甜菜堿類(lèi)酸化自轉(zhuǎn)向劑的性能評(píng)價(jià)

榮新明，張博，張強(qiáng)，馮浦涌，王春林，王貴，丁文剛

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300459)

酸化是油水井增產(chǎn)增注常用的措施之一，酸化處理儲(chǔ)層能有效地恢復(fù)或提高儲(chǔ)層的滲透率[1]，然而對(duì)于非均質(zhì)性強(qiáng)的儲(chǔ)層，酸液進(jìn)入儲(chǔ)層后難以實(shí)現(xiàn)均勻置放[2]，酸液主要沿著高滲透層突進(jìn)，很少進(jìn)入滲流阻力較大的低滲透層，造成酸化低效問(wèn)題[3-4]。且存在機(jī)械轉(zhuǎn)向工藝復(fù)雜，施工難度大，成本高問(wèn)題；泡沫轉(zhuǎn)向受到穩(wěn)定性問(wèn)題限制；聚合物轉(zhuǎn)向存在儲(chǔ)層傷害的問(wèn)題[5-7]。而黏彈性表面活性劑轉(zhuǎn)向克服了常規(guī)轉(zhuǎn)向技術(shù)存在的問(wèn)題，具有施工簡(jiǎn)單、自轉(zhuǎn)向、穩(wěn)定性強(qiáng)、傷害性低等優(yōu)點(diǎn)。本文基于自制的芥酸酰胺丙基甜菜堿，對(duì)甜菜堿型黏彈性表面活性劑自轉(zhuǎn)向酸進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，以滿足非均質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸化轉(zhuǎn)向的需要。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

芥酸酰胺丙基甜菜堿JAB，自制；鹽酸、碳酸鈣均為分析純；緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑、粘土穩(wěn)定劑均為工業(yè)品。

7012S型Waring Blender；DV-II+PRO布氏旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)；2PB00C系列平流泵；202-2型電熱恒溫干燥箱；TY-4型巖心夾持器等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 流變性實(shí)驗(yàn) 在鹽酸中快速加入甜菜堿活性劑JAB，制得自轉(zhuǎn)向酸鮮酸溶液，模擬酸巖反應(yīng)，向其中緩慢加入碳酸鈣，通過(guò)調(diào)節(jié)加入量，制取不同pH值的殘酸溶液，整個(gè)過(guò)程采用Waring Blender進(jìn)行配制。制備完畢后，采用布氏旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定酸液的流變性。

1.2.2 分流轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn) 采用雙巖心并聯(lián)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)酸液的分流轉(zhuǎn)向性能。實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)為60 ℃，實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：將烘干稱重的巖心真空飽和模擬地層水，測(cè)定巖心的孔隙體積；使用基液測(cè)定并聯(lián)巖心的初始滲透率K0；向并聯(lián)巖心中注入工作液，記錄巖心的注入壓力和流量，測(cè)定巖心酸化后的滲透率K1。酸化后的滲透率改善率(R)按下式計(jì)算：

2 結(jié)果與討論

2.1 自轉(zhuǎn)向酸流變性能評(píng)價(jià)

自轉(zhuǎn)向酸的分流轉(zhuǎn)向能力取決于殘酸的流變性，因此著重考察pH值、酸液濃度、剪切作用、溫度和酸液添加劑對(duì)殘酸溶液黏度的影響。

2.1.1 pH值的影響 配制鹽酸濃度為15%，JAB濃度不同的鮮酸，用碳酸鈣調(diào)節(jié)酸液pH，在60 ℃和170 s-1剪切速率下不同濃度JAB的殘酸黏度隨pH的變化見(jiàn)圖1。

圖1 不同JAB濃度的殘酸黏度隨pH變化曲線Fig.1 Residual acid viscosity at different JABconcentrations as a function of pH

由圖1可知，相同pH下，JAB濃度越大，酸液黏度越高。當(dāng)JAB濃度>5%后，酸液黏度增幅明顯降低，濃度為5%的JAB可使酸液黏度最高達(dá) 414 mPa·s；JAB濃度一定時(shí)，隨著pH升高，酸液黏度先增大后趨于穩(wěn)定，當(dāng)pH>4之后，酸液黏度幾乎無(wú)變化。酸液黏度增加的原因是隨著pH升高，JAB表面活性劑分子逐漸由陽(yáng)離子形式轉(zhuǎn)變?yōu)椤皟?nèi)鹽”形式存在[8-9]，分子間排斥力減小，導(dǎo)致蠕蟲(chóng)狀膠束形成，膠束間相互糾纏形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得酸液黏度增加[10-13]。

2.1.2 酸液濃度的影響 配制JAB濃度為5%，鹽酸濃度不同的鮮酸，利用碳酸鈣調(diào)節(jié)酸液的pH=4，測(cè)定60 ℃和170 s-1剪切速率下殘酸黏度隨鹽酸濃度的變化見(jiàn)圖2。

圖2 殘酸黏度隨鹽酸濃度變化曲線Fig.2 Residual acid viscosity as a function ofHCl concentration

由圖2可知，酸液黏度隨著鹽酸濃度的增加而增大，分析原因是鹽酸濃度越高，酸巖反應(yīng)產(chǎn)生的 Ca2+越多，而Ca2+能夠破壞甜菜堿表面活性劑膠束的水化膜[14-15]，從而促進(jìn)膠束聚集，顯著提高酸液黏度。

2.1.3 剪切作用和溫度的影響 考察剪切作用和溫度對(duì)殘酸黏度的影響，配制鹽酸濃度為15%，JAB濃度為5%的鮮酸，用碳酸鈣調(diào)節(jié)酸液pH=4，測(cè)定其在不同溫度下殘酸黏度隨剪切率的變化，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同溫度下剪切對(duì)殘酸黏度的影響Fig.3 Effect of shearing on residual acid viscosity atdifferent temperatures

由圖3可知，隨著剪切率的增加，酸液黏度降低，具有明顯的剪切稀釋性；酸液黏度隨著溫度增加先增大后減小，在60 ℃時(shí)具有最高的黏度，分析原因是隨著溫度增加，JAB表面活性劑分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，蠕蟲(chóng)狀膠束更容易形成，酸液黏度增大，當(dāng)溫度高于60 ℃時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)過(guò)于劇烈導(dǎo)致膠束結(jié)構(gòu)被破壞，酸液黏度大幅降低，但90 ℃時(shí)170 s-1下酸液黏度仍可達(dá)220 mPa·s，表明甜菜堿自轉(zhuǎn)向酸具有較好的抗剪切和耐溫性能，可保證酸化過(guò)程中酸液的轉(zhuǎn)向能力不受儲(chǔ)層剪切和溫度的影響。

2.1.4 酸液添加劑的影響 考察緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑和粘土穩(wěn)定劑這些主要的酸液添加劑對(duì)殘酸黏度的影響，配制鹽酸濃度為15%，JAB濃度為5%的鮮酸，用碳酸鈣調(diào)節(jié)酸液pH=4，分別加入不同的酸液添加劑測(cè)定酸液黏度隨溫度的變化，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同酸液添加劑對(duì)殘酸黏度的影響Fig.4 Effect of different acid additives on theviscosity of residual acid

由圖4可知，緩蝕劑和鐵離子穩(wěn)定劑均使酸液黏度有略微下降，而粘土穩(wěn)定劑使酸液黏度略微上升，總體來(lái)看酸液添加劑對(duì)殘酸黏度的影響較小。

2.2 自轉(zhuǎn)向酸破膠性能評(píng)價(jià)

酸化施工后殘酸需要及時(shí)返排，以減輕儲(chǔ)層傷害，為此需要考察自轉(zhuǎn)向酸的破膠性能。配制鹽酸濃度為15%，JAB濃度為5%的鮮酸，用碳酸鈣調(diào)節(jié)酸液pH=4，初始黏度為414 mPa·s。采用加入原油、添加劑和地層水稀釋的方法評(píng)價(jià)自轉(zhuǎn)向酸的破膠性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 自轉(zhuǎn)向酸破膠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Experimental data of self-divertingacid gel breaking

由表1可知，原油、異丙醇、乙二醇丁醚和大量的地層水均可使自轉(zhuǎn)向酸破膠，破膠后黏度小于 5 mPa·s，破膠液澄清透明，有利于殘酸返排，對(duì)儲(chǔ)層傷害小。

2.3 自轉(zhuǎn)向酸轉(zhuǎn)向性能評(píng)價(jià)

采用雙巖心并聯(lián)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比常規(guī)酸和自轉(zhuǎn)向酸對(duì)高滲和低滲巖心的滲透率改善率，評(píng)價(jià)自轉(zhuǎn)向酸分流轉(zhuǎn)向能力。配制常規(guī)酸(15%鹽酸)和自轉(zhuǎn)向酸(5%JAB+15%鹽酸)作為工作液，分別采用滲透率級(jí)差相近的兩組灰?guī)r巖心進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2，驅(qū)替過(guò)程中雙管并聯(lián)巖心的壓降曲線見(jiàn)圖5。

表2 常規(guī)酸和自轉(zhuǎn)向酸雙巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Evaluation of conventional acid and self-divertingacid through dual core flow experiments

圖5 常規(guī)酸和自轉(zhuǎn)向酸壓力曲線Fig.5 Pressure curves of conventional and self-diverting acid

由圖5可知，自轉(zhuǎn)向酸酸化過(guò)程中注酸壓力有一個(gè)陡增出現(xiàn)，而常規(guī)酸酸化過(guò)程中注酸壓力幾乎沒(méi)有太大變化，說(shuō)明自轉(zhuǎn)向酸在并聯(lián)巖心中發(fā)生了分流轉(zhuǎn)向。另外對(duì)比常規(guī)酸和自轉(zhuǎn)向酸的酸化效果(表2)可知，自轉(zhuǎn)向酸對(duì)高滲和低滲巖心的滲透率改善率均明顯高于常規(guī)酸，自轉(zhuǎn)向酸對(duì)低滲透巖心的滲透率改善率達(dá)到了78.2%，而常規(guī)酸僅為18.1%，表明自轉(zhuǎn)向酸起到了顯著的分流轉(zhuǎn)向效果，明顯增強(qiáng)低滲透巖心的滲流能力。

3 結(jié)論

(1)JAB自轉(zhuǎn)向酸體系的殘酸黏度隨著pH升高先增大后趨于穩(wěn)定，且酸巖反應(yīng)產(chǎn)生的Ca2+能顯著提高酸液的黏度，能夠滿足非均質(zhì)儲(chǔ)層酸化轉(zhuǎn)向的需要。

(2)JAB自轉(zhuǎn)向酸體系具有較好的耐溫性和抗剪切性，其增黏效果不會(huì)受到酸液添加劑的影響，而且殘酸破膠性能好，利于返排，對(duì)儲(chǔ)層傷害小。

(3)雙巖心并聯(lián)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)表明，相比于常規(guī)酸，JAB自轉(zhuǎn)向酸體系起到了很好的分流轉(zhuǎn)向作用，能夠顯著改善低滲透巖心的酸化效果。