo)了他們關(guān)于乳化酸的研究成果，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)該乳化酸進(jìn)行了流變性測(cè)試和酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的測(cè)試，同時(shí)，利用該乳化酸體系在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行推廣試驗(yàn)并取得了理想的試驗(yàn)效果。通過(guò)推廣試驗(yàn)，他們認(rèn)為：這種乳化酸體系在121℃～177℃溫度范圍內(nèi)能夠具比較好的穩(wěn)定性，該乳化酸在高閉合應(yīng)力條件下能夠產(chǎn)生比普通酸更高的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，在121℃～177℃溫度范圍內(nèi)，該乳化酸延緩反應(yīng)速度方面是普通酸的14～19倍，根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用證明，該乳化酸的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力是普通酸的2～6倍。

四、利用粘彈性表面活性劑自轉(zhuǎn)向酸液體系增加酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

人們?cè)诓粩噙M(jìn)行新型酸液研究的同時(shí)，也對(duì)酸液的化學(xué)置放技術(shù)、酸液的轉(zhuǎn)向和酸液的降濾技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，Alan Saxon［13］介紹了碳酸鹽巖油藏酸化過(guò)程中的酸液轉(zhuǎn)向技術(shù)。在該文獻(xiàn)中，他們介紹了顆粒狀轉(zhuǎn)向劑、泡沫分流轉(zhuǎn)向劑、膠凝酸轉(zhuǎn)向技術(shù)及連續(xù)油管的混合應(yīng)用技術(shù)，并且將該技術(shù)在Abdel Rahman（阿卜杜勒拉赫曼）油田進(jìn)行了推廣應(yīng)用。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了較好的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果。

Diedre Taylor［14］等人研制了粘彈性表面活性劑（VES）自轉(zhuǎn)向酸液體系，并且在室內(nèi)評(píng)價(jià)了該酸液體系的性能。

圖1 VES自轉(zhuǎn)向酸在15%的鹽酸中粘度隨酸消耗速度的變化曲線

從圖1中我們可以看出，VES自轉(zhuǎn)向酸的粘度隨著酸液濃度的消耗，酸液的粘度在逐漸上升，當(dāng)酸液的消耗量達(dá)到11.5%左右時(shí)，酸液的粘度達(dá)到最高，在170s-1的條件下，粘度達(dá)到270mPa.s左右。隨著酸液最初濃度的升高，酸液的粘度升高幅度變得越來(lái)越小。

圖2 VES自轉(zhuǎn)向酸在20%的鹽酸中粘度隨酸消耗速度的變化曲線

從圖2中我們可以看出，在20%的鹽酸中，酸液的粘度隨酸的消耗，其粘度的變化規(guī)律與15%的鹽酸中的變化規(guī)律基本相同，但粘度的最高增加值變小。

該VES自轉(zhuǎn)向酸在油藏中，遇到原油以后，粘度可以快速降低，從而達(dá)到粘度降低返排徹底的效果。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)的評(píng)價(jià)結(jié)果，Diedre Taylor等人在現(xiàn)場(chǎng)施工了8口井，8口油井累計(jì)提高產(chǎn)量53%以上，取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)增油效果。

［1］頓金婷，等.一種新型碳酸鹽巖酸化技術(shù)-稠化酸酸化［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2001，27（2）：141-142.

［2］滿江紅.深井碳酸鹽巖儲(chǔ)層高濃度膠凝酸酸液體系研究［J］.新疆石油科技，2002，12（2）：43-46.

［3］Lewis R.Norman.Temperature-Stable Acid-Gelling Polymer［J］.Laboratory Evaluation and Field Results. Journal of Petroleum Technology,1984.

［4］Pabley,A.S.and Holcomb,D.L.A New Stimulation Technique：High Strength Crosslinked Acid. SPE9241 presented at the 1980 SPE Annual Technical Conference and Exhibition［C］.Dallas,Sept.21-24

［5］Pabley,A.S,Holcomb,D.L.A New Method of Acidizing or Acid Fracturing：Crosslinked Acid Gels.Paper presented at the 27th Southwestern Petroleum Short Course［C］.Texas Tech.U.,Lubbock,1980：17-18.

［6］Pabley,A.S,Holcomb,D.L.：Crosslinked Acid Gels Offer Advantages［J］.Oil and Gas Journal.1983,28(9)：286-291.

［7］Pabley,A.S,Holcomb,D.L.Crosslinked High-Strength Hydrochloric Acid GelSystem-Rocky Mountain Case Histories［J］.1983.

［8］De Rozieres.Measuring Diffusion Coefficients in Acid Fracturing Fluids and Their Application to Gelled and Emulsified Acids［J］.Paper28552-MS,presented at the SPE AnnualTechnicalConference and Exhibition,25-28 September 1994,New Orleans,Louisiana.

［9］文化武，等.變粘酸酸壓的工作原理及在長(zhǎng)慶油田的應(yīng)用［J］.低滲透油氣田，2002，7（1）：24-28.

［10］D.J.White,B.A.Holms.Using a Unique Acid-Fracturing Fluid to Control Fluid Loss Improves Stimulation Results in Carbonate Formations［J］.SPE24009.

［11］Taylor,K.C,Nasr-El-Din,H.A.Laboratory Evaluation of In-Situ Gelled Acids.

for Carbonate Reservoirs［J］.SPE71694,U.S.A.2001, Sept30-Oct3.

［12］R.C.Navarrete.Emulsified Acid Enhances Well Production in High-Temperature Carbonate Formatioms［J］. SPE50612.

［13］Alan Saxon.An Effective Matrix Diversion Technique for Carbonate Formations. SPE Drill. & Completion,2000,15（1）.

［14］Diedre Taylor,P.Santhana Kumar.Viscoelastic Surfactant Based Self-Diverting Acid for Enhanced Stimulation in Carbonate Reservoirs［J］.Paper SPE82263.

TQ047

A

1008—3340（2010）01—0068—03

2009-12-27

孫秀芳（1964-），女，東營(yíng)市廣饒縣人，東營(yíng)職業(yè)學(xué)院講師，理學(xué)碩士。