酸巖長(zhǎng)、短巖心酸化流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)研究

王廣東 劉慶旺

摘 要：采用相似于天然儲(chǔ)層的巖心和所研究范圍內(nèi)的儲(chǔ)層巖屑，并將巖屑與粘土礦物結(jié)合模擬儲(chǔ)層中的天然巖心開展短巖心的實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用自動(dòng)型巖心流動(dòng)儀設(shè)備來進(jìn)行長(zhǎng)巖心的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：對(duì)含有長(zhǎng)石及碎巖屑等促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行的物質(zhì)的儲(chǔ)層實(shí)施改造時(shí)，濃度較高的土酸會(huì)使儲(chǔ)層產(chǎn)生二次沉淀，二次酸化的傷害率也較高；具有深度低傷害作用的酸液體系的實(shí)際改造效果比較好，不但可以把巖心滲透率改善到受到污染之前的程度，而且能夠有效地阻止產(chǎn)生二次沉淀。

關(guān) 鍵 詞：酸巖；酸化實(shí)驗(yàn)；長(zhǎng)巖心；短巖心

中圖分類號(hào)：TE 122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）07-1506-03

Study on Long-core and Short-core Acidification Flow

Simulation Tests During Acid-rock Reactions

WANG Guang-dong， LIU Qing-wang

（Institute of Petroleum Engineering， Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163318， China）

Abstract： Similar natural reservoir cores and reservoir rocks of the studying area combing with clay minerals were used to carry out short-core simulation tests， and the automatic computer type porous core flow instrument was used to conduct long-core acidification flow simulation tests， then these tests results were analyzed. The results show that， during acidification of reservoirs with feldspars and rocks， high concentration mud acid can make reservoirs produce secondary sedimentation， secondary hurt is also higher； acidification effects of low damage composite acid system is ideal， it can recover core permeability to the situation before pollution， besides， it can prevent secondary sedimentation from forming.

Key words： Acid rocks； Acidification tests； Long-core； Short-core

酸化目前是油氣井非常重要的一項(xiàng)投產(chǎn)和增產(chǎn)措施，各個(gè)油田都給予了充分的重視，并且在油田生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了普遍的應(yīng)用。而已經(jīng)受到破壞和污染的儲(chǔ)層更加把酸化壓裂作為投產(chǎn)增產(chǎn)的一項(xiàng)重要措施，酸化措施能有效地解除堵塞膠結(jié)物，從而實(shí)現(xiàn)油氣井產(chǎn)能的恢復(fù)。但是，酸化措施也存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)，比如對(duì)儲(chǔ)集層造成新的傷害等。目前為止，主要使用的壓裂液和酸液都會(huì)給儲(chǔ)層引入很多外來液體，使原始地層中的油、水、氣平衡系統(tǒng)遭到破壞[1]。一些文獻(xiàn)調(diào)研表明，在研究和研制酸液體系方面，無論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，都沒有報(bào)道深度低傷害酸液酸巖反應(yīng)的相關(guān)內(nèi)容。由此，在分析了石油工業(yè)開發(fā)的中、后期巖層堵塞機(jī)理之后，對(duì)深度低傷害復(fù)合酸液體系的研制以及對(duì)其酸巖反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行研究，為油田的酸化、酸壓提供部分理論依據(jù)[2]。

本研究運(yùn)用長(zhǎng)巖心與短巖心酸化流動(dòng)模擬試驗(yàn)來模擬深度低傷害復(fù)合酸液在儲(chǔ)層中的反應(yīng)過程，利用掃描電鏡對(duì)在酸巖反應(yīng)前后的微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，對(duì)深度低傷害復(fù)合酸液體系的穿透性與其影響因素進(jìn)行確定，探究此堵劑在酸巖反應(yīng)中的低傷害微觀機(jī)理[3]。

1 長(zhǎng)巖心酸化流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)研究

長(zhǎng)巖心的酸化流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的是自動(dòng)型巖心流動(dòng)儀設(shè)備，此設(shè)備是從國(guó)外引進(jìn)的用于酸化改造工程實(shí)驗(yàn)室的最主要的組成部分[4]。從流動(dòng)通道的設(shè)置開始，到改變并計(jì)量泵排量，開關(guān)閥門，升溫加熱器，采集有效數(shù)據(jù)以及后期處理全部實(shí)現(xiàn)電腦化，自動(dòng)化的程度和精密程度都很高。該系統(tǒng)中的中間容器、加熱器以及敏感的實(shí)驗(yàn)傳感器均由耐酸性能良好的合金材料制備而成。此系統(tǒng)最高的試驗(yàn)溫度能夠超過150 ℃，最大回壓可達(dá)15 MPa，而圍壓則達(dá)到30 MPa，恒定的泵排量能夠達(dá)到0～15 mL/min、壓力可達(dá)50 MPa、實(shí)驗(yàn)用巖心長(zhǎng)度最高可達(dá)35 cm、最多可以一次性測(cè)定5段巖心的滲透率K的變化情況，既可以用來研究入井液自身的性能和其對(duì)原始儲(chǔ)層所產(chǎn)生的污染狀況，還可以研究復(fù)合型酸液體系對(duì)地層的改造效果以及在酸化過程中造成的二次傷害機(jī)理（圖1）。

（a）

（b）

（c）

（d）

圖1 65 ℃下 常規(guī)多氫酸、氟硼酸、土酸以及深度低傷害復(fù)合酸液長(zhǎng)巖心流動(dòng)模擬試驗(yàn)

Fig.1 General multi-hydrogen acid，boratofluoric acid，mud acid and low damage composite acid long-core flow simulation tests

試驗(yàn)結(jié)果表明：在注入深度低傷害復(fù)合酸液后，與常規(guī)多氫酸、氟硼酸以及土酸相比，第1段、第2段和第3段的巖心滲透率K都呈現(xiàn)出較大程度增加的現(xiàn)象，其中第2段巖心酸化后巖心滲透率K的提高率是土酸的2.58倍，第3段巖心滲透率K提高了48.9%，而使用土酸進(jìn)行酸化的第3段巖心滲透率K反而降低而沒有提高率，因此表明深度低傷害復(fù)合酸液可以實(shí)現(xiàn)酸化過程中有效增注增產(chǎn)的效果，總滲透率可提高1.75倍，且可確保巖樣端面完好，基本可以保證酸化二次傷害的降低，實(shí)現(xiàn)低傷害深穿透的功能。深度低傷害復(fù)合酸液體系比其它三種酸液體系的效果更為明顯，可用于高孔高滲儲(chǔ)層的酸化解堵作業(yè)。

2 短巖心酸化流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)研究

在室內(nèi)條件下采用類似于天然儲(chǔ)層的巖心和所研究區(qū)域的儲(chǔ)層巖屑，這些巖屑結(jié)合粘土礦物以此模擬巖心來實(shí)施短巖心的模擬實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)采用的裝置能夠真實(shí)地呈現(xiàn)出地層的實(shí)際酸化改造過程，得到的酸化改造評(píng)價(jià)效果較為精確[5]。模擬天然短巖心流動(dòng)模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果如表1-表2所示。

表1 實(shí)驗(yàn)室短巖心模擬酸化改造試驗(yàn)方案

Table 1 Laboratory short-core simulation acidification reforming tests project

實(shí)驗(yàn)

序號(hào) 巖心編號(hào) 溫度/℃ 具體程序及配方

前置液 前置液 主體酸液 后置液

1 YX01 60 清污混注

+

2.5%

KCl 11%

HCl

+

添加劑 11%HCl+4%HF+

添加劑 2.5%

KCl

2 YX02 60 11%HCl+4%HF+

添加劑

3 YX03 60 7%HCl+9%HBF4+添加劑

4 YX04 60 7%HCl+9%HBF4+添加劑

5 YX05 60 多氫酸體系

6 YX06 60 多氫酸體系

7 YX07 60 深度低傷害復(fù)合酸液

8 YX08 60 深度低傷害復(fù)合酸液

表2 短巖心酸化工藝流動(dòng)模擬試驗(yàn)結(jié)果

Table 2 Short-core acidification flow simulation test results

巖心編號(hào) 巖心滲透率K/（×103μm2） 滲透率

比值

原始 污染后

前置液K1 前置酸 主體酸 后置液K4 K4/K1

YX01 767 551 357 488 695 1.26

YX02 1521 1023 754 985 1266 1.24

YX03 635 422 293 509 684 1.62

YX04 1603 1058 764 1283 1686 1.59

YX05 688 385 253 397 434 1.12

YX06 1522 966 597 1285 1346 1.39

YX07 726 539 417 956 967 1.79

YX08 1877 1208 875 2095 2185 1.81

短巖心酸化流動(dòng)模擬試驗(yàn)結(jié)果討論如下：

（1）在注入11%HCl前置鹽酸后，1～8號(hào)巖心的滲透率K都呈現(xiàn)出大幅度下降的現(xiàn)象，并且大量的二氧化碳?xì)馀莩霈F(xiàn)在出口的殘酸處。而隨著二氧化碳?xì)馀萘康脑絹碓缴?，巖心的滲透率K表現(xiàn)為逐漸回升，但是在注入前置酸的末尾階段基本沒有出現(xiàn)氣泡，表明11%的HCl基本溶解了巖心中大比例碳酸鹽巖膠結(jié)物[6]。巖心滲透率K在注入鹽酸后下降的原因，主要是由兩個(gè)方面造成的：

1）固體顆粒的運(yùn)移；

2）二氧化碳?xì)馀莸挠绊憽?/p>

11%的HCl與儲(chǔ)層中的碳酸鹽巖發(fā)生反應(yīng)后，造成其中一部分碳酸鹽巖中的膠結(jié)物質(zhì)脫落從而發(fā)生運(yùn)移，導(dǎo)致孔喉通道發(fā)生堵塞。

（2）實(shí)驗(yàn)4是一種深度低傷害復(fù)合型酸液，與之前的幾種酸液進(jìn)行對(duì)比：該復(fù)合酸液既可以確保酸的強(qiáng)度基本不變，還具有良好緩解反應(yīng)速率的作用。從而讓此反應(yīng)中略低的酸液pH值和略長(zhǎng)的酸巖反應(yīng)時(shí)間這兩個(gè)重要因素得到保證并且增大作用的距離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該復(fù)合酸液體系產(chǎn)生的的酸化解堵效果較為明顯。該組試驗(yàn)注入清污混注污水20 PV后巖心的滲透率K從1877×10-3μm2下降到1 208×10-3μm2，注入11% HCl后，滲透率K下降到875×10-3μm2；而在注入深度低傷害復(fù)合酸液體系之后，巖心的滲透率K逐步上升至2095×10-3μm2；在注入2.5% KCl頂替液后，巖心的滲透率K最終穩(wěn)定在2 185×10-3μm2，滲透率K提高1.81倍。向巖心注入此復(fù)合型酸液的完整操作中，巖心的滲透率K都表現(xiàn)出緩慢提高的現(xiàn)象，說明此酸巖之間的反應(yīng)是逐步深入的，同時(shí)也說明此復(fù)合型酸液體系具有在一定程度上延緩酸巖反應(yīng)速率的作用，隨著鹽酸與巖樣反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)展，巖心的滲透率K逐漸改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，幾乎所有巖心的端面都是完好無損的，說明此種復(fù)合型酸液體系整體的反應(yīng)速率較為緩慢，無法溶蝕掉巖樣的端面；而根據(jù)巖心的滲透率K得到的改善程度，深部?jī)?chǔ)層的堵塞問題能夠得到有效解決。

3 長(zhǎng)、短巖心酸化流動(dòng)模擬試驗(yàn)結(jié)果分析

由于長(zhǎng)巖心的模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋蛹?xì)致地對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)的酸化過程進(jìn)行模擬，所以它可以作為對(duì)復(fù)合型酸液體系進(jìn)行優(yōu)選和對(duì)酸液體系優(yōu)化設(shè)計(jì)的最佳模擬方法[7]。試驗(yàn)結(jié)果表明，長(zhǎng)巖心模擬酸化流動(dòng)時(shí)比短巖心深入地層的效果更好，可用第1、2段結(jié)果可以表示短巖心的模擬試驗(yàn)，而深部?jī)?chǔ)層的酸巖反應(yīng)過程以及酸化二次傷害狀況可以用第3段巖心以后的結(jié)果表示。

短巖心酸化流動(dòng)模擬試驗(yàn)得到的巖心滲透率K的改善程度大體偏高且易趨于穩(wěn)定；而單就第1、2段巖心的模擬試驗(yàn)現(xiàn)象來說，長(zhǎng)巖心的結(jié)果的與短巖心相類似，然而后面幾段長(zhǎng)巖心的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前者有較大差別。

短巖心的模擬試驗(yàn)無法觀測(cè)到二次酸化的具體反應(yīng)過程、固體顆粒運(yùn)移等對(duì)天然儲(chǔ)層自身造成的傷害；而在長(zhǎng)巖心的模擬實(shí)驗(yàn)中，每一段巖心中的酸巖反應(yīng)過程更加符合實(shí)際，通過分析并測(cè)定殘余酸液各離子濃度、觀察巖心內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的變化等，能夠更加深入地研究各種復(fù)合型酸液體系的綜合性能、儲(chǔ)層中酸巖的反應(yīng)進(jìn)度情況以及在二次酸化過程中造成傷害的原因。

長(zhǎng)巖心的酸化流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)那些具有一些長(zhǎng)石及碎巖屑等促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行的物質(zhì)所在儲(chǔ)層進(jìn)行改造時(shí)，較高濃度的土酸會(huì)使儲(chǔ)層產(chǎn)生二次沉淀，二次酸化過程中的傷害率也較高，但是同種巖心在開展短巖心酸化流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)卻顯示常規(guī)濃度的土酸實(shí)施酸化作業(yè)時(shí)巖心的滲透率K都呈現(xiàn)出上升的現(xiàn)象。

4 結(jié) 論

通過對(duì)長(zhǎng)、短巖心酸化流動(dòng)模擬試驗(yàn)的綜合分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）長(zhǎng)巖心實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，對(duì)含有長(zhǎng)石及碎巖屑等促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行的物質(zhì)的儲(chǔ)層實(shí)施改造時(shí)，濃度較高的土酸會(huì)使儲(chǔ)層產(chǎn)生二次沉淀，二次酸化的傷害率也較高，但是同種巖心在進(jìn)行短巖心酸化流動(dòng)模擬試驗(yàn)時(shí)卻顯示常規(guī)濃度的土酸實(shí)施酸化時(shí)巖心的滲透率K都呈現(xiàn)出上升的現(xiàn)象。

（2）具有深度低傷害作用的酸液體系的實(shí)際改造效果較好，不但可以把巖心滲透率改善到受到污染之前的程度，而且能夠有效地阻止產(chǎn)生二次沉淀。

參考文獻(xiàn)：

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