一種用于高泥質(zhì)砂巖儲層解堵液配方實驗評價

張燕利

（中國石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南南陽 473132）

為了防止鉆、完井過程中井壁垮塌或控制溢流，井筒內(nèi)壓力一般都大于地層壓力，這將導(dǎo)致鉆井泥漿侵入儲層，造成泥漿污染。據(jù)文獻報道，近井地帶鉆井泥漿的侵害可使?jié)B透率降到原始滲透率的10%以下，導(dǎo)致新投產(chǎn)井投注效果差，嚴重影響生產(chǎn)效益[1]。

泥質(zhì)砂巖含量高的部分新投產(chǎn)井，在鉆井過程中易受到傷害，造成區(qū)塊欠產(chǎn)欠注嚴重，必須有針對性地開展鉆井泥漿污染酸化解堵配方研究，形成酸化解堵配方，降低儲層傷害，提高開發(fā)效益[2]。

1 儲層泥漿污染的潛在損害因素

魏崗油田儲層物性較好， 孔隙度為19.0%～27.0%，平均 24.9%；空氣滲透率為0.017～1.036μm2，平均0.479 μm2；平均含油飽和度為67%。原油具有含蠟高、凝固點高、飽和壓力低、黏度中等的特點，含蠟量為32.00%～53.68%，凝固點為42 ～65 ℃，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量為11%～13%。

魏崗油田儲層在鉆、完井過程中易受泥漿污染，根據(jù)儲層特征及鉆井液類型，分析儲層污染潛在的損害因素有:①鉆井液中的固相易侵入高孔、高滲儲層，且侵入深度大，污染嚴重；②儲層膠結(jié)疏松，當(dāng)外來流體侵入儲層時會引起儲層骨架顆粒的脫落、運移，堵塞孔喉；③儲層黏土礦物主要以蒙脫石、伊蒙混層為主，當(dāng)不配伍的鉆井液進入儲層引起黏土礦物的水化膨脹、脫落，造成儲層空間、油流通道破壞，滲流能力降低。

2 解堵酸液配方實驗

針對儲層特征及傷害因素，確定酸化措施的對策主要有:①篩選合適的酸液質(zhì)量分數(shù)，提高酸化有效作用距離；②優(yōu)選高效的鐵離子穩(wěn)定劑及緩蝕劑，降低氫氧化鐵沉淀對儲層的二次傷害；③優(yōu)選抗酸渣劑，降低酸渣帶來的二次傷害；④篩選優(yōu)質(zhì)的耐高溫緩蝕劑，降低酸液對井筒和管柱的腐蝕；⑤優(yōu)選高效表面活性劑，降低酸液的流動阻力，提高殘酸的返排能力[3]。

2.1 泥漿溶蝕主體酸液配方實驗

2.1.1 酸液對泥漿濾餅的溶蝕實驗

開展酸液對鉆井泥漿濾餅的溶蝕實驗，分析酸液解除鉆井泥漿污染物堵塞的能力。室內(nèi)配制不同質(zhì)量分數(shù)的酸液，進行濾餅溶蝕實驗，計算溶蝕率，通過溶蝕率曲線，找出拐點，確定酸液質(zhì)量分數(shù)。

（1）選取不同質(zhì)量分數(shù)的鹽酸來確定溶蝕率。實驗結(jié)果表明，鹽酸對泥漿濾餅具有一定的溶蝕能力。當(dāng)HCl 質(zhì)量分數(shù)添加至12.0%后，溶蝕率曲線趨于14.0%左右（圖1），因此，確定HCl 質(zhì)量分數(shù)12.0%為溶蝕率拐點。溶蝕率偏低時，需進一步優(yōu)選主體酸液。

圖1 鹽酸質(zhì)量分數(shù)對1#濾餅溶蝕率實驗

（2）選取不同質(zhì)量分數(shù)的HF 酸來優(yōu)選溶蝕率。實驗結(jié)果表明，在HCl 質(zhì)量分數(shù)為12.0%的酸液中，添加不同質(zhì)量分數(shù)的HF 后，酸液對泥漿濾餅具有更強的溶蝕能力。當(dāng)HF 質(zhì)量分數(shù)添加至1.5%時，溶蝕率趨于40.00%左右（圖2）。初步確定主體酸配方為12.0%HCl+1.5%HF。

圖2 主體酸對1#濾餅溶蝕率實驗結(jié)果

2.1.2 巖屑溶蝕實驗篩選氟硼酸酸液體系（HBF4）

魏崗油田儲層泥質(zhì)含量高且膠結(jié)疏松，常規(guī)酸液體系易破壞巖石骨架，造成黏土微粒運移。在生產(chǎn)過程中，泥質(zhì)細粉砂運移到近井地帶沉積造成堵塞，產(chǎn)生速敏問題，導(dǎo)致地層滲透率下降。室內(nèi)開展的酸液配方經(jīng)魏崗油田巖心流動實驗證實，初選的主體酸液對儲層改造能力很弱，從巖心端面對比看（圖3），酸液對巖石骨架存在破壞，導(dǎo)致微粒運移[4-6]。因此，要求酸液不僅能有效解除泥漿污染，還應(yīng)具有穩(wěn)砂功能，需進一步開展室內(nèi)穩(wěn)砂研究。

圖3 酸化前(左)、后（右）巖心進液端部照片

HBF4能溶解黏土礦物中的鋁離子，降低黏土礦物的陽離子交換能力，使黏土鈍化，減少黏土礦物的膨脹，防止因黏土膨脹對地層造成的傷害。HBF4還可與地層礦物發(fā)生二次反應(yīng)，也就是次生的氟硅酸進一步與鋁硅酸鹽反應(yīng)，并在黏土表面形成硅凝膠。硅凝膠可使黏土微粒產(chǎn)生化學(xué)凝聚作用，凝聚后的微粒在原地膠結(jié)，可使處理后因流量加大而引起的微粒運移受到限制，起到了穩(wěn)定黏土礦物的作用[7-8]。

在酸液體系中加入HBF4，可以解除地層堵塞，起到穩(wěn)砂作用。開展酸液對巖屑的溶蝕實驗，在土酸體系中加入不同質(zhì)量分數(shù)的HBF4，根據(jù)溶蝕率曲線找出拐點，確定最佳質(zhì)量分數(shù)。從圖4 可知，在土酸體系中加入不同質(zhì)量分數(shù)的HBF4，質(zhì)量分數(shù)大于4.0%時，溶蝕率基本維持在33.2 左右，優(yōu)選出的質(zhì)量分數(shù)為4.0%。

2.2 緩速酸配方

圖4 不同質(zhì)量分數(shù)的HBF4 對巖屑的溶蝕率

針對儲層泥質(zhì)含量高且膠結(jié)能力弱，外來流體進入儲層，可能造成微粒運移，導(dǎo)致深部污染堵塞的問題，需要篩選緩速酸配方，通過減緩酸鹽反應(yīng)速度，達到深部酸化解堵的目的。

從圖5 可以看出，4 種不同質(zhì)量分數(shù)的酸液分別開展酸鹽反應(yīng)實驗，通過繪制不同反應(yīng)時間的溶蝕率曲線，發(fā)現(xiàn)當(dāng)HAc 質(zhì)量分數(shù)大于2.0%時，酸液對巖屑的溶蝕具有緩速性，反應(yīng)時間基本趨于2.5 h，因此，選定HAc 質(zhì)量分數(shù)為2.0%。最終優(yōu)選的主體酸液為12.0%HCl+1.5%HF+4.0%HBF4+2.0%HAc。

圖5 緩速酸對1#巖屑溶蝕率實驗

2.3 酸液添加劑

2.3.1 抗酸渣劑

優(yōu)質(zhì)抗酸渣劑可以減少酸液與原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)反應(yīng)帶來的二次傷害。為了確定合理的抗酸渣劑添加質(zhì)量分數(shù)，開展不同條件下酸渣含量測定實驗。實驗結(jié)果表明，抗酸渣劑質(zhì)量分數(shù)越高，酸液與原油反應(yīng)殘渣越少（圖6），建議采用抗酸渣劑的質(zhì)量分數(shù)為2%。

圖6 烘干后的酸渣

2.3.2 黏土穩(wěn)定劑

根據(jù)防膨率測試（SY/T-94 行業(yè)標準）方法，在酸液中加入黏土穩(wěn)定劑，可防止未溶解黏土礦物膨脹、分散和運移，有利于提高酸化效果。根據(jù)黏土穩(wěn)定劑防膨?qū)嶒灒c酸液分散配伍實驗，確定出防膨效果好且與酸液分散配伍性好的黏土穩(wěn)定劑。實驗結(jié)果推薦使用黏土穩(wěn)定劑質(zhì)量分數(shù)為2.0%。

3 酸液配方性能評價

3.1 酸液溶蝕率實驗

為了考察配方酸液對魏崗儲層巖屑的改造能力，開展了配方酸液在儲層條件下對巖屑的溶蝕實驗。取2#巖心，以儲層溫度60 ℃進行配方酸液對巖屑的溶蝕實驗，反應(yīng)3 h，實驗結(jié)果見表1。從表中可以看出，配方酸液對巖屑的平均溶蝕率為33.6%，有較強的溶蝕能力，能滿足現(xiàn)場需求。

3.2 酸液配方巖心流動實驗

表1 2#巖心巖屑溶蝕率實驗結(jié)果

取3#巖心開展配方酸液對巖心的流動實驗，考察配方酸液對被污染巖心的滲透率恢復(fù)能力。實驗方法:①正向驅(qū)替煤油，測基礎(chǔ)滲透率（k0）；②反向驅(qū)替鉆井液，測巖心傷害后滲透率（k1）；③反向驅(qū)替酸液，停泵反應(yīng)2 h；④正向驅(qū)替煤油，測基礎(chǔ)滲透率（k2）。實驗結(jié)果見圖7。

從圖7 可以看出，巖心注入鉆井液后，滲透率下降，經(jīng)綜合酸液酸化解堵后，巖心滲透率恢復(fù)，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，巖心端部無出砂現(xiàn)象，表明該酸液在解除泥漿污染堵塞的同時穩(wěn)砂性能較好，沒有出砂現(xiàn)象。

4 結(jié)論及建議

（1）采用常規(guī)酸液酸化泥質(zhì)含量高的砂巖儲層時，酸液對儲層會過快或過度溶蝕，易使疏松砂巖骨架破壞導(dǎo)致微粒運移，引起儲層傷害。

（2）HBF4酸液體系在酸化過程中對鉆井泥漿有較好的溶蝕能力，且具有較好的穩(wěn)砂性能，能有效降低酸液對儲層的過度溶蝕，防止骨架破壞和微粒運移。

圖7 3#巖心流動實驗