膠凝酸體系在印尼Rama油田的應(yīng)用

王 震，楊永慶，張嘉興

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津塘沽 300450）

膠凝酸（又稱稠化酸、緩速酸）酸化技術(shù)從上世紀(jì)70年代開始應(yīng)用，目前仍是低滲透碳酸巖鹽油氣層酸化改造的主要工作液[1]。印尼Rama油田位于南蘇門答臘盆地海上油氣區(qū)，南蘇門答臘盆地中間被蒂加普盧隆起分隔，東南部以楠榜隆起為界，面積7.8×104km2，主要含油層系為UBR、LBR、GUMAI碳酸鹽巖儲層。儲層埋深約975 m，油藏溫度99℃，平均孔隙度20.2%～25.0%，平均滲透率8×10–3～160×10–3μm2，泥質(zhì)含量0.1%，射孔段平均厚度約為36.6 m，為大段合采。Rama油田于上世紀(jì)70年代開始開發(fā)，多年的衰竭式開采導(dǎo)致地層能量嚴(yán)重虧空，油藏平均地層壓力低于3.4 MPa。儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，在實際酸化作業(yè)時濾失嚴(yán)重，普通酸液存在反應(yīng)速度快、有效距離近、分流能力差等特點，導(dǎo)致近井地帶過度溶蝕，酸化后有效期較短，沒有達(dá)到預(yù)期效果[2]。因此，根據(jù)Rama油田油藏及開發(fā)特征，研發(fā)一種適合低壓、非均質(zhì)性強(qiáng)碳酸鹽巖油藏的酸液體系，來增強(qiáng)基質(zhì)酸化效果。

1 CRACS膠凝酸體系特征

CRACS膠凝酸體系作為一種深部酸液體系，其波及范圍較常規(guī)鹽酸酸液體系更廣，穿透更深，酸液能夠進(jìn)入油層深部。CRACS膠凝酸體系及連續(xù)油管施工工藝對碳酸鹽巖油藏具有較好的針對性和適應(yīng)性。

1.1 膠凝酸緩速性能

通過酸巖反應(yīng)動力學(xué)實驗進(jìn)行酸巖反應(yīng)速度的測定。在給定油藏溫度條件下，利用特定的巖心和需要使用的酸液，通過對反應(yīng)過程中產(chǎn)生的殘酸中離子濃度的分析，確定巖心與酸液反應(yīng)速度的變化，從而體現(xiàn)不同的酸液體系在油藏條件下的緩速性能，以及反應(yīng)后的殘酸濃度和離子濃度的變化[3]。

在不同溫度條件下的酸巖反應(yīng)動力學(xué)方程為：

式中：J為酸巖反應(yīng)速度，mol/（cm2·s）；K為酸巖反應(yīng)速度常數(shù)，（mol·L-1）-m/（cm2·s）；m為反應(yīng)級數(shù)，無因次；Ko為頻率因子，無因次；C為酸液濃度，mol/ L；R為氣體常數(shù)，8.314 J/mol·K；T為絕對溫度，K；Ea為反應(yīng)活化能，kcal/mol。

圖1為處理后的酸巖反應(yīng)速度數(shù)據(jù)，從圖中可以看到H+、Ca2+、Mg2+離子并不完全符合復(fù)相反應(yīng)規(guī)律，在初期階段酸巖反應(yīng)速度較為平緩，但在后期階段酸巖呈現(xiàn)出較快的反應(yīng)速度。這是因為初期酸液黏度較高，而隨著加溫時間和剪切速率的增加，酸液黏度下降，從而增大了反應(yīng)速度；另外后期由于巖心被不斷溶蝕，部分薄弱部位出現(xiàn)較深的蚓洞，增大了酸巖的接觸面積，從而增大了反應(yīng)速度。

圖1 酸巖反應(yīng)速度測定結(jié)果

實驗表明，在溫度為120 ℃時，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%HCl反應(yīng)速度為3.189×10–5mol/（cm2·s），CRACS膠凝酸反應(yīng)速度為0.999×10–5mol/（cm2·s），緩速率為68.3%。

CRACS膠凝酸可提高酸液的黏度，在延緩酸巖反應(yīng)速度的同時，降低酸液向地層的濾失速率，減緩酸液的消耗，延長酸液的作用距離。另外，由于膠凝酸的緩速性，還有一個作用機(jī)理就是降低處理井段內(nèi)的注入能力，這是因為黏度增加使后續(xù)注入的酸液趨向于流入未酸化的區(qū)域，因此膠凝酸這一特點也解決了酸液在非目標(biāo)地層的消耗問題。表1為普通15%鹽酸體系、20%鹽酸體系、15%CRACS膠凝酸與20%CRACS膠凝酸體系進(jìn)行反應(yīng)的速率。

表1 CRACS膠凝酸體系與普通鹽酸體系反應(yīng)速率對比

1.2 耐溫耐剪切性

膠凝劑分子鏈既長又有柔順性，在溶液中成無規(guī)則線團(tuán)流動，分子內(nèi)部和分子間都有不同程度地纏結(jié)，故其溶液具有較高的黏度[4]。根據(jù)分子設(shè)計原理可知，若提高高分子量聚合物的耐熱性，可在主鏈中引進(jìn)共軛雙鍵、三鍵和環(huán)狀結(jié)構(gòu)（包括脂環(huán)、芳環(huán)和雜環(huán)）。文中優(yōu)選的CRACS膠凝劑是由陽離子不飽和單體和丙烯酰胺等共聚合物形成的高分子材料，具有很強(qiáng)的耐高溫和耐剪切性質(zhì)。

CRACS膠凝酸體系在常溫25 ℃條件下，黏度可以達(dá)到60～70 mPa·s；在實驗溫度為90 ℃、剪切速率為170 s–1條件下，黏度可以達(dá)到45～50 mPa·s；在實驗溫度為120℃、剪切速率為170 s–1條件下，黏度可以達(dá)到40～45 mPa·s；在實驗溫度為160℃、剪切速率為170 s–1條件下，黏度可以達(dá)到30～35 mPa·s。

1.3 低摩阻、低殘余黏度

CRACS膠凝酸體系摩阻為清水摩阻的25%～35%，殘酸返排黏度為5～10 mPa·s，既易于返排，又能夠攜帶反應(yīng)后地層裂縫中脫落的固相微粒，降低對地層的二次傷害。

1.4 良好的緩蝕性能

根據(jù)SY5405–1996《酸化用緩蝕劑性能實驗方法及評價指標(biāo)》中關(guān)于靜態(tài)腐蝕速率和動態(tài)腐蝕速率的實驗方法，在CRACS膠凝酸中加入高溫緩蝕劑，不同實驗條件下測其腐蝕速率。在實驗溫度90 ℃、常壓0.1 MPa、反應(yīng)時間4 h、15%鹽酸條件下，對N80鋼片腐蝕速率為2.490 g/（m2·h），能達(dá)到一級指標(biāo)；在實驗溫度140 ℃、壓力16.0 MPa、轉(zhuǎn)速60 r/min、反應(yīng)時間4 h、15%鹽酸條件下，對N80鋼片腐蝕速率為37.195 g/（m2·h），能達(dá)到一級指標(biāo)。經(jīng)腐蝕實驗的油管鋼片光亮，無坑蝕、點蝕現(xiàn)象，說明CRACS膠凝酸具有較好的防腐作用，可用于現(xiàn)場施工。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 一般井酸化

2020年1月3日，對Rama C13井實施膠凝酸酸化。該井井深984 m，儲層平均孔隙度為24.5%，平均滲透率為26×10–3μm2。對該井使用CRACS0115膠凝酸體系進(jìn)行酸化解堵，施工期間最高泵壓1.43 MPa，排量約為0.5 m3/min，共泵入前置高效清洗液30 m3、膠凝酸36 m3，關(guān)井反應(yīng)1 h后，進(jìn)行修井作業(yè)（圖2）。經(jīng)統(tǒng)計，措施后Rama C13井日產(chǎn)油由19.00 m3增加到41.00 m3。

圖2 Rama C13井施工曲線

2.2 氮氣泡沫分流酸化

泡沫酸酸化工藝跟常規(guī)酸化工藝對比，具有液柱壓力小、返排性能佳、黏度大、濾失性小、地層傷害低、酸液有效作用距離長且現(xiàn)場施工簡便、總成本較低等優(yōu)點，且表現(xiàn)十分明顯[5–8]。Rama F3井屬于典型的低壓力油藏，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，射孔井段達(dá)51 m，跨度較大。出于經(jīng)濟(jì)效益考慮，無法使用機(jī)械分層酸化，此外印尼Rama海上酸化作業(yè)較為特殊，酸化后酸液無法立刻返排處理，會污染海洋環(huán)境[9]。因此針對該油井特征特提出膠凝酸結(jié)合氮氣泡沫酸化工藝，增強(qiáng)地層返排殘酸能量。

2020年7月，對Rama F3井實施氮氣泡沫分流酸化，在CRACS膠凝酸體系中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的起泡劑，為起到更好地均勻布酸效果，全程采用注入泡沫酸，而不是泡沫段塞。施工設(shè)計泡沫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%～80%，注泡沫酸后，再加入純氮氣進(jìn)行頂替，使得井下保持較高的泡沫質(zhì)量。該井總共注入泡沫酸為44 m3，前置清洗液為24 m3。

圖3為Rama F03井施工曲線，從圖中可以看出，在第一階段注入泡沫酸時地面壓力初期快速升高，之后緩慢升高；第二階段注入泡沫酸時壓力曲線出現(xiàn)快速升高再緩慢升高，這說明泡沫酸持續(xù)轉(zhuǎn)向?qū)τ陂L井段可以起到很好的分流效果。該井作業(yè)前日產(chǎn)液250.00 m3，日產(chǎn)油7.47 m3，含水率97%；酸化作業(yè)后日產(chǎn)液264.00 m3，日產(chǎn)油42.00 m3，含水率84%，措施效果顯著。

圖3 Rama F03井施工曲線

3 結(jié)論

（1）CRACS膠凝酸體系具有良好的緩速性、耐溫耐剪切性、低殘余黏度、低摩阻及緩蝕性能，可使酸液進(jìn)入深部儲層形成窄而長的酸蝕蚓孔，達(dá)到更好的增產(chǎn)效果。

（2）Rama油田油藏壓力低、大部分射孔段較長且為合采，酸化過程中如何進(jìn)行酸液的置放到底均勻布酸尤為關(guān)鍵。對于此類油藏需要同時使用泡沫酸分流酸化，且泡沫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在60%～80%，能起到持續(xù)酸液轉(zhuǎn)向作用，但泡沫酸對應(yīng)的液體及氣體排量需要優(yōu)化模擬計算。