膠凝酸體系的性能研究及應(yīng)用

劉 煒，張 斌，常啟新，肖佳林

(中國石化江漢油田分公司采油工藝研究院，武漢 430035)

碳酸鹽巖儲層壓裂酸化成功與否主要取決于兩個(gè)因素:一是最終酸壓裂縫的有效長度，二是酸壓后酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力。由于鹽酸的反應(yīng)性強(qiáng)，酸－巖反應(yīng)速率快，酸液濾失嚴(yán)重，酸壓裂縫的有效長度達(dá)不到施工要求。因此，碳酸鹽巖儲層壓裂酸化用酸液體系在地層溫度下應(yīng)具有優(yōu)良的緩速性能，同時(shí)酸化改造時(shí)還應(yīng)選擇合適的工藝。

膠凝酸的黏度高、濾失性低，以及膠凝劑在巖石表面的吸附，降低了H+向巖面的擴(kuò)散速度，減緩了酸的反應(yīng)速率，起到緩速作用，可以實(shí)現(xiàn)深部酸化［1－3］。

涪頁HF－1井大安寨大一亞段少量巖性為泥質(zhì)粉砂巖、泥灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，絕大多數(shù)巖性為石灰?guī)r，孔隙度平均值1.90%，滲透率平均值0.04×10－3μm2，基質(zhì)物性差，裂縫發(fā)育，適合酸壓改造。

本研究優(yōu)選出耐溫抗剪切性能和防腐性能好，且具有明顯緩速效果的膠凝酸體系，并成功應(yīng)用于涪頁HF－1井。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

鹽酸，膠凝劑，鐵離子穩(wěn)定劑，助排劑，緩蝕劑，黏土穩(wěn)定劑，均為工業(yè)品。

FS－Ⅲ高溫高壓閉式動態(tài)腐蝕儀，石油大學(xué)儀表廠;RS－600旋轉(zhuǎn)流變儀，德國哈克公司;TX－500界面張力儀，美國彪雄工業(yè)公司;JB90－D型強(qiáng)力電動攪拌機(jī)，上海標(biāo)本模型廠;分析天平，潛江正泰機(jī)電有限公司。

1.2 膠凝酸的制備

在室溫條件下，將一定量的鹽酸和水倒入燒杯中，加入各種添加劑，攪拌，緩慢加入膠凝劑，保持一定轉(zhuǎn)速攪拌30 min，制得膠凝酸。

1.3 膠凝酸性能評價(jià)

參照《SY/T 5405—1996酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評價(jià)指標(biāo)》等標(biāo)準(zhǔn)，在一定溫度下，考察膠凝酸體系的耐溫抗剪切性能、緩蝕性、流變性及緩速性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 耐溫抗剪切性能

利用RS－600旋轉(zhuǎn)流變儀，在70℃，170 s－1條件下，考察膠凝酸的耐溫抗剪切性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 膠凝酸的耐溫抗剪切曲線

由圖1可知，膠凝酸體系在70℃，170 s－1條件下剪切2 h，黏度仍保持在20 mPa·s以上，滿足現(xiàn)場施工要求。

2.2 緩蝕性

將20%鹽酸和制備的膠凝酸分別與BG80鋼片在70℃下反應(yīng)4 h，測定其對鋼片的腐蝕速率，結(jié)果見表1。

表1 膠凝酸與常規(guī)鹽酸的腐蝕速率對比

由表1可看出，膠凝酸具有明顯的緩蝕效果。這是由于配制膠凝酸時(shí)，使用了胺類添加劑。其緩蝕機(jī)理為，膠凝酸在金屬表面以物理或化學(xué)吸附方式形成膜，將水或其他腐蝕介質(zhì)屏蔽或遮蓋，從而達(dá)到防腐的目的。特別是在強(qiáng)酸性介質(zhì)中，陽離子表面活性劑具有很好的緩蝕作用，胺和酸性溶液中的質(zhì)子發(fā)生反應(yīng)生成陽離子(RNH+3)，被腐蝕的金屬由于表面陰極部分的靜電力而發(fā)生物理吸附，抑制了陰極反應(yīng)，起到了防腐作用。

2.3 流變性

膠凝酸體系的流變參數(shù)K和n按假塑性冪律流體公式計(jì)算:

式中:τ——剪切應(yīng)力，Pa;

K——稠度系數(shù)，mPa·sn;

γ——剪切速率，s－1;

n——流動指數(shù)。

對式(1)兩邊取對數(shù):

利用RS－600旋轉(zhuǎn)流變儀，測定膠凝酸體系在70℃時(shí)、不同剪切速率下的剪切應(yīng)力，得到τ和γ值，通過式(2)計(jì)算K和n值，作擬合曲線(見圖 2)。膠凝酸體系在 70℃下，K值為0.773 9，n值為0.362 0，為一種假塑性流體。剪切速率關(guān)系曲線

圖2 膠凝酸體系的剪切應(yīng)力與

2.4 緩速性

將膠凝酸體系與大安寨大一段的灰?guī)r巖心進(jìn)行反應(yīng)，測定不同反應(yīng)時(shí)間后的酸－巖反應(yīng)速率，并與未加膠凝劑的空白鹽酸對比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 膠凝酸體系緩速性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出，膠凝酸體系具有明顯的緩速效果，在 70℃下反應(yīng) 60 min，緩速率高達(dá)70.10%。這是由于膠凝酸具有一定的黏度，降低了H+向巖石表面的擴(kuò)散速度，減緩了酸巖反應(yīng)速率，從而可以達(dá)到深部酸化的效果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

目前，研制的膠凝酸體系已完成涪頁HF－1井自流井組大安寨段大一亞段的酸壓施工，現(xiàn)場應(yīng)用獲得成功。

涪頁HF－1井于2012年10月14日進(jìn)行酸壓施工，施工井段2 321.0～2 333.0 m，入井總酸量501 m3，其中前置酸 50 m3，膠凝酸 427 m3，閉合酸24 m3。施工壓力曲線如圖3所示。

圖3 涪頁HF－1井大一亞段酸壓施工曲線

由圖3可以看出，注前置酸期間，隨著排量增加，施工壓力呈明顯爬升趨勢;注膠凝酸期間，施工壓力平穩(wěn)，表明人工裂縫順利延伸，酸液有效作用距離增強(qiáng);擠閉合酸后，施工壓力逐步下降，說明溝通近井筒裂縫系統(tǒng)，裂縫導(dǎo)流能力提高。

施工結(jié)束后，關(guān)井待酸反應(yīng)，然后控制油管針閥放噴，出口氣點(diǎn)燃，焰3～5 m，且見油。目前累計(jì)排液 350 m3，累計(jì)出油 25 m3，返排率達(dá)69.86%，說明研制的膠凝酸體系適合于該區(qū)塊酸壓施工。

4 結(jié)論及建議

(1)研制的膠凝酸體系在70℃，170 s－1下剪切2 h，黏度仍保持在20 mPa·s以上，滿足現(xiàn)場施工要求。

(2)該體系70℃時(shí)的稠度系數(shù)為0.773 9，流動指數(shù)為0.362 0，屬假塑性流體。

(3)該體系防腐效果和緩速性能較好，在70℃，8 MPa條件下對BG80鋼片的腐蝕速率僅為1.78 g/(m2·h);在70℃下反應(yīng)60 min，緩速率高達(dá)70.10%，可以達(dá)到深部緩速的效果。

(4)膠凝酸體系應(yīng)用于涪陵區(qū)塊大安寨段大一亞段酸壓獲得成功，說明該體系適用于此區(qū)塊及類似儲層的酸壓改造。

［1］Lewis R N.Properties and Early Field Results of A Liquid Gelling Agent for Acid［R］.SPE 7834，1978.

［2］陳賡良.酸化工作液緩速作用的理論與實(shí)踐［J］.鉆井液與完井液，2004，21(1):51.

［3］Nasr－El－Din H A，Al－Mohammad A M，Al－ Aamri A M，et al.Reaction Kinetics of Gelled Acids with Calcite［R］.SPE 103979，2006.