油田酸化用助排劑研究進(jìn)展

劉 音，袁 青，徐杏娟，畢研霞，賈紅戰(zhàn)

（1.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程技術(shù)研究院油田化學(xué)研究所，天津 300457；2.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程技術(shù)研究院酸化技術(shù)中心，天津 300280）

酸化作業(yè)不僅可以降低近井地帶的地層傷害，還可降低表皮效應(yīng)，提高地層滲透率。在酸化施工中，乏酸返排量的多少是影響施工效果的一個(gè)重要因素，尤其是在地層能量較低、滲透性較差的情況下處理就更加困難。為提高殘酸的返排效率，最有效的方法是向體系中添加助排劑，它能產(chǎn)生很低的表面張力，增大接觸角，并清除地層傷害[1]。

針對(duì)目前油藏地質(zhì)條件日益復(fù)雜、油層埋藏深度不斷增加、地層溫度越來(lái)越高、高溫高鹽地層越來(lái)越多等問(wèn)題，對(duì)助排劑性能要求也有所提高。常用氟碳表面活性劑具有良好的熱穩(wěn)定性，且表面活性高、耐酸性強(qiáng)，但價(jià)格昂貴[2]；含非離子和陰離子的兩性表面活性劑具有良好的抗鹽和耐溫能力；而有機(jī)硅作為助排劑可與砂巖表面形成一層吸附膜，不但抗溫、抗鹽效果良好，還有優(yōu)異的表面活性。將它們用作助排劑可以降低油水界面張力，增大相對(duì)巖石表面的潤(rùn)濕角，使毛細(xì)管壓力減小。本文綜述了幾種主要酸化液助排劑的基本組成和性能，討論了酸化液助排劑未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 油田酸化用助排劑產(chǎn)品

目前，針對(duì)國(guó)內(nèi)外在進(jìn)行酸化施工時(shí)所添加的助排劑產(chǎn)品，有研究用氟碳表面活性劑、氟碳表面活性劑與烴類表面活性劑復(fù)配、氟碳表面活性劑與陰離子、非離子兩性表面活性劑復(fù)配、復(fù)合離子單體與鹽類的助排劑、有機(jī)硅助排劑等產(chǎn)品解決乏酸反排問(wèn)題，不但能有效降低界面張力，減小Jamin 效應(yīng)，還能有效改善地層滲透率。

1.1 氟碳表面活性劑

早在20 世紀(jì)70 年代，由于氟碳表面活性劑能降低表面張力，因此將其作為助排劑應(yīng)用在酸化處理液中[3]。Clark 等[4]研究了水溶性陽(yáng)離子、陰離子、非離子和含氟碳表面活性劑的熱穩(wěn)定性、表面張力、酸化液返排性、對(duì)地層中的吸附性等，得出氟碳表面活性劑的熱穩(wěn)定性最高，酸化液的排出量最多，且降低水和鹽酸表面張力的能力遠(yuǎn)大于常用的烴類表面活性劑。楊江朝等[5]比較不同助排劑加入酸液中的表面張力變化，篩選出氟碳表面活性劑SH-1，它能明顯降低油、酸液的表面張力，最大降低率達(dá)82 %，且能使酸化液返排徹底，顯著提高酸化效果。

陳蘭等[6]針對(duì)塔河油田油藏埋藏深、厚度大、地溫高、低滲透等特征，通過(guò)對(duì)助排劑的篩選，確定氟碳表面活性劑CF25B 作為復(fù)配體系中的助排劑，它具有耐高溫的特性，在塔河油田酸化工藝中起著重要的作用。李鵬等[7]向NWS-Ⅰ型黏穩(wěn)酸體系中加入含氟碳表面活性劑CF-5B，有效提高了酸化液返排到地面的效率，將其用于現(xiàn)場(chǎng)5 口井施工后，產(chǎn)能提高了1.54 倍，施工成功率100 %，有效解決了高泥質(zhì)油藏開(kāi)采中存在的堵塞問(wèn)題。

1.2 氟碳表面活性劑與烴類表面活性劑復(fù)配

宋長(zhǎng)生等[8]針對(duì)酸化液不能迅速返排至地面而造成的堵塞問(wèn)題，利用氟碳表面活性劑與烴類表面活性劑在溶劑中混合，得到CT5-4 助排劑，它具有良好的熱穩(wěn)定性，將其用在壓裂酸化液中，工作液返排率均在95 %以上，返排量增長(zhǎng)64.8 %，提高了助排效果；另外，該助排劑與植物膠、鹽酸等配伍性良好、巖芯傷害小，且貯存有效期長(zhǎng)，適用于低滲透油氣井酸化施工作業(yè)中。劉同斌等[9]用氟碳表面活性劑與烴類表面活性劑復(fù)配，0.3 %的使用濃度作為助排劑應(yīng)用于壓裂酸化體系中，表面張力小于29 mN/m，接觸角大于45 度。向斌等[10]在酸化液中加入CT5-4 助排劑，它能產(chǎn)生極低的表面張力和增大接觸角，從而降低了毛細(xì)管阻力，促使殘液徹底返排，將其應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)17 井次，酸液返排率達(dá)100 %，且增產(chǎn)天然氣的產(chǎn)量490 000 m3/d。由此可見(jiàn)，氟碳表面活性劑與烴類表面活性劑復(fù)配使用，顯著提高了酸化增產(chǎn)效果。

1.3 氟碳表面活性劑與含陰離子、非離子兩性表面活性劑復(fù)配

20 世紀(jì)80 年代，Philips 等[11]人通過(guò)巖芯實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了一種非離子型表面活性劑，它能有效提高親水地層的處理液流量，與氟碳表面活性劑復(fù)配可降低表面張力，在現(xiàn)場(chǎng)施工中，油井產(chǎn)量比以往高出2～3 倍。孫銘勤等[12]通過(guò)對(duì)表面活性劑的篩選，最后選定氟碳表面活性劑和兼具陰離子、非離子型表面活性劑，將二者復(fù)配研制出高溫助排劑HC2-1，不僅能減弱地層的親水性，且具有高表面活性，使殘酸的返排率顯著提高；另外，HC2-1 具有良好的抗溫性能，適用于180 ℃以下高溫地層酸化作業(yè)殘酸返排，使返排率由46 %提高到97 %，而在促進(jìn)酸液返排的同時(shí)與原油不發(fā)生乳化反應(yīng)。美國(guó)Dowell 公司學(xué)者用氟碳表面活性劑、非離子表面活性劑和有機(jī)溶劑復(fù)配，得到的助排劑F75N 表面張力不大于30 mN/m，酸液返排率超過(guò)80 %[13]。

針對(duì)低壓、低滲透層油氣井，梁利平等[14]用陰離子和非離子表面活性劑復(fù)配，可以使處理液的表面張力降到23 mN/m 以下，且潤(rùn)濕性好、助排能力強(qiáng)、用量少。盧擁軍等[15]制備破乳助排劑DL-6，它是由陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、低分子助劑等組成，該助排劑有助排、破乳、洗油等多種功能，應(yīng)用于勝利、吐哈、遼河、吉林等油層深度1 800～5 910 m，油層溫度75～153 ℃的28 口井的酸化壓裂施工中，成功率100 %，增產(chǎn)效果良好。

1.4 復(fù)合離子單體和鹽類助排劑

張璐等[16]用陽(yáng)離子單體、相對(duì)分子質(zhì)量150 萬(wàn)的高分子化合物、陰離子表面活性劑復(fù)配得到JZ-4 型助排劑，它具有良好的降低表面張力和界面張力的特性，當(dāng)使用濃度0.5 %時(shí)，助排效果良好。Grubb 等[17]提出了使用復(fù)合離子表面活性劑會(huì)降低酸液表面張力，且可以提高酸液的返排效果。于廣紅等[18]針對(duì)薩爾圖區(qū)南部油田地層壓力低、原油含蠟量高等特點(diǎn)，研制出高效發(fā)泡助排劑JX-YL，它由表面活性劑、發(fā)泡劑、無(wú)機(jī)鹽、清防蠟劑等成分組成，在薩爾圖區(qū)南部油田16 口井的應(yīng)用中，返排率提高25 %左右，平均單井增油19.9 t，有效減小了壓裂液對(duì)地層的傷害。

Coulter 等[19]指出在低滲透的泥質(zhì)儲(chǔ)層酸化中，加入醇類溶劑可以降低酸與地層液間的界面張力，并增加酸液的閃蒸壓力，從而促進(jìn)酸液的返排。李克華等[20]以表面活性劑OBP-15、破乳劑PR-1、PR-2 為主原料，加入異丙醇溶劑，研制出一種新型助排劑NC-1，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)篩選出表面活性劑的最佳配比，并指出最佳配方時(shí)助排劑NC-1 具有最高的界面活性，使用濃度0.5 %助排劑溶液的界面張力為1.2 mN/m，顯著降低了工作液界面張力，助排效果良好。美國(guó)哈里伯頓公司以含氟聚醚季銨鹽、烷基聚氧乙烯醚為主原料，加入甲醇溶劑，制備EN288 助排劑，其表面張力不大于30 mN/m，酸液返排率超過(guò)80 %[21]。

1.5 有機(jī)硅助排劑

在20 世紀(jì)80 年代，前蘇聯(lián)學(xué)者提出了用有機(jī)硅烷作為助排劑促進(jìn)排液的方法，其原理是有機(jī)硅烷中的活性基團(tuán)Si-C 鍵可與砂巖表面的羥基反應(yīng)形成穩(wěn)定的吸附膜，由于鏈端含有羥基，因此可以使巖石憎水而促進(jìn)酸液的返排[22]。到了90 年代，Watkins 等[23]用氮烷基取代的三烷基硅作為助排劑，它與酸反應(yīng)生成硅醇，醇羥基與砂粒表面連接起來(lái)更加穩(wěn)定，同時(shí)削弱了氫氟酸對(duì)有機(jī)硅的腐蝕。在當(dāng)時(shí)，有機(jī)硅被作為一種安全和廉價(jià)的助排劑而使用在壓裂酸化體系中。

2 結(jié)論

伴隨國(guó)內(nèi)外油田的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，常規(guī)助排劑已不能滿足油田開(kāi)發(fā)的需求，因此，研究高效實(shí)用、價(jià)格低廉的助排劑，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境友好雙贏，已成為適應(yīng)復(fù)雜油藏條件的必然趨勢(shì)。

近年來(lái)，國(guó)外將一種具有助排效果的表面活性劑與黏土防膨劑結(jié)合，得到既能抑制黏土膨脹、又能促進(jìn)酸液反排的共聚物，該酸化用助排劑用于低滲透油藏，助排和防膨效果良好[24]。本研究院針對(duì)目前復(fù)雜油藏情況，一方面使用季銨鹽型表面活性劑與含氟碳表面活性劑相結(jié)合，能有效降低界面張力，減小Jamin 效應(yīng)，使乏酸易從地層排出；另一方面研究新型的酸化用助排劑，即以苯磺酸鹽為主劑，添加氟碳表面活性劑、季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑、含氮無(wú)機(jī)鹽等助劑，得到新型酸化助排劑體系，用這種產(chǎn)品與配套反排工藝相結(jié)合，形成一種成型的酸化助排工藝。

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