江蘇油田VES稠化酸緩速性能及酸蝕裂縫導流能力優(yōu)化研究

李太偉，虞建業(yè)，袁萍 馬巍，盧敏暉

(中石化江蘇油田分公司石油工程技術研究院，江蘇 揚州 225009)

酸壓的目的是產生一條裂縫，從而對油氣產生更有效的泄流，以大幅度提高單井產量。酸壓裂縫的長度和酸蝕裂縫導流能力嚴重影響著酸壓的效果。常規(guī)酸酸壓中，由于酸、巖反應速度較快，酸液主要消耗在近井地帶，余酸難以對裂縫遠端產生有效刻蝕，最終導致酸液有效作用距離大大縮短，增產效果不理想[1～4]。江蘇油田根據勘探開發(fā)需要，自主合成了一種具有緩速性能的VES(黏彈性表面活性)稠化酸，筆者通過室內試驗研究了該稠化酸的緩速性能。另外，酸壓施工中，若注入參數及工藝選取不當，不僅會降低儲層改造效果，還會增加施工成本[5～7]。通過室內試驗，進一步研究了該VES稠化酸在不同注入參數、注入工藝條件下的酸蝕裂縫導流能力、酸蝕裂縫形態(tài)，以期為現場施工方案的優(yōu)化提供指導。

1 VES稠化酸酸液體系

合成VES稠化酸酸液體系的稠化劑為一種新型結構的表面活性劑，其主要原料為有機胺，合成步驟如下：

1)將十八烷基二乙醇胺和1，3-二氯-2-丙醇按照1∶0.55的摩爾比混合，以碳酸鈉調整反應體系的pH值至7.5～8.5，加熱至120℃，反應生成陽離子雙子表面活性劑。

2)將反應產物降溫至70～80℃，加入氨基磺酸和尿素，其中氨基磺酸與十八烷基二乙醇胺的投料摩爾比為1∶1，尿素的投料質量占十八烷基二乙醇胺、1，3-二氯-2-丙醇、氨基磺酸和尿素總質量的0.3%，加熱至130℃，反應生成硫酸脂鹽兩性雙子表面活性劑，即稠化劑。

3)將合成的稠化劑與鹽酸、緩蝕劑、乙二胺四乙酸鈉和水按照一定比例混合，形成具有稠化劑用量低、耐溫性能強、起黏性能好、緩速性能強、壓后自破膠等優(yōu)點的酸液體系。

稠化劑質量分數為3%～5%，鹽酸質量分數為20%時，稠化劑形成的蠕蟲狀膠束可以相互纏繞，進而形成三維網絡狀結構，宏觀上表現出較高的黏度。圖1為稠化劑質量分數為5%、鹽酸質量分數為20%時的酸液體系在溫度為120℃、剪切速率為170s-1的條件下的流變曲線，酸液體系黏度可以保持在30mPa·s左右，較好地滿足了施工要求。

2 試驗方法

試驗巖板為大理石，根據符合API標準的酸蝕裂縫反應室將其加工成尺寸為15.2cm×5cm×2.2cm的矩形平行巖板，表面光滑，無加工所留的碎屑、裂紋、缺口、鋸口及明顯的裂縫。

主要通過導流儀測量酸液流經大理石巖板后的酸蝕裂縫導流能力、巖板的酸蝕形態(tài)研究酸液的緩速性能。該方法的優(yōu)勢在于可以較真實地模擬酸壓過程中酸液在裂縫中的分布、酸液對裂縫壁面的酸蝕，可較真實地反映酸蝕裂縫導流能力變化規(guī)律。試驗溫度為100℃。

試驗裝置為AFCS-845型酸蝕裂縫導流儀，該裝置主要由液壓侍輔系統(tǒng)、酸化導流室、流程管路、液罐群、數據采集與控制系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)等組成，具體流程如圖2所示。測試方法如下：大泵將液罐中的酸液經加熱器注入到導流室與巖板反應，反應后將巖板閉合，注入清水，壓差傳感器會記錄導流室兩端的壓差，計算反應后的裂縫導流能力。

圖2 酸蝕裂縫導流能力測試試驗流程圖

3 VES稠化酸緩速性能

圖3 不同酸液體系的酸蝕裂縫導流能力隨閉合壓力的變化情況

試驗選取質量分數為20%的鹽酸及質量分數分別為3%的VES稠化酸(3%稠化劑+20%鹽酸)和5%的VES稠化酸(5%稠化劑+20%鹽酸)，酸液用量為500mL，注酸排量為20mL/min。不同閉合壓力下的酸蝕裂縫導流能力如圖3所示，3種酸液的酸蝕裂縫導流能力在不同閉合壓力作用下均保持較高水平，可以滿足油氣泄流要求。相同條件下，VES稠化酸的酸蝕裂縫導流能力小于常規(guī)鹽酸，并且稠化劑質量分數較高時，酸蝕裂縫導流能力較小。

3種酸液體系對巖板的酸蝕情況如圖4～6所示，相比常規(guī)鹽酸，VES稠化酸對巖板的酸蝕程度較弱，并且稠化劑質量分數較高時，巖板的酸蝕程度較弱。

在巖板物性相似、尺寸相同、酸液注入參數相同的條件下，相比于常規(guī)鹽酸，VES稠化酸對巖板的酸蝕程度較弱，獲得的酸蝕裂縫導流能力也較低，這說明VES稠化酸在導流室內與巖板的反應速度較慢，原因是VES稠化酸具有一定的緩速性能，可以降低酸巖反應速度，從而降低了酸液對巖板的溶蝕程度以及酸蝕裂縫導流能力。

圖4 20%鹽酸注入反應前、后的巖板表面形態(tài)

圖5 3%稠化劑+20%鹽酸注入反應前、后的巖板表面形態(tài)

圖6 5%稠化劑+20%鹽酸注入反應前、后的巖板表面形態(tài)

VES稠化酸具有較好的緩速性能，一是因為酸液黏度的提高降低了氫離子的擴散速度，二是稠化劑為一種黏彈性表面活性劑，其形成的膠體網狀結構可以阻止氫離子的活動。在實際酸壓中，利用VES稠化酸的緩速性能可以減少酸液在近井地帶的消耗量，增加酸液活性的保持時間，從而使得更多的酸液運移并作用在裂縫遠端，最終實現深度酸壓，提高裂縫有效長度，改善增產效果。

4 酸蝕裂縫導流能力優(yōu)化

4.1 注酸排量的優(yōu)化

圖7 不同注酸排量下酸蝕裂縫導流能力隨閉合壓力的變化

試驗中，鹽酸質量分數為20%，稠化劑質量分數為5%，注酸量為500mL，注酸排量分別為10、20、30mL/min，酸蝕裂縫導流能力隨閉合壓力的變化如圖7所示。由圖7可知，在注酸量一定的前提下，注酸排量越大，酸液與巖板接觸反應的時間越短，酸蝕裂縫導流能力越低，同時提高注酸排量可以快速將酸液推進至裂縫遠端，減少酸液在近井地帶的過度消耗，增加酸液活性的保持時間，有利于增加裂縫有效長度。在實際酸壓中，施工初期可以適當提高施工排量，以增加裂縫長度和酸液波及面積；后期可以適當降低排量，以提高酸蝕裂縫導流能力。

4.2 注入方式的優(yōu)化

圖8 不同注入工藝下的酸蝕裂縫導流能力隨閉合壓力的變化

稠化酸多級交替注入酸壓技術主要原理是多級交替注入稠化酸和非反應液體[8,9]。試驗中，VES稠化酸酸液中鹽酸質量分數為20%，稠化劑質量分數為5%，注酸量為500mL，注酸排量為20mL/min。主要注入程序如下：①注VES稠化酸100mL；②注低黏非反應液體50mL；③注VES稠化酸100mL；④注低黏非反應液體50mL；⑤注VES稠化酸100mL；⑥注低黏非反應液體50mL；⑦注VES稠化酸200mL，停泵反應5min；⑧注水10min，頂替管線中的酸液，測量裂縫導流能力。不同注入工藝下的酸蝕裂縫導流能力隨閉合壓力的變化如圖8所示，多級交替注入條件下的酸蝕裂縫導流能力大于單級注入條件下的酸蝕裂縫導流能力。

圖9、圖10為不同注入工藝反應前后的巖板表面形態(tài)，可以看出多級交替注入工藝對巖板表面的刻蝕效果更好，主要表現在多級交替注入下巖板表面形成更多的連通酸蝕溝槽，因此多級交替注入工藝有助于裂縫導流能力的提高。

多級交替注入時，酸蝕裂縫導流能力有所提高，分析原因認為：首先，非反應液體的頂替作用可盡快將酸液推進到裂縫遠端，有利于降低酸液在近井地帶的過度消耗，擴大酸液在裂縫內的波及范圍，改善裂縫酸蝕效果，提高裂縫有效長度；其次，VES稠化酸黏度較大，與低黏非反應液體的黏度差產生的指進現象可以增加酸液向裂縫遠端的推進速度，增大酸液的穿透距離；另外，VES稠化酸中的稠化劑為表面活性劑，具有一定的吸附性能，可以在裂縫壁面形成一定的吸附層，減少巖板與酸液的接觸。單級注入條件下，由于隔離層的作用，注入后期酸液對巖石壁面的酸蝕作用大大降低，而多級交替注入條件下，一方面低黏非反應液體對隔離層形成物理沖刷，一方面表面活性劑形成的膠束遇水后破膠，從巖板壁面脫落，兩者的共同作用可以減少隔離層的形成，增加酸液對裂縫壁面的刻蝕深度和面積，提高裂縫導流能力。

圖9 VES稠化酸單級注入反應前、后的巖板表面形態(tài)

圖10 VES稠化酸多級注入反應前、后的巖板表面形態(tài)

綜合分析，在VES稠化酸酸壓中，選擇多級交替注入工藝，可以進一步改善酸液對裂縫壁面的酸蝕效果，提高酸液有效作用距離，從而增加酸蝕裂縫導流能力及有效縫長。在實際施工中，可以將壓裂與酸壓技術相結合，首先注入壓裂液，在地層中形成一定長度的裂縫；然后通過多級交替注入的方式注入酸液及非反應性液體，改善酸液對裂縫壁面的酸蝕效果，以提高酸蝕裂縫導流能力、酸液有效作用距離和酸壓改造效果。

5 結論

1)江蘇油田自主研發(fā)的VES稠化酸具有一定的緩速性能，可以降低酸、巖反應速度，應用于深度酸壓中有助于改善裂縫壁面的酸蝕效果，提高裂縫有效長度。

2)酸量一定時，大排量注酸可以將酸液迅速推至裂縫遠端，提高裂縫有效長度；小排量注酸可以增加酸液與裂縫的反應時間，提高裂縫導流能力。

3)稠化酸酸壓多級交替注入可以改善裂縫壁面的酸蝕效果，有利于提高裂縫導流能力和有效縫長，研究為后期進一步探索不同的多級交替注入模式下酸液對裂縫壁面的酸蝕效果奠定了基礎。