一種新型含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系的研究
——以四川盆地龍女寺龍王廟儲(chǔ)層為例

張倩,劉威,熊穎,李朝林,張興德,劉爽,陸小鋒,王川

1.中國石油西南油氣田分公司天然氣研究院，四川 成都 610213 2.中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦，四川 遂寧 629000

四川盆地龍女寺龍王廟儲(chǔ)層主要為(殘余)砂屑白云巖，儲(chǔ)集空間以粒間溶孔、晶間溶孔為主，部分發(fā)育有裂縫，主要為裂縫-孔洞型、裂縫-孔隙(洞)型這2種類型儲(chǔ)層。儲(chǔ)層平均厚度16.2m，橫向連續(xù)性差，非均質(zhì)性強(qiáng)。儲(chǔ)層瀝青充填較為普遍，對(duì)儲(chǔ)層物性有較大影響，瀝青普遍質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～3%，儲(chǔ)層測井解釋平均孔隙度4.3%，瀝青的存在大大降低了儲(chǔ)層的滲流能力，利用核磁共振測井結(jié)合巖心標(biāo)定對(duì)瀝青的影響進(jìn)行校正后，平均孔隙度降至3.47%。其中，M井受瀝青充填影響明顯，測井解釋平均孔隙度5.4%，去除瀝青校正的孔隙度為3.8%，面洞率1.62%，試井解釋其近井區(qū)滲透率0.02mD，儲(chǔ)層厚度近40m，測試產(chǎn)量僅10.45×104m3/d；而G井儲(chǔ)層品質(zhì)與M井相當(dāng)，孔隙度3.2%，面洞率1.56%，但瀝青充填程度較低，試井解釋近井區(qū)滲透率0.62mD，儲(chǔ)厚24.2m，測試產(chǎn)量達(dá)到20.44×104m3/d?，F(xiàn)常規(guī)的酸液體系對(duì)該儲(chǔ)層改造效果較差，因此有必要開發(fā)出一套適合龍女寺含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層的酸液體系，有效去除或者降低瀝青質(zhì)對(duì)儲(chǔ)層改造效果的影響。

國內(nèi)外關(guān)于瀝青質(zhì)及其他重有機(jī)質(zhì)的沉積引起的生產(chǎn)問題早有報(bào)道[1]，主要是通過機(jī)械處理和化學(xué)有機(jī)溶劑去除或溶解、分散瀝青質(zhì)。而地層中瀝青質(zhì)的清除主要還是采用化學(xué)方法。瀝青質(zhì)沉積物分散劑的研究很多，根據(jù)瀝青分散穩(wěn)定原理，分散劑配方中含有芳香類物質(zhì)和極性表面活性劑，芳香類物質(zhì)分散瀝青質(zhì)沉積物，表面活性劑極性分子借助形成的氫鍵滲透、分散進(jìn)入膠質(zhì)和瀝青質(zhì)片狀分子之間，部分拆散平面重疊堆砌而成的聚集體，使其結(jié)構(gòu)變松散，有序程度降低，空間延伸度減小，起到分散、穩(wěn)定瀝青質(zhì)的作用。常用的瀝青質(zhì)沉積物分散劑主要是羥基衍生物類、烷基苯衍生物類、高分子聚合物類，離子液體類等[2,3]。目前國外的研究大多集中在油藏瀝青的沉積機(jī)理、預(yù)防以及影響瀝青沉積的因素等方面[4-9]，而瀝青沉積對(duì)儲(chǔ)層傷害的解除相對(duì)較少。針對(duì)龍女寺龍王廟含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層的酸化改造，結(jié)合瀝青溶解分散劑研究，開發(fā)了一種適用于含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層的解堵液體系。

1 試驗(yàn)材料與儀器

1.1 試驗(yàn)材料

碳酸鹽巖人造巖心、石油瀝青、鹽水(KCl溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%)、常規(guī)膠凝酸(酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%)、含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系(酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%)。

1.2 儀器

鐵質(zhì)研缽，電子天平，巖心壓制機(jī)，掃描電鏡，電熱鼓風(fēng)干燥箱，STY-4型滲透率測量儀，循環(huán)水式多用真空泵，高溫高壓腐蝕實(shí)驗(yàn)儀(海安縣石油科研儀器有限公司HK-1)，表界面張力實(shí)驗(yàn)儀(德國KRUSS公司K100)，HAAKE流變儀(德國哈克公司)，多功能酸液流動(dòng)及酸化評(píng)價(jià)系統(tǒng)(美國Thermo公司CRS-500)。

2 試驗(yàn)方法

2.1 體系性能評(píng)價(jià)方法

1) 高溫腐蝕性 參照SY/T 5405—2019《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》，利用酸液動(dòng)態(tài)腐蝕儀對(duì)新型含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系進(jìn)行高溫動(dòng)態(tài)腐蝕評(píng)價(jià)，腐蝕速率小于70g/(m2·h)，符合緩蝕劑評(píng)價(jià)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2) 穩(wěn)鐵性 參照ST/T 6571—2003《酸化用鐵離子穩(wěn)定劑性能評(píng)價(jià)方法》中關(guān)于鐵離子穩(wěn)定劑的評(píng)價(jià)方法對(duì)新型含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系進(jìn)行穩(wěn)鐵能力評(píng)價(jià)，穩(wěn)鐵能力在4000mg/mL左右，滿足現(xiàn)場施工技術(shù)指標(biāo)要求。

3) 耐溫耐剪切性 參照SY/T 6214—2016《稠化酸用稠化劑》，利用HAAKE流變儀，測定2種體系在170s-1剪切速率下，溫度由30℃上升到150℃的黏度變化，并測定在150℃時(shí)剪切速率不斷變化的剪切穩(wěn)定性。評(píng)價(jià)新的解堵液體系性能能否滿足施工基本要求。

2.2 單巖心流動(dòng)試驗(yàn)方法

分別向巖心中注入膠凝酸和瀝青質(zhì)酸液，模擬酸液在地層中的反應(yīng)及流動(dòng)情況，對(duì)比分析二者對(duì)于含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層的改造效果。先將巖心對(duì)剖之后造縫涂抹填充瀝青，再重新粘貼恢復(fù)。將處理后的巖心飽和水后放入巖心夾持器中，在一定溫度、流量條件下依次將鹽水、酸液、鹽水注入巖心夾持器中，測量整個(gè)過程中的滲透率和壓降變化情況。

3 解堵液體系

3.1 瀝青成分分析

將取好的瀝青顆粒研磨成粉末并制片，然后采用電鏡掃描分析其結(jié)構(gòu)及元素構(gòu)成(見圖1)。根據(jù)電鏡掃描結(jié)果，分析得到龍女寺儲(chǔ)層瀝青組分(見表1)，其含碳質(zhì)量比在48%左右，初步考慮采用有機(jī)溶劑進(jìn)行溶解分散。

圖1 瀝青顆粒掃描電鏡分析結(jié)果Fig.1 SEM photos of asphalt particles

表1 電鏡成分分析表

3.2 溶解分散劑

作為含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系最核心的成分，瀝青溶解分散劑的選擇至關(guān)重要[10,11]，其作用主要是既能溶解分散瀝青質(zhì)同時(shí)也能夠與主體酸液很好地互溶，不影響主體酸液的各項(xiàng)性能。

3.2.1 有機(jī)溶劑對(duì)瀝青常溫溶解性能評(píng)價(jià)

分別稱取5g龍女寺巖心提取瀝青，放入常規(guī)有機(jī)溶劑甲苯、二甲苯、輕質(zhì)油、十二烷基苯磺酸(文獻(xiàn)報(bào)道甲苯、二甲苯等對(duì)石油瀝青質(zhì)溶解率達(dá)到70%以上[12])，在常溫下放置24h，觀察其溶解分散性(見圖2)，發(fā)現(xiàn)巖心外觀無明顯變化，有機(jī)溶劑顏色不變，且未見分散物。

圖2 不同有機(jī)溶劑對(duì)瀝青的溶解現(xiàn)象Fig.2 Dissolution of asphalt by different organic solvents

將在二甲苯溶液中的瀝青過濾烘干，發(fā)現(xiàn)溶解前后外觀及質(zhì)量均無明顯變化(見圖3)。結(jié)合上述電鏡數(shù)據(jù)，可以看出該瀝青由于含碳量過高，常規(guī)瀝青溶解劑對(duì)龍女寺巖心提取瀝青無法進(jìn)行有效溶蝕。

圖3 瀝青在二甲苯溶液中的溶解過程及現(xiàn)象Fig.3 Dissolution process and phenomenon of asphalt in xylene solution

3.2.2 瀝青溶解分散劑常溫性能

常規(guī)瀝青溶解劑對(duì)目標(biāo)區(qū)塊瀝青溶解效果不理想，故考慮將目標(biāo)區(qū)塊瀝青分散至瀝青溶解分散劑中，避免瀝青沉淀對(duì)地層造成堵塞，且分散狀態(tài)的瀝青易隨液體排出，從而達(dá)到解堵效果。根據(jù)文獻(xiàn)[3]，選用幾種常見分散劑與筆者的溶解分散劑進(jìn)行評(píng)價(jià)。A (聚醚多元醇，西南石油大學(xué))、B(長烷基鏈環(huán)狀醇醚，西南石油大學(xué))、C(胺類)、CT-4(醚為主體、輔以溶劑油、兩性表面活性劑，西南天然氣研究院)，觀察在常溫下區(qū)塊瀝青在分散劑中的分散性。圖4為不同分散劑對(duì)瀝青的分散效果，可以看出分散劑CT-4對(duì)瀝青有分散溶解作用，其余分散劑均沒有分散效果。這是因?yàn)槿芙夥稚〤T-4以醚為主體、輔以溶劑油、兩性表面活性劑和穩(wěn)定劑組合而成?；谙嗨葡嗳茉硪约氨砻婊钚詣┰鋈茉恚撊芙夥稚┛梢詼p弱瀝青質(zhì)分子之間π-π鍵的相互作用力，從而可以有效抑制瀝青質(zhì)的沉積。

圖4 不同分散劑對(duì)瀝青的分散效果Fig.4 The dispersing effect of different dispersants on asphalt

3.2.3 瀝青溶解分散劑高溫性能

結(jié)合儲(chǔ)層溫度，設(shè)定瀝青在滾子爐中高溫老化試驗(yàn)條件為150℃×48h，測試瀝青溶解分散劑在高溫下對(duì)瀝青的溶解性能，試驗(yàn)結(jié)果見表2。瀝青溶解分散劑A在高溫下乳化分層， B、C在高溫下對(duì)瀝青無明顯溶解分散作用， CT-4在高溫下對(duì)瀝青有明顯分散溶解現(xiàn)象。因此，優(yōu)選出CT-4作為含瀝青質(zhì)解堵液體系的溶解分散劑。

表2 瀝青溶解分散劑對(duì)瀝青的溶解度

3.3 解堵液配方

四川盆地龍女寺龍王廟含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層巖性以灰色云巖為主，通常采用酸壓作業(yè)進(jìn)行改造，在解除污染的基礎(chǔ)上，形成一定導(dǎo)流能力酸蝕裂縫，盡可能溝通高滲帶，擴(kuò)大泄流面積。由于儲(chǔ)層溫度高(150℃左右)，酸巖反應(yīng)速度快，酸液有效作用距離短，因此一般采用耐溫和緩速性能較好的膠凝酸來提高酸蝕裂縫長度[13-15]；采用耐溫能力較好的陽離子型膠凝劑提高酸液黏度，依靠黏度降低高溫下酸巖反應(yīng)速率；同時(shí)，加入高溫酸化緩蝕劑以及緩蝕增效劑，避免高溫下酸液對(duì)管柱腐蝕帶來的穿孔、斷裂風(fēng)險(xiǎn)；加入鐵離子穩(wěn)定劑，避免殘酸中鐵離子二次沉淀傷害；加入黏土穩(wěn)定劑避免因黏土膨脹、運(yùn)移造成的儲(chǔ)層傷害問題；為了施工后能快速返排(儲(chǔ)層的壓力因數(shù)一般在1.6左右)，加入助排劑降低殘酸返排時(shí)的毛細(xì)管阻力，提高返排能力，避免因殘酸滯留地層帶來的傷害問題。因此對(duì)于龍女寺儲(chǔ)層，基于上述考慮選用膠凝酸作為基礎(chǔ)酸液體系。

膠凝酸配方：20%HCl+0.3%～0.5%膠凝劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑+2%～3.5%緩蝕劑+1%～1.5%緩蝕增效劑+1%助排劑+1%黏土穩(wěn)定劑(配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)。

考慮到瀝青質(zhì)充填對(duì)儲(chǔ)層改造的影響，在膠凝酸體系中加入一定量的瀝青溶解分散劑，對(duì)充填的瀝青質(zhì)進(jìn)行溶解、分散(剝離)，提高孔隙的連通性，形成了適合龍女寺龍王廟含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系，其配方為：20%HCl+0.3%～0.5%膠凝劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑+2%～3.5%緩蝕劑+1%～1.5%緩蝕增效劑+1%助排劑+1%黏土穩(wěn)定劑+8%～15%瀝青溶解分散劑CT-4。

4 解堵液體系的性能評(píng)價(jià)

4.1 高溫腐蝕性能

參照SY-T/5405—2019《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》，考察新型含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系的緩蝕性能(試驗(yàn)溫度為150℃)。含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鋼片腐蝕前后形貌對(duì)比如圖5所示。解堵液對(duì)鋼片的腐蝕為均勻腐蝕，無點(diǎn)腐蝕發(fā)生。解堵液體系對(duì)鋼片的腐蝕速率分別為64.26g/(m2·h)(086#)和69.64g/(m2·h)(049#)，平均腐蝕速率為66.95g/(m2·h)，對(duì)比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(150℃腐蝕速率<70g/(m2·h)，該含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系腐蝕速率達(dá)到行業(yè)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 解堵液對(duì)兩組標(biāo)準(zhǔn)鋼片腐蝕前后形貌對(duì)比圖Fig.5 Comparison of morphology of two groups of standard steel sheets before and after corrosion by blockage removing fluid

4.2 穩(wěn)鐵性能

參照SY/T 6571—2003《酸化用鐵離子穩(wěn)定劑性能評(píng)價(jià)方法》開展新型含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系穩(wěn)鐵性能評(píng)價(jià)，150℃高溫條件下含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系有較好的穩(wěn)定鐵離子能力，對(duì)比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)鐵能力>2000mg/mL),該瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系穩(wěn)定鐵量高達(dá)2010mg/mL。

4.3 耐溫耐剪切性

采用HAAKE流變儀測試常規(guī)膠凝酸和含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液流變曲線(剪切速率170s-1)，流變曲線如圖6所示。2種酸液流變曲線變化趨勢基本一致：隨著溫度的上升，解堵液體系黏度逐漸下降，150℃連續(xù)剪切100min后，黏度均能穩(wěn)定在15mPa·s以上，滿足性能要求。

圖6 耐溫耐剪切曲線Fig.6 Temperature and shear resistance curves

4.4 解堵液流動(dòng)模擬試驗(yàn)分析

取4根處理后的巖心進(jìn)行巖心流動(dòng)試驗(yàn)，各巖心的物性參數(shù)如表3所示，分別根據(jù)巖心過酸前后滲透率的改變來判斷其解堵效果?？梢钥闯?，常規(guī)膠凝酸對(duì)巖心滲透率改善倍數(shù)分別為4.567、3.225倍，而含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系對(duì)于巖心滲透率改善倍數(shù)為4.728、6.295倍。含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系對(duì)巖心滲透率改善倍數(shù)明顯高于常規(guī)膠凝酸的原因在于瀝青質(zhì)解堵液進(jìn)入地層后，其中的瀝青分散劑可以很好地將儲(chǔ)層孔隙中的瀝青進(jìn)行溶解分散，增大了巖心孔隙度。

表3 解堵液對(duì)巖心滲透率改善效果

5 結(jié)論

1)研發(fā)了以醚為主體，輔以溶劑油、兩性表面活性劑和穩(wěn)定劑組合而成瀝青溶解分散劑CT-4，該溶解分散劑在高溫下，對(duì)儲(chǔ)層瀝青的溶解率能達(dá)到65%。

2)瀝青分散劑CT-4與常規(guī)膠凝酸具有較好的配伍性，且該含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層解堵液體系具有較好的抗剪切和耐溫性能，150℃下剪切100min后黏度超過15mPa·s，150℃動(dòng)態(tài)腐蝕速率小于70g/(m2·h)，達(dá)到了含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層的酸壓施工工藝要求。

3)巖心流動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明，該體系對(duì)含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層巖心滲透率改善倍數(shù)達(dá)到4～6倍，與常規(guī)膠凝酸相比，該解堵液體系對(duì)含瀝青質(zhì)儲(chǔ)層巖心滲透率改善效果更為顯著。