變黏酸破膠性能的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

吳媛媛 何友民 張賀舉 王 均

(1.西南石油大學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610500；2.中石化西南石油局油田工程服務(wù)公司，綿陽 621000；3.中海油能源發(fā)展鉆采工程研究院湛江實(shí)驗(yàn)中心，湛江 524000；4.重慶科技學(xué)院，重慶 401331）

變黏酸破膠性能的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

吳媛媛1何友民2張賀舉3王 均4

(1.西南石油大學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610500；2.中石化西南石油局油田工程服務(wù)公司，綿陽 621000；3.中海油能源發(fā)展鉆采工程研究院湛江實(shí)驗(yàn)中心，湛江 524000；4.重慶科技學(xué)院，重慶 401331）

變黏酸是近年來用于大井段、多層系、非均質(zhì)性強(qiáng)儲(chǔ)層改造的新型轉(zhuǎn)向酸液體系。酸化施工結(jié)束后，為了快速投產(chǎn)以及避免殘酸對(duì)儲(chǔ)層的二次傷害，要求變黏酸必須快速完全破膠。變黏酸殘酸的破膠性能，直接關(guān)系到酸液的返排以及酸化改造效果。室內(nèi)破膠實(shí)驗(yàn)表明：在高剪切速率下，變黏酸中的破膠劑能與殘酸充分接觸，使其能快速、完全地破膠；在低剪切或不剪切的條件下，變黏酸很難在短時(shí)間內(nèi)完全破膠，除非大幅度提高破膠劑（互溶劑或原油）的比例，否則很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的破膠要求。

變黏酸；破膠；性能；實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

通常大家都認(rèn)為，當(dāng)相互纏繞的蠕蟲狀膠束或者三維網(wǎng)狀膠束與地層烴類流體（原油或者凝析油）接觸，雙親表面活性劑的疏水基團(tuán)會(huì)與地層烴類流體結(jié)合，溶解在膠束內(nèi)核中，導(dǎo)致表面活性劑親油基團(tuán)長鏈相互纏繞的作用下降，最終纏繞蠕蟲狀膠束或三維網(wǎng)狀膠束結(jié)構(gòu)破壞，變成無數(shù)個(gè)相互接觸的球型膠束，使得體系粘度降低。此外，當(dāng)變黏酸液遇到大量地層水時(shí)，由于地層水對(duì)纏繞蠕蟲狀膠束的稀釋作用，使得體系的有效表面活性劑濃度降低，導(dǎo)致蠕蟲狀膠束結(jié)構(gòu)破壞，粘度下降。

在研究變黏酸破膠性能之前，應(yīng)該了解什么樣的狀態(tài)為完全破膠狀態(tài)，由于目前的標(biāo)準(zhǔn)中沒有針對(duì)變黏酸的完全破膠狀態(tài)的性能指標(biāo)，所以選用針對(duì)壓裂液的通用技術(shù)指標(biāo)來評(píng)價(jià)變黏酸的破膠性能。最新頒布的壓裂液通用技術(shù)條件 （SY/T6376-2008）指出，對(duì)于粘彈性表面活性劑壓裂液要求壓裂液的破膠時(shí)間小于720min，破膠液的表觀粘度小于5mPa·s，破膠后的殘?jiān)繛?00mg/L。

1 試驗(yàn)方法

清潔壓裂液水力壓裂的現(xiàn)場實(shí)踐以及大量室內(nèi)試驗(yàn)研究表明，氣井水力壓裂以及轉(zhuǎn)向分流酸化施工所使用的變黏酸體系的破膠存在很大問題，所以，本文不進(jìn)行氣體破膠實(shí)驗(yàn)研究。本文主要研究常壓下地層流體（地層原油）、注入流體（互溶劑）對(duì)殘酸體系的破膠性能的影響，將進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)測(cè)試：

（1）在高速攪拌的環(huán)境下，使殘酸與烴類流體（包括地層常規(guī)原油以及互溶劑）混合，攪拌不同時(shí)間后測(cè)試殘酸體系粘度變化情況；

（2）在中速攪拌的環(huán)境下，使殘酸與烴類流體（包括地層原油以及互溶劑）混合，攪拌不同時(shí)間后測(cè)試殘酸體系粘度變化情況；

（3）在不攪拌和攪拌2min后停止攪拌的環(huán)境下，測(cè)試不同時(shí)間后殘酸與烴類物質(zhì) （包括地層原油以及互溶劑）混合后殘酸的粘度變化情況。

以上實(shí)驗(yàn)方案是根據(jù)殘酸在酸化（酸壓）過程中按照儲(chǔ)層中不同的存在方式所設(shè)計(jì)。測(cè)試的主要目的是為了研究殘酸在裂縫中的破膠問題。通常存在于裂縫中的殘酸與地層流體有多種不同接觸方式，主要包括：完全混合流動(dòng)、粘性指進(jìn)以及活塞驅(qū)替，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試可以了解不同接觸方式下地層流體對(duì)殘酸體系破膠效果的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

從表1、表2中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在高速攪拌的環(huán)境下原油以及互溶劑對(duì)殘酸體系都能達(dá)到很好的破膠效果，但隨著殘酸所占比例的增加，破膠后殘酸的粘度逐漸增加，在高殘酸比例下互溶劑表現(xiàn)出比原油更好的破膠效果，破膠時(shí)間更短，破膠液粘度也更低。從破膠液粘度隨時(shí)間的變化情況看，在烴濃度較高的環(huán)境下，30min后殘酸已經(jīng)完全破膠，而隨著殘酸比例的降低破膠時(shí)間逐漸增加。

表1 高速（600轉(zhuǎn)）攪拌條件下原油對(duì)殘酸的破膠情況（90℃）

表2 高速（600轉(zhuǎn)）攪拌條件下互溶劑對(duì)殘酸的破膠情況（90℃）

表3 中速（90轉(zhuǎn)）攪拌條件下原油對(duì)殘酸的破膠情況（90℃）

表4 中速（90轉(zhuǎn)）攪拌條件下互溶劑對(duì)殘酸的破膠情況（90℃）

從表3、表4中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在中速攪拌的環(huán)境下原油以及互溶劑對(duì)殘酸體系仍然能達(dá)到較好、較快的破膠效果，但相比于高剪切條件下的破膠情況，特別是在殘酸比例較高的情況，破膠液粘度都有10mPa·s的增加。在此剪切速率下，當(dāng)殘酸所占比例達(dá)到24∶1時(shí)，即使剪切3h后，體系的粘度依然較高，這會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成一定傷害。

表5 攪拌2min后停止攪拌條件下原油對(duì)殘酸的破膠情況（90℃）

從表5、表6中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在攪拌2min后停止攪拌條件下，原油以及互溶劑對(duì)殘酸體系的破膠效果都比較差。在4種不同的殘酸比例下放置2h后的殘酸粘度依然會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成巨大的傷害。當(dāng)比例為24∶1時(shí)，與原油以及互溶劑混合10h后殘酸的粘度依然超過了30mPa·s，不滿足完全破膠的要求。在此粘度下，殘酸可能會(huì)堵塞基質(zhì)孔隙，甚至是酸蝕蚓孔，嚴(yán)重影響儲(chǔ)層流體的流動(dòng)。

表6 攪拌2min后停止攪拌條件下互溶劑對(duì)殘酸的破膠情況（90℃）

表7 不攪拌條件下原油對(duì)殘酸的破膠情況(90℃)

表8 不攪拌條件下互溶劑對(duì)殘酸的破膠情況(90℃)

從表7、表8中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在不攪拌條件下原油以及互溶劑都難以使殘酸體系破膠。放置2h后殘酸的最低粘度都超過了90 mPa·s。在靜止條件下，殘酸與烴類物質(zhì)的接觸為面接觸，烴類物質(zhì)只有通過增溶到具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凍膠膠束內(nèi)核，才能使凍膠體系破膠，而該過程的動(dòng)力來自于分子濃差擴(kuò)散，由于凍膠體系的結(jié)合非常緊密，所以，在無外力的條件下殘酸所具有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體系是很難被破壞的，即使最終被破壞也需要很長的破膠時(shí)間。所以必須采取有效措施防止對(duì)儲(chǔ)層造成的二次傷害。

從以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，變黏酸的破膠速率以及破膠程度主要與剪切速率有關(guān)。分析認(rèn)為變黏酸殘酸體系的破膠可能存在一個(gè)臨界剪切速率 （切應(yīng)力），從前面的變黏酸流變性能測(cè)試可以看出，對(duì)于變黏酸其變粘后的殘酸具有很強(qiáng)的粘彈性 （具有屈服應(yīng)力），當(dāng)注入過程中所施加的剪切應(yīng)力低于殘酸的屈服應(yīng)力時(shí)殘酸體系不會(huì)流動(dòng)，由于殘酸不流動(dòng)注入的破膠劑僅能與殘酸發(fā)生表面接觸，很難進(jìn)入到殘酸內(nèi)部，所以破膠很困難。而當(dāng)剪切應(yīng)力大于流體流動(dòng)的屈服應(yīng)力后，殘酸開始流動(dòng)，一旦酸液開始流動(dòng)，注入的破膠劑就可以與殘酸一起流動(dòng)，在流動(dòng)過程中相互混合破膠劑通過擴(kuò)散以及對(duì)流進(jìn)入到殘酸內(nèi)部，破膠劑與殘酸的接觸面積增大，這樣殘酸就可以在較短的時(shí)間內(nèi)破膠返排。

總體上講，原油對(duì)變黏酸體系的破膠能力以及破膠速率都低于互溶劑的破膠能力，分析認(rèn)為：原油等烴類物質(zhì)難溶于水，所以烴分子須通過分子擴(kuò)散作用才能進(jìn)入膠束聚集體內(nèi)核中增溶膠束使凍膠破膠，該過程比較緩慢。而互溶劑（乙二醇單丁基醚）與水可不同程度混溶，能隨流體流動(dòng)進(jìn)入膠束內(nèi)部，所以破膠更快、更徹底。

3 結(jié) 語

對(duì)變黏酸破膠性能的測(cè)試表明：高速或中速攪拌條件下，即在高剪切速率條件下變黏酸體系在短時(shí)間內(nèi)就能滿足完全破膠的要求，然而，在不存在剪切或剪切速率很低的條件下，除非大幅度提高破膠劑（互溶劑或原油）的比例，否則很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的破膠要求。目前，國外已經(jīng)開發(fā)出了適合變黏酸體系的內(nèi)部破膠劑，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，取得了比較好的改造效果，所以，可以進(jìn)行變黏酸內(nèi)部破膠劑方面的研究，以進(jìn)一步提高酸化、酸壓改造的效果。

[1]趙增迎,楊賢友,周福建,等.轉(zhuǎn)向酸化技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2006(4):68-71.

[2]倫納德卡爾法亞.酸化增產(chǎn)技術(shù)[M].吳奇,譯.北京：石油工業(yè)出版社,2004:56-62.

[3]何春明,陳紅軍,王文耀.碳酸鹽巖儲(chǔ)層轉(zhuǎn)向酸化技術(shù)現(xiàn)狀與最新進(jìn)展[J].石油鉆探技術(shù)，2009(5):121-126.

[4]趙增迎,楊賢友,周福建，等.轉(zhuǎn)向酸化技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2006,25(2):68-71.

Experimental Evaluation on Gel-breaking Performance of Variable-viscosity Acid

WU Yuan-yuan1HE You-min2ZHANG He-ju3WANG Jun4
(1.State Key Laboratory of Southwest Petroleum University，Chengdu 610500；2.Southwest Petroleum Bureau Oilfield Engineering Service，Mianyang 621000；3.Zhanjiang Experiment Center of CNOOC Energy Development Drilling Engineering Research Institute，Zhanjiang 524000；4.Chongqing University of Science and Technology，Chongqing401331)

Variable-viscosity acid，a new diversion acid，which is used to reconstruct the reservoir with long hole section,multilayer,and heterogeneous.The gel breaking of variable-viscosity acid must be quickly and completely after the acid treatment，in order to go into operation fleetly and avoid residual acid on reservoir of secondary injury.The gel breaking performance of variable-viscosity acid relates directly to the flowback of acid and the effect of acid treatment.The gel breaking experiments in this paper show that the gel breaker in variable-viscosity acid highly contacted with spent acid in the high shear rate contributes to the swift and complete gel breaking.By contrast，at low shear or no shear condition,it is difficult for the variable-viscosity acid to satisfy the request of completely gel breaking in a short time，unless the ratio of gel breaker(mutual chemical or crude oil)is greatly increased.

variable-viscosity acid；gel-breaking；performance；experimental evaluation

TE357

A

1673-1980（2011）03-0052-03

2010-11-11

吳媛媛（1983-），女，重慶人，西南石油大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)閴毫阉峄に嚒?/p>