一種新型生物酸在延長氣田酸化壓裂中的應用探究

董曉軍，侯儒，王鑫，黃得順，沈燕賓

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司 油氣勘探公司，陜西 延安 716000；2.陜西省石油化工研究設計院，陜西 西安 710054)

鄂爾多斯盆地中部探區(qū)天然氣主力儲層自上而下發(fā)育有上古生界石盒子組、山西組、本溪組砂巖儲層和下古生界馬家溝組碳酸鹽巖儲層[1-3]，其中碳酸鹽巖儲層在其西北部氣田為第一主力層，因此，不斷優(yōu)化酸化壓裂工藝技術(shù)，努力提高儲層改造效果成為了氣田發(fā)展的重要主題之一。酸化壓裂(簡稱酸壓)是靠酸蝕并延伸裂縫來達到改善地層滲流能力的一種增產(chǎn)措施[4]。依靠酸液的水力和溶蝕作用可形成延伸較遠的酸壓裂縫，酸與巖石反應溶蝕裂縫使壁面凹凸不平(簡稱蚓孔)[5-6]，提高地層的導流能力，實現(xiàn)增產(chǎn)的目的[7]。本文對生物酸由生物酸化劑(植酸、果酸、酒石酸、海藻酸、乳酸)、聚天冬酸、有機鹽、生物活性劑、少量酶及葡萄糖組成，具有低毒、低氣味、低腐蝕、可生物降解性的性能進行了室內(nèi)評價，該酸液具有低腐蝕、酸巖反應慢、巖石刻蝕蚓孔復雜等特性，通過現(xiàn)場試驗，應用效果較好，具有進一步探究的價值。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

生物酸A、生物酸B、現(xiàn)場生物酸(8%A+2%B)、現(xiàn)場稠化酸、巖心均為自制；鋼片(N80)；無水乙醇，分析純。

FA2004N分析天平；LT2002電子天平；JYW-200B全自動表界面張力儀；101-2SB烘箱；HH-4恒溫水浴鍋。

1.2 實驗方法

1.2.1 pH測定 在24 ℃下，用廣泛pH試紙測定溶液pH。

1.2.2 鋼片腐蝕實驗 在90 ℃下，分別取現(xiàn)場稠化酸200 g、現(xiàn)場生物酸200 g、生物酸A(10%水溶液)200 g、生物酸B(10%水溶液)200 g，倒入廣口瓶中。將N80鋼片用無水乙醇擦凈后，分析天平稱重3次(精確至0.000 1 g)，用細繩吊起，斜放在準備好的4類樣品溶液中，分別置于90 ℃水浴鍋中，4 h后拿出，用無水乙醇將鋼片擦凈，稱重，用公式(1)計算腐蝕速度。

(1)

式中m前——鋼片腐蝕前質(zhì)量，g；

m后——鋼片腐蝕后質(zhì)量，g。

1.2.3 巖心溶蝕實驗 在90 ℃下，取馬五巖心樣品4塊(高2.5 cm，直徑2.5 cm，約40 g)，洗凈、烘干，稱量。分別取現(xiàn)場稠化酸200 g、現(xiàn)場生物酸200 g、生物酸A(10%水溶液)200 g、生物酸B(10%水溶液)200 g，分別放入一塊處理后巖心樣品，置于90 ℃恒溫水浴中，現(xiàn)場稠化酸、現(xiàn)場生物酸(8%A+2%B)與巖心均有明顯的冒泡反應?，F(xiàn)場稠化酸、10%生物酸B放置4 h，反應基本停止。其中現(xiàn)場稠化酸因粘度大，無法觀察到具體冒泡現(xiàn)象，只能通過觀察表面是否起泡來判斷反應情況。反應完畢后，稠化酸粘度未減小?，F(xiàn)場生物酸和10%生物酸A可持續(xù)均衡反應8.5 h，8.5 h后仍有輕微冒泡反應?？紤]到繼續(xù)反應對實驗結(jié)果影響不大，且對現(xiàn)場參考意義不大，取出烘干、稱量，按照公式計算溶蝕量、溶蝕率、反應速度。

Δm=m1-m2

(2)

(3)

式中 Δm——巖心溶蝕量，g；

m1——實驗前巖心質(zhì)量，g；

m2——實驗后巖心質(zhì)量，g。

(4)

式中Va——反應速率，g/(m2·h)；

Δm——巖心溶蝕量，g；

S——巖心表面積，m2；

Δt——反應時間，h。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物酸的pH

測定結(jié)果見表1。

表1 樣品pH測定結(jié)果

由表1可知，1號現(xiàn)場稠化酸樣品pH最小，有劇烈刺激性氣味；4號生物酸B樣品pH次之，2號現(xiàn)場生物酸樣品、3號生物酸A樣品pH最大，有較輕的生物發(fā)酵味，無刺鼻氣味，表明現(xiàn)場生物酸比現(xiàn)場稠化酸酸性弱，更利于造長縫。

2.2 生物酸腐蝕實驗

實驗結(jié)果見圖1、表2。

圖1 鋼片腐蝕前、后照片

表2 腐蝕速度測定結(jié)果

由表2可知，現(xiàn)場生物酸(8%A+2%B)、生物酸A(10%)、生物酸B(10%)的腐蝕速度均低于現(xiàn)場稠化酸，表明現(xiàn)場生物酸對現(xiàn)場壓裂設備、井口裝置、井內(nèi)管具腐蝕傷害更小。

2.3 巖心溶蝕實驗

實驗結(jié)果見圖2、圖3和表3、表4。

圖2 巖心樣溶蝕前照片

圖3 巖心樣溶蝕后照片

表3 巖心溶蝕量、溶蝕率測定結(jié)果

表4 巖心溶蝕反應速率測定結(jié)果

由表3可知，1、2、3號巖心溶蝕率基本相當，1號巖心略高，4號巖心最低，現(xiàn)場生物酸可以滿足碳酸鹽儲層改造需求。

由表4可知，1、4號巖心反應速率基本相當，2、3號巖心遠低于1、4號巖心，現(xiàn)場生物酸相比現(xiàn)場稠化酸在造長縫方面更有優(yōu)勢。

由圖3可知，現(xiàn)場稠化酸溶蝕后巖心表面光滑，生物酸溶蝕后，巖心表面凹凸不平，刻蝕孔洞形態(tài)復雜，形成大量蚓孔，并且?guī)r心整體結(jié)構(gòu)完整，并沒有因酸蝕作用而引起巖心松散和垮塌，酸蝕裂縫導流能力更高。

2.4 現(xiàn)場試驗

延長氣田針對生物酸壓裂共進行了24井次的現(xiàn)場試驗，均采用(8%A+2%B)生物酸前置(30 m3)+高壓注稠化酸的方式進行，某x-1井相關情況見圖4、圖5。

圖4 某x-1馬五14層壓裂施工曲線

圖5 某x-1馬五13層壓裂施工曲線

由圖4、圖5可知，每層注入30 m3左右的前置生物酸，生物酸進地層后，破壓明顯，生物酸前置施工階段施工壓力較高，前置生物酸與地層反應速度更低，有利于通過前置生物酸的低反應速率造更長的縫，在地層遠端形成蚯孔溝通微裂縫，從而提高地層導流能力與儲層改造效果，施工過程最高工作壓力80 MPa，平均工作壓力61.8 MPa，生物酸摩阻與稠化酸相當，施工順利完成。該井經(jīng)測試求產(chǎn)無阻流量達41 600 m3/d，與鄰井相比，儲層物性條件相似，但鄰井無阻流量不足10 000 m3/d，改造效果較好。經(jīng)統(tǒng)計，使用生物酸作業(yè)的井氣產(chǎn)量較常規(guī)酸化作業(yè)均有所提升。

3 結(jié)論

(1)生物酸pH介于3～4，無刺激性氣味，更加安全環(huán)保。

(2)生物酸腐蝕速度低于2 g/(m2·h)，腐蝕試驗結(jié)束后，鋼片表面光滑無點蝕，對壓裂設備、井口裝置、井內(nèi)管具傷害更小。

(3)生物酸溶蝕巖心后，巖心表面粗糙，凹凸不平，利于形成有效蚓孔，刻蝕孔洞形態(tài)復雜，并且?guī)r心整體結(jié)構(gòu)完整，并沒有因酸蝕作用而引起巖心松散和垮塌，有利于提高導流能力。

(4)生物酸反應速率為246.8 g/(m2·h)，是現(xiàn)場稠化酸反應速率的44.5%，緩速效果明顯，有利于增加酸壓裂縫長度。

(5)通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗結(jié)果來看，生物酸具有酸巖反應速率慢、刻蝕表現(xiàn)好的特性，有利于提升酸壓改造的縫長和刻蝕蚓孔質(zhì)量，增大裂縫導流能力，并在現(xiàn)場試驗中取得了較好的應用效果，具有一定推廣價值。