變粘分流酸的破膠性能評價

王彥玲，徐超，金家鋒

(中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，山東青島 266580)

近年來，變黏酸由于其特殊的 pH值控制自轉(zhuǎn)向能力和無傷害、易返排的特點，備受油田的青睞［1-2］。變黏酸體系是由黏彈性表面活性劑、鹽酸和一些常規(guī)酸化添加劑組成。低黏度的變黏酸鮮酸進(jìn)入地層后遇碳酸鹽巖中的礦物質(zhì)，酸液pH值升高，同時在無機鹽離子的作用下，變黏酸的表觀黏度不斷增大，形成凝膠狀，暫時封堵了儲層中的高滲部分和大孔道，使后續(xù)鮮酸能夠轉(zhuǎn)向，流入儲層中未被處理的低滲部分，從而實現(xiàn)對儲層均勻改造的目的［3-7］。

酸化作業(yè)結(jié)束后，停留在儲層中的殘酸溶液活性已基本消失，不能繼續(xù)溶蝕巖石，但其仍具有較高的表觀粘度，如果儲層中的殘酸不能徹底破膠，快速返排出地面，會影響后續(xù)油井投產(chǎn)以及造成酸液對儲層的二次傷害，影響酸化效果［8］。

破膠過程中通常使用破膠劑，常用的破膠劑分為兩類，一類是氧化劑，一類是酶制劑。氧化劑破膠存在破膠效果有限、非專一化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)污染嚴(yán)重等缺陷。酶制劑破膠雖然無污染，降解效能高但受到溫度和pH值的限制。

膠囊破膠劑是在氧化劑或是酶制劑外層覆蓋一層薄的屏蔽材料，制成膠囊，膠囊破碎后釋放出破膠劑。膠囊破膠劑能夠提高破膠劑的使用量，延遲破膠劑與酸液的反應(yīng)。對于使用鈦或是鋯交聯(lián)劑的酸液，可使用pH值較低的氟化物離子溶液破膠［9-10］。

一般認(rèn)為，變粘分流酸乏酸破膠時無需破膠劑，在地層中遇到大量的水或烴類化合物，能夠在短時間內(nèi)破膠，不會對儲層造成傷害。本文分別考察了清水、煤油、柴油對變粘分流酸的破膠性能。由于沒有專門針對變粘分流酸完全破膠的性能指標(biāo)，選用清潔壓裂液通用的破膠指標(biāo)SY/T 6307—2008中的標(biāo)準(zhǔn)［11］，要求破膠時間小于720 min，破膠后溶液的表觀粘度小于5 mPa·s，殘渣含量小于100 mg/L。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

VES-TCJ黏彈性表面活性劑，自制;鹽酸，分析純;氯化鈣，化學(xué)純;柴油、煤油為工業(yè)品;去離子水，自制。

JYW-200A自動表面張力儀;TDA-8002型攪拌器;ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計。

1.2 成膠酸的配制

向酸液中緩慢加入氯化鈣，不斷攪拌，使其充分溶解。加入酸液添加劑、黏彈性表面活性劑(VESTCJ)，高速攪拌，直到形成均勻而穩(wěn)定的溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 清水破膠

2.1.1 清水破膠狀態(tài) 變粘分流酸與碳酸鈣充分反應(yīng)后，pH值大于4.5，酸液體系已在乏酸的范圍內(nèi)，H+含量非常低，此時酸液的表觀粘度仍大于200 mPa·s，靜置30 d左右，酸液粘度幾乎沒有變化。

配制乏酸與清水體積比分別為1 ∶3，1 ∶5，1 ∶10，1 ∶15，1 ∶20，1 ∶25的 6份溶液，常溫下使用攪拌器攪拌，不同攪拌時間后酸液的表觀粘度，見圖1。

圖1 不同比例乏酸與清水混合溶液的表觀黏度Fig.1 Apparent viscosity of solution with different mixing proportion spent acid and water

由圖1可知，清水能夠使變粘分流酸乏酸溶液快速破膠，隨著攪拌時間的增加，酸液粘度有所下降，但下降幅度不大，攪拌120 min之后，酸液粘度基本上保持不變。

攪拌300 min后，測得25℃、170 s－1時不同乏酸-清水體積比的溶液粘度，見圖2。

圖2 攪拌300 min成膠酸的表觀黏度Fig.2 Apparent viscosity of gel-breaking-fluid after 300 min

由圖2可知，乏酸與清水的比例為1∶20和1∶25時，變粘分流酸破膠溶液的表觀粘度小于5 mPa·s，破膠時間小于720 min，認(rèn)為是完全破膠。溶液澄清，無殘渣。

2.1.2 清水破膠溶液表面、界面張力 變粘分流酸破膠溶液在儲層中的表面張力和界面張力影響其返排能力，低的表面張力和界面張力能夠降低賈敏效應(yīng)和水鎖的不利影響，減小毛細(xì)管阻力，增加破膠液的返排能力。清水破膠后，溶液的表面張力見表1。

表1 使用清水破膠后溶液的界面張力Table 1 Interfacial tension of gel-breaking-fluid by water

由表1可知，破膠溶液的表面張力均低于清水常溫時的表面張力，這是由于破膠液中含有活性劑VES-TCJ，VES-TCJ能夠在較低溶液濃度條件下起到了降低表面張力的作用。

使用0#柴油和破膠溶液作為油水界面，測得25℃下成膠酸與清水的比例分別為1∶20和1∶25時破膠溶液的界面張力，見圖3、圖4。

圖3 清水破膠溶液的界面張力 (交聯(lián)酸∶水=1∶20)Fig.3 Interfacial tension of gel-breaking-fluid by water

圖4 清水破膠溶液的表面張力(交聯(lián)酸 ∶水=1∶20)Fig.4 Surface tension of gel-breaking-fluid by water

由圖可知，破膠后溶液的界面張力隨著時間的增加而降低，10 min后，界面張力均穩(wěn)定在0.3 mN/m左右，具有較低的界面張力。這是由于活性劑VESTCJ在較低的濃度下，以單個分子的狀態(tài)吸附在油/水界面，起到了降低界面張力的作用。

由上可知，變粘分流酸溶液破膠后毛細(xì)管阻力較低，能夠快速、徹底返排出地層，減少對地層的傷害。

2.2 煤油、柴油破膠

2.2.1 煤油破膠 配制乏酸與煤油體積比為3∶1，1∶1，1∶3的3份溶液，90℃高速攪拌的條件下測得溶液的表觀粘度，見圖5。

圖5 煤油破膠曲線研究Fig.5 The result of kerosene for gel-breaking

由圖5可知，隨著攪拌時間的增加，酸液的粘度不斷下降，而且隨著乏酸與煤油比例的增大，破膠效果變好，乏酸與煤油體積比為1∶3時，破膠酸溶液的粘度小于5 mPa·s，完全破膠。

乏酸與煤油1∶3破膠后，溶液的表面張力見表2。

表2 使用煤油破膠后溶液的界面張力Table 2 Interfacial tension of gel-breaking-fluid by kerosene

由表2可知，煤油破膠后的表面張力非常低。這是活性劑VES-TCJ起到了降低表面張力的作用，使得破膠后的溶液快速返排出地層。

2.2.2 柴油破膠 乏酸與柴油體積比分別為3∶1，1∶1，1∶3時，測得90℃、高速攪拌條件下酸液的粘度，見圖6。

圖6 柴油破膠曲線研究Fig.6 The result of diesel for gel-breaking

由圖6可知，隨著乏酸與柴油比例的增大，破膠效果變好，乏酸與柴油體積比為1∶3時，破膠酸溶液的粘度小于5 mPa·s，完全破膠。

乏酸與柴油1∶3破膠后，溶液的表面張力見表3。

表3 使用柴油破膠后溶液的界面張力Table 3 Interfacial tension of gel-breaking-fluid by diesel

由表3可知，活性劑VES-TCJ起到了降低表面張力的作用，柴油破膠后的表面張力為24.7 mN/m，非常低，有利于破膠后溶液的快速返排。

2.3 變粘分流酸的破膠機理

清水、煤油和柴油破膠研究見圖7。

圖7 清水、煤油和柴油破膠研究Fig.7 Contrast water，kerosene，diesel oil gel-breaking situation

由圖7可知，煤油的破膠效果最好。使用清水破膠在常溫下就可以進(jìn)行，使用煤油、柴油破膠，需要在高溫、高速攪拌下進(jìn)行。

一般認(rèn)為，清水破膠是由于大量的清水的稀釋作用，使得活性劑 VES-TCJ和Ca2+的濃度非常的低，已不能滿足膠束空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所需要的最低濃度，此時活性劑VES-TCJ由蠕蟲狀膠束變?yōu)榘魻钅z束或球狀膠束，體系粘度大大降低。而地層烴類物質(zhì)能夠破膠是由于原油等烴類物質(zhì)能夠進(jìn)入到乏酸空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，使其分解為小的球狀結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)破膠。也有研究者認(rèn)為，是烴類物質(zhì)影響活性劑VES-TCJ的排列方式，降低乏酸的粘度，實現(xiàn)破膠。

3 結(jié)論

(1)清水在常溫下就能使變粘分流酸破膠，且破膠迅速、徹底。破膠后得到乳白色的破膠溶液，未發(fā)現(xiàn)不溶殘渣。清水破膠后的溶液具有低的表面張力和界面張力，有助于破膠溶液的返排。

(2)煤油、柴油也能使變粘分流酸破膠，但需要較高的溫度和較大的剪切作用，常溫下破膠較為困難。90℃、高速攪拌條件下，乏酸與烴類比為1∶3時，溶液表觀粘度小于5 mPa·s，破膠時間小于720 min，為完全破膠。煤油破膠效果要比柴油好。

(3)使用煤油、柴油破膠后的溶液均具有較低的表面張力，這對破膠溶液的返排是有利的。

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