深 部 緩 速 酸 完 井 液 技 術(shù)

陳萬(wàn)鋼, 羅陶濤, 孫全力, 李銳敏, 昌 桑, 楊 琦

(1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059；2.川慶鉆探工程有限公司 鉆采工程技術(shù)研究院，四川 廣漢 618300；3.川慶鉆探工程有限公司 鉆井液技術(shù)服務(wù)公司，重慶 401147；4.川慶鉆探工程有限公司 長(zhǎng)慶鉆井總公司，甘肅 慶陽(yáng)745000)

1 實(shí)驗(yàn)及步驟

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

實(shí)驗(yàn)藥品：緩速酸RE-Acid體系、CaCl2、NaCl、甲酸鉀、CaCO3粉(300目)。

實(shí)驗(yàn)儀器：三角燒瓶、SHA-B型水浴恒溫振蕩器、水式循環(huán)真空泵、恒溫烘箱、玻璃棒、分析天平、濾紙、秒表、PHB-1型便攜式酸度計(jì)、1 000 mL抽濾瓶。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

溶液pH值變化測(cè)定：將緩速酸RE-Acid體系在三角燒瓶配置好后，放入已設(shè)定好溫度的水浴恒溫振蕩器中開(kāi)始震蕩，并每隔20 min用pH酸度計(jì)測(cè)一次溶液的pH值變化。

溶液溶蝕率性能評(píng)價(jià)：將緩速酸RE-Acid體系配置完后混合CaCO3粉(液固質(zhì)量比為10∶1)共5～7個(gè)樣，放入已設(shè)定好溫度的水浴恒溫振蕩器中開(kāi)始震蕩，每隔一段時(shí)間取出一個(gè)樣迅速真空抽濾，并采用蒸餾水清洗至中性，烘干稱重后根據(jù)CaCO3粉的減少量與原質(zhì)量之比，計(jì)算出緩速酸在該時(shí)間段的溶蝕率。

泡沫性能測(cè)定：起泡劑溶液Waring Blender高速攪拌器，在10 000 r/min高速攪拌1 min后迅速倒入帶有刻度的透明量杯中讀出泡沫的體積，并根據(jù)泡沫體積量與基液量的差值與泡沫體積量之比計(jì)算出泡沫質(zhì)量，同時(shí)計(jì)量泡沫排液到一半所需的時(shí)間計(jì)為泡沫半衰期。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 緩速酸性能評(píng)價(jià)

緩速酸在地表常溫下pH值為中性，到達(dá)地層后，在井底溫度下逐步生成鹽酸，與地層深部的堵塞物或石灰石反應(yīng)，改善儲(chǔ)層的滲透率。在緩速酸RE-Acid總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的水溶液中采用pH計(jì)測(cè)定在不同時(shí)間下的pH值變化(圖1)。

圖1 12%的緩速酸RE-Acid在不同時(shí)間段下的pH值變化Fig.1 pH values of 12% RE-Acid (retarted acid) in different periods

圖2 緩速酸RE-Acid在不同時(shí)間段的溶蝕率Fig.2 The dissolution rate of RE-Acid in different periods

從圖1可以看出，緩速酸RE-Acid水溶液隨著時(shí)間的延長(zhǎng)pH值在下降，隨著溫度的升高生成酸的速度迅速增加。在高溫(>70℃)下，100 min后溶液pH值都能降到1以下，具有強(qiáng)酸性；90℃條件下70 min溶液pH值降到1左右。在緩速酸溶液中加入CaCO3粉，液固質(zhì)量比10∶1，參照SY/T5886-93行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(以下各溶蝕實(shí)驗(yàn)類(lèi)似)，在70℃條件下測(cè)定CaCO3在緩速酸溶液中不同時(shí)間段溶蝕率如圖2所示。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，緩速酸隨著濃度增加溶蝕率顯著增加，12%的緩速酸最終溶蝕率可達(dá)7%，22%的緩速酸最終溶蝕率可達(dá)10%以上；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)(>200 min后)，溶蝕率也逐步趨于穩(wěn)定，說(shuō)明此時(shí)緩速酸已消耗完畢成為乏酸。

2.2 緩速酸鹽水完井液評(píng)價(jià)

在完井施工過(guò)程中，為了平衡地層壓力，加入鹽水提高施工液體的密度，常用鹽有NaCl，CaCl2和甲酸鉀。將這3種鹽配成1.30 g/cm3的水溶液，加入12%的緩速酸RE-Acid，在70℃條件下，測(cè)定混合溶液在不同時(shí)間段的pH值變化，如圖3所示。

圖3 12%的緩速酸RE-Acid鹽溶液在不同時(shí)間的pH值Fig.3 pH values of 12% RE-Acid mixed with salt solutions in different periods

從圖3可以看出，NaCl和CaCl2對(duì)緩速酸RE-Acid生成酸的速率影響較小，但在甲酸鉀溶液中溶液的pH值下降幅度較小。這是由于甲酸鹽屬于有機(jī)鹽，緩速酸生成的H+與甲酸根結(jié)合形成有機(jī)酸，抑制了溶液pH值下降。在70℃條件下，在含有12%的緩速酸RE-Acid密度為1.3 g/cm3鹽水溶液中，測(cè)定CaCO3在鹽溶液中不同時(shí)間段溶蝕率如圖4所示。

圖4 12%的緩速酸RE-Acid鹽溶液在不同時(shí)間的溶蝕率Fig.4 The dissolution rate of 12% RE-Acid mixed with salt solutions in different periods

從圖4可以看出，CaCO3在緩速酸完井液中隨著時(shí)間的增加溶蝕率均逐步提高。由于CaCl2溶液本身含有高濃度的Ca2+，抑制了酸與CaCO3反應(yīng)，所以CaCl2鹽水的溶蝕率最低。甲酸鉀溶液溶蝕率最高，最終溶蝕率可接近20%。這是由于甲酸鹽容易與酸化后生成的鈣鎂離子相結(jié)合，加強(qiáng)了酸與碳酸鈣鎂的反應(yīng)程度。當(dāng)時(shí)間達(dá)到125 min后，溶蝕率也逐步趨于穩(wěn)定，說(shuō)明此時(shí)緩速酸已消耗完畢成為乏酸。

2.3 緩速酸泡沫完井液評(píng)價(jià)

對(duì)于低壓儲(chǔ)層，為了降低流體密度，常常使用泡沫流體作為工作液。采用1.3%的泡沫處理劑AFM-1，在50℃條件下，加入12%的緩速酸RE-Acid測(cè)定混合溶液在不同時(shí)間的pH值變化和泡沫半衰期，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 緩速酸RE-Acid泡沫完井液的泡沫性能Fig.5 The foam properties of the foaming completion fluids added with RE-Acid

從圖5可以看出，但隨著pH值降低，泡沫半衰期有所降低，但均能保持在150 s以上，這說(shuō)明泡沫處理劑的AFM-1具有一定的抗酸性能。另外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明泡沫質(zhì)量(氣體的體積分?jǐn)?shù))在80%～ 82%，說(shuō)明緩速酸對(duì)泡沫質(zhì)量影響較小。在1.3% AFM-1泡沫基液中，測(cè)定緩速酸對(duì)CaCO3不同時(shí)間段溶蝕率如圖6所示。

圖6 12%的緩速酸RE-Acid泡沫基液在不同時(shí)間的溶蝕率Fig.6 The dissolution rate of 12% RE-Acid in AFM-1 in different periods

從圖6可以看出，緩速酸RE-Acid在泡沫處理劑AFM-1基液中的溶蝕率可達(dá)到16%，泡沫基液對(duì)緩速酸性能的影響較小。和圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果一樣，在時(shí)間>200 min后，緩速酸已消耗完畢成為乏酸。

2.4 緩速酸動(dòng)態(tài)緩速性能評(píng)價(jià)

采用驅(qū)替裝置將2組3個(gè)模擬CaCO3巖心串連，并由液體注入方向由近到遠(yuǎn)分別編號(hào)，在70℃條件下分別注入0.8 PV的12%緩速酸或12%鹽酸后繼續(xù)用水驅(qū)替0.2 PV，在70℃條件下恒溫保存200 min后測(cè)定每個(gè)模擬巖心的滲透率。對(duì)比緩速酸和鹽酸對(duì)每個(gè)模擬巖心滲透率的改變量如圖6所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鹽酸改變滲透率主要在第一段巖心，滲透率可增加3.5倍以上；第二段巖心有小幅度增加，僅增加1.2倍；第三段巖心滲透率卻微微降低，這是由于前面反應(yīng)生成的鈣離子在第三段巖心再次沉淀形成堵塞。緩速酸對(duì)第一段模擬巖心改變較小，改變滲透率主要表現(xiàn)在第二段和第三段巖心，滲透率分別增加2.5倍和1.7倍，能夠改善深部?jī)?chǔ)層。

圖7 緩速酸和鹽酸酸化巖心的滲透率改變Fig.7 Comparison of the permeability of the acidified cores treated by RE-Acid and hydrochloric acid

3 結(jié) 論

a.緩速酸RE-Acid在低溫下生成酸的速率很低，在高溫條件下能夠快速生成酸，pH值可達(dá)到1以下，具有較高的溶蝕率；22%的緩速酸最終溶蝕率可達(dá)10%以上；可以根據(jù)這些特性引入到完井液中形成緩速酸完井液。

b.緩速酸RE-Acid在鹽水加重完井液中能夠保持緩速性能和良好的溶蝕性能，特別是甲酸鉀溶液中，緩速性能更強(qiáng)，溶蝕程度也高，最終溶蝕率可接近20%。

c.緩速酸RE-Acid在泡沫完井液中不僅能夠保持泡沫的性能，而且具有良好的緩蝕性能，時(shí)間大于200 min后，溶蝕率可達(dá)到16%。

d.鹽酸主要改造第一段巖心，滲透率可增加3.5倍以上，但對(duì)第二、第三段巖心改變很小，甚至由于鈣鎂離子析出而降低滲透率。緩速酸主要改造第二段和第三段巖心，滲透率能夠分別增加2.5倍和1.7倍，具有很好的深部改造作用。

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