A油田酸化解堵液及其對應(yīng)酸化緩蝕添加劑優(yōu)選

李子輝

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司 第五采油廠 （黑龍江 大慶 163513)

A油田為了進一步有效開采剩余原油，在對注采井加密調(diào)整的同時，1998年底在A區(qū)開展了聚合物驅(qū)油試驗，取得了良好的增油效果，提高了采收率。2003年以后，對各個區(qū)塊陸續(xù)開展了聚合物驅(qū)油技術(shù)的礦場推廣，改善了儲層驅(qū)替波及體積，使得原來水驅(qū)未波及到的物性相對較差的儲層得到有效動用，極大地改善了開發(fā)效果[1-8]。同時，注聚井由于地層孔隙被堵塞而難以注入的問題也逐漸凸顯[9-12]，成為油田開發(fā)中后期影響聚驅(qū)井生產(chǎn)的難題。酸化作為一種常用儲層解堵技術(shù)，在各大油田廣泛采用。應(yīng)用HCl、HF、HBF43種油田常用酸溶液，綜合考慮用量和效果，對其濃度進行優(yōu)化，獲得最佳的酸化解堵液配方。為避免其對井下管柱的腐蝕，對酸化緩蝕添加劑進行優(yōu)選，為現(xiàn)場推廣提供了技術(shù)支持。

1 固形堵塞物溶解劑的試配

實驗中，分別選擇HCl、HF、HBF4酸溶液對巖心粉末中固形堵塞物溶解，通過評價溶解效果得出酸化解堵配方。

1.1 HCl濃度優(yōu)選

1）配制濃度為1%～8%的HCl溶液。

2）將天然巖心洗油烘干后粉碎，將濾紙與巖心粉末放入烘箱中烘干并稱量，記錄濾紙質(zhì)量（m0）。

3）利用天平稱1 g巖心粉末（m1），精確到0.001 g，放入10 mL不同質(zhì)量濃度的HCl溶液中，并適當搖晃離心管，使酸液與巖心粉末充分接觸潤濕后，密封，記錄時間，置于45℃的恒溫箱中。

4）反應(yīng)4 h后，取出并過濾，用蒸餾水沖洗，直到濾液pH=7。

重復(fù)上述步驟，測算不同濃度HCl溶液的溶解試驗數(shù)據(jù)，計算相應(yīng)的溶解率。溶解率的計算公式為：△m/m1×100%=（m0+m1-m2）/m1×100%。實驗結(jié)果見表1，HCl對樣品的溶解率實驗如圖1所示。

表1 HCl對樣品的溶解率實驗數(shù)據(jù)

圖1 HCl對樣品的溶解率實驗結(jié)果

由表1和圖1可見，HCl濃度增大，巖心粉末的溶解率也隨之升高，但當HCl濃度超過5%以后，曲線斜率變小，說明再繼續(xù)增加HCl的質(zhì)量分數(shù)，巖心粉末溶解率增加率變小。因此HCl的質(zhì)量分數(shù)確定為5%。

1.2 HF濃度優(yōu)選

配制0.5%～3.0%的HF溶液，與巖心粉末反應(yīng)，測定巖心粉末的溶解率。改變HF溶液的質(zhì)量分數(shù)，并重復(fù)上述實驗步驟，得到低碳有機酸對巖心粉末溶解結(jié)果，如圖2所示。

圖2 HF對樣品的溶解率實驗結(jié)果

由圖2可知，HF質(zhì)量分數(shù)增大，巖心粉末的溶解率也隨之增加，酸溶液對固形物的溶解能力越強。HF質(zhì)量分數(shù)超過2%以后，溶解率趨于穩(wěn)定，說明再繼續(xù)提高HF的質(zhì)量分數(shù)，巖心粉末的溶解能力增強幅度越來越弱。為了保證較好的處理效果，同時縮減酸量，降低投資，HF的質(zhì)量分數(shù)定為2%。

1.3 HBF4濃度優(yōu)選

配制1%～6%的HBF4酸液，與巖心粉末反應(yīng)，測定溶解率，實驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 HBF4對樣品的溶解率實驗結(jié)果

由圖3可見，增加HBF4質(zhì)量分數(shù)，固形堵塞物的溶解率隨之增大。當HBF4質(zhì)量分數(shù)超過3%以后，溶解率趨于穩(wěn)定，說明再繼續(xù)提高HBF4的質(zhì)量分數(shù)，巖心粉末溶解能力增強幅度越來越弱。為了保證較好的處理效果，同時縮減酸量，降低投資，HBF4的質(zhì)量分數(shù)確定為3%。

1.4 復(fù)合劑溶解效果實驗

通過1.1—1.3小節(jié)實驗篩選出了不同酸液的最佳質(zhì)量分數(shù)，組合起來，得到儲層巖石粉末的溶解液配方：5%HCl+2%HF+3%HBF4。為定量評價此復(fù)合劑的溶解效果，取3份樣品進行實驗，見表2。

表2 固形堵塞物溶解實驗數(shù)據(jù)

由表2可見，混合酸液對3份巖心粉末樣品的平均溶解率達到16.93%，復(fù)合劑溶解效果顯著優(yōu)于單劑溶解效果。

本設(shè)計選用電容參數(shù)為150 μF，ESR為12 mΩ，將兩個相同電容并聯(lián)接入電路，以進一步降低ESR。

因此，固形堵塞物解堵液主劑配方為：5%HCl+2%HF+3%HBF4。

2 酸化緩蝕劑優(yōu)選

酸化緩蝕劑作為解堵工藝中不可或缺的一種添加藥劑，可以有效地減輕酸溶液對井下管柱和設(shè)備的腐蝕，保護井下工具。選用不同有機酸化緩蝕劑，通過實驗篩選配方。

2.1 實驗方法

應(yīng)用掛片失重法，將掛片從包裝紙包中取出，除銹、除油、烘干、稱重、測量長寬、計算表面積、浸入到溶液中，經(jīng)過一段時間，撈出掛片，洗凈殘余溶液，烘干稱重，計算質(zhì)量損失、腐蝕速率及腐蝕率。

腐蝕速率：

式中：v為掛片腐蝕速率，g/(m2·h)；Δt為反應(yīng)時間，h；Δm為掛片失重，g；A為掛片表面積，mm2。

腐蝕率：

式中：S為腐蝕率，%；m0為實驗前掛片質(zhì)量，g；m1為實驗后掛片質(zhì)量，g。

2.2 實驗材料與儀器

固形堵塞物溶解劑、無水乙醇、石油醚、N 80鋼片（掛片）如圖4所示。各種酸化緩蝕劑、毛刷、砂紙、天平、游標卡尺、塑料瓶、恒溫水浴如圖5所示。

圖4 掛片

圖5 恒溫水浴

2.3 實驗步驟

1）制備掛片。用N80油管除銹除油，加工掛片，化學(xué)成分見表3。

2）取已制備的掛片，測量其長寬，得出該掛片的表面積，用天平測量掛片的質(zhì)量m（0精確至0.001 g），按照工作液與掛片的面容比為20 mL/cm2的條件，依次將不同體積的溶解劑放入各自的密閉容器中，在45℃恒溫水浴鍋中預(yù)熱10～15 min。

表3 N80鋼片組構(gòu)成 %

3）將稱重后的掛片依次放入對應(yīng)的工作液中，45℃恒溫反應(yīng)4 h。

4）撈出掛片并清洗，除污后晾干，用濾紙包好并干燥1 h，用天平稱重m1，依據(jù)公式得出腐蝕速率和腐蝕率。

2.4 實驗結(jié)果與分析

表4 酸化緩蝕劑篩選實驗數(shù)據(jù)

配制濃度為0.5%酸化緩蝕劑并與1.4節(jié)中所示比例的固形堵塞物溶解劑混合，按照2.3節(jié)實驗步驟實驗，結(jié)果見表4。

由表4測試結(jié)果可看出，固形堵塞物溶解劑對掛片的腐蝕很嚴重，其空白樣的腐蝕速率遠遠大于SY/T 5405—1996《酸化用酸化緩蝕劑性能實驗方法及評價指標》規(guī)定2.0 g/（m2·h）的要求，若不加藥劑防腐，井下設(shè)備必將被腐蝕；加入酸化緩蝕劑后能降低固形堵塞物溶解劑對鋼材的腐蝕速率，其中加入HSSD-1酸化緩蝕劑后，腐蝕速率大幅度降低。因此，選定用HSSD-1酸化緩蝕劑。

由于0.5%的HSSD-1酸化緩蝕劑的腐蝕速率4.806 3 g/（m2·h）未達到標準2.0 g/（m2·h）要求，需要對其濃度進一步優(yōu)化。針對HSSD-1，縮小濃度變化差，按照上述同樣的實驗步驟進行腐蝕實驗，優(yōu)化酸化緩蝕劑用量，實驗結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同濃度的HSSD-1緩蝕效果

由圖6可見，腐蝕速率隨著酸化緩蝕劑HSSD-1的質(zhì)量分數(shù)升高而降低，當質(zhì)量分數(shù)升高到某一閾值后，藥劑對腐蝕控制能力變?nèi)?，曲線趨于平緩。為節(jié)約成本，最終確定HSSD-1酸化緩蝕劑加入到固形堵塞物溶解劑的質(zhì)量質(zhì)量分數(shù)為2.0%，對應(yīng)的腐蝕速率為1.487 3 g/（m2·h），低于標準要求，緩蝕效果良好，能夠滿足現(xiàn)場的需要。

3 結(jié)論

1）5%HCl+2%HF+3%HBF4混合酸液對巖心粉末的溶解率為16.93%，有良好的溶解效果。

2）固形堵塞物溶解劑對掛片的腐蝕很嚴重，其空白樣的腐蝕速率遠遠大于標準規(guī)定2.0 g/（m2·h）的要求，若不加藥劑防腐，井下設(shè)備必將被腐蝕。

3）腐蝕速率隨著酸化緩蝕劑HSSD-1的濃度升高而降低，當濃度升高到某一閾值后，藥劑對腐蝕控制能力變?nèi)?，曲線趨于平緩。

4）當HSSD-1酸化緩蝕劑質(zhì)量分數(shù)為2.0%時，腐蝕速率為1.4873 g/（m2·h），緩蝕效果良好。