海上油田砂巖油藏解堵體系研究*

朱艷華，劉長龍，符揚(yáng)洋，張 璐，代磊陽

（中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津 300459）

某海上油田S區(qū)塊以稠油疏松砂巖為主，在生產(chǎn)過程中微粒運(yùn)移現(xiàn)象嚴(yán)重，部分油井酸化后表現(xiàn)出有效期較短的特征，為防止微粒解堵后再次運(yùn)移堵塞儲(chǔ)層，延長酸化解堵有效期，筆者通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究了適應(yīng)該油田的酸化解堵體系。酸化體系常由前置酸體系、主體酸體系和后置酸體系組成。前置酸體系主要用來溶解含鈣的地層物質(zhì)，減少較昂貴的主體酸在酸化過程中不必要的浪費(fèi)；后置酸體系主要用來隔離后續(xù)注入的液體。筆者利用初步選擇的酸液體系和添加劑，組成不同的前置液、處理液和后置液配方，優(yōu)選出一種以多氫酸復(fù)配鹽酸和銨鹽為主的復(fù)合酸解堵體系，并對(duì)該體系的綜合性能和解堵性能進(jìn)行了室內(nèi)評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

ZF-9型電子分析天平（上海正方電子儀器廠）；JJ-1型增力電動(dòng)攪拌器（天瑞儀器有限公司）；HJ-3型磁力攪拌器（貝侖儀器有限公司）；HH-2K型恒溫水?。柫x市予華儀器有限公司）；SHPJ-2型巖心流動(dòng)試驗(yàn)儀（華興石油儀器有限公司）；722型光柵分光光度計(jì)（四川儀表九廠）；JZ-200型界面張力儀（承德精密試驗(yàn)機(jī)有限公司）；CPZ-2型雙通道常溫常壓膨脹儀（山東美科儀器有限公司）。

酸液緩蝕劑CI、鐵離子穩(wěn)定劑FS、粘土穩(wěn)定劑CS、破乳劑DA、助排劑CA、多氫酸H6R，均為工業(yè)級(jí)，成都安實(shí)得石油科技開發(fā)有限公司；HCl、NH4F、HF，均為分析純，成都科龍化工試劑有限公司；實(shí)驗(yàn)用水為實(shí)驗(yàn)室自制蒸餾水；地層水、原油、巖心，取自S油田某區(qū)塊。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）酸液溶蝕率 在油藏溫度60℃條件下，參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358-2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》中的酸敏化學(xué)實(shí)驗(yàn)測定酸液溶蝕率。

（2）酸液腐蝕率 參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5405-2019《酸化用緩蝕劑性能實(shí)驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》中的常壓靜態(tài)腐蝕速率、緩蝕率評(píng)價(jià)指標(biāo)測定。

（3）鐵離子穩(wěn)定性能 參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6571-2003《酸化用鐵離子穩(wěn)定劑性能評(píng)價(jià)方法》測定。

（4）防膨性 參考石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5971-1994《注水用粘土穩(wěn)定劑性能評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行測定。

（5）巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)（物理模擬實(shí)驗(yàn)） 模擬地層條件下，考察酸液的解堵能力。實(shí)驗(yàn)步驟：正驅(qū)基液（測K0）→正驅(qū)前置液→正驅(qū)處理液→正驅(qū)后置液→反驅(qū)后置液→反驅(qū)基液，即：（1）注入4% NH4Cl，確定巖心的基準(zhǔn)滲透率；（2）注入前置液，測定前置液處理后巖心滲透率的變化；（3）注入處理液，測定處理液酸化后巖心滲透率的變化；（4）注入后置液，測定后置液處理后巖心滲透率的變化；（5）注入4%NH4Cl，確定酸化后巖心的滲透率。由Ki/K0計(jì)算酸化后巖心滲透率提高倍數(shù)，分析酸液的解堵能力。

2 結(jié)果與討論

通過巖粉溶蝕率實(shí)驗(yàn)確定酸化解堵體系主體酸的組成。對(duì)砂巖地層進(jìn)行酸化解堵作業(yè)時(shí)，一般優(yōu)先選擇土酸[1,2]。但由于目標(biāo)油田完井方式是礫石充填，常規(guī)土酸體系對(duì)礫石溶蝕率高，破壞性大，且存在二次傷害，故不能直接選用。在主體酸體系中采用低濃度HF（0.5%HF）與可以逐級(jí)水解產(chǎn)生HF的多氫酸和氟化銨（1%NH4F）為主復(fù)配。

針對(duì)海上油田S區(qū)塊油井存在的堵塞傷害，要求酸化解堵液應(yīng)滿足以下條件：低腐蝕性，保證注入設(shè)備和管柱的安全；穩(wěn)定Fe3+性能強(qiáng)，減少Fe3+對(duì)儲(chǔ)層造成的傷害；配伍性好，不產(chǎn)生分層、沉淀現(xiàn)象；表面張力低，增強(qiáng)酸液進(jìn)入儲(chǔ)層的流動(dòng)性；便于返排與地層流體配伍。因此，需要對(duì)酸液體系組成及其綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)[3,4]。

2.1 酸液體系組成及濃度初選

將目標(biāo)油田油井儲(chǔ)層巖心研磨成巖粉后進(jìn)行溶蝕試驗(yàn)，了解酸液對(duì)巖粉中可溶物的溶蝕率，初步確定酸液濃度。

2.1.1 主體酸HCl濃度HCl加量對(duì)目標(biāo)油田油井巖粉溶蝕率的影響見表1。

表1 不同濃度HCl對(duì)目標(biāo)油田油井巖粉的溶蝕率Tab.1 Dissolution rate of rock powder with different concentration of hydrochloric acid

由表1可見，隨著HCl濃度的增大，巖石溶蝕率增加幅度不大，HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)由2%增至5%時(shí)，溶蝕率由1.39%增至2.02%。因此，考慮成本和對(duì)堵塞物的解堵效果，前置液、后置液和處理液中HCl的濃度均為3%。

2.1.2 主體酸多氫酸濃度 在初步篩選出的主體酸體系基礎(chǔ)上（3% HCl+0.5% HF+1% NH4F），考察多氫酸對(duì)目標(biāo)油田油井巖石溶蝕率的影響，表2為不同濃度多氫酸組成的主體酸液對(duì)目標(biāo)油田油井巖粉的溶蝕率。

表2 不同濃度多氫酸組成的主體酸液對(duì)目標(biāo)油田油井巖粉的溶蝕率Tab.2 Dissolution rate of rock powder under the main acid solution with different concentration of polyhydroacid

由表2結(jié)果可知，加入多氫酸后主體酸對(duì)目標(biāo)油田油井巖石的溶蝕率隨多氫酸濃度的增加而增加，多氫酸濃度由4%增至8%時(shí)，S-5井的巖粉溶蝕率由14.68%增至20.27%，S-12井的巖粉溶蝕率由11.78%增至19.12%，多氫酸濃度為6%時(shí)，溶蝕率隨其濃度增高的增加幅度較小。由于多氫酸具有較好的緩速性和穩(wěn)定粘土的能力，因此，考慮成本和酸化效果，處理液中多氫酸的濃度為6%。

綜上，初步篩選出的前置液和后置液體系為3% HCl，處理液體系為3% HCl+6%多氫酸+0.5%HF+1% NH4F。

2.2 酸液體系綜合性能研究

適宜的酸液添加劑可以抑制酸液對(duì)施工設(shè)備和管線的腐蝕，減輕酸化過程中對(duì)地層產(chǎn)生新的傷害，提高酸化效率[5-8]。本文采用目前油田使用性能較好的酸液緩蝕劑CI、鐵離子穩(wěn)定劑FS、粘土穩(wěn)定劑CS、破乳劑DA、助排劑CA，組成3種酸液體系配方。

前置液3% HCl+1% CI+1% FS+1% CS+0.5%DA+2% CA；

處理液6% H6R+3% HCl+0.5% HF+1% NH4F+1% CI+1% FS+1% CS+0.5% DA+1% CA；

后置液3% HCl+1% CI+1% FS+1% CS+0.5%DA+2% CA。

圖1 前/后置液（鮮酸和殘酸）的破乳率曲線Fig.1 Demulsification rate curves of the pre/post solution（fresh acid and residual acid）

圖2 處理液（鮮酸和殘酸）的破乳率曲線Fig.2 Demulsification rate curves of treated solution（fresh acid and residual acid）

2.2.1 配伍性評(píng)價(jià) 采用篩選的前置液配方、處理液配方和后置液配方酸液與目標(biāo)油田地層水混合，在常溫和60℃條件下靜置2h，均無沉淀、分層現(xiàn)象，不產(chǎn)生絮狀物，配伍性良好，不會(huì)對(duì)地層造成二次傷害。

2.2.2 腐蝕性 酸液對(duì)設(shè)備及管柱的腐蝕會(huì)產(chǎn)生Fe2+和Fe3+，進(jìn)而生成Fe（OH）3沉淀，造成儲(chǔ)層的二次傷害。在60℃條件下，測定篩選的前置液配方、處理液配方和后置液配方酸液對(duì)N80鋼材試樣的腐蝕速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各種酸液配方對(duì)N80鋼材的腐蝕性均很低，試樣表面無明顯可見的局部腐蝕，均勻腐蝕速率均低于0.5g·（m2·h）-1，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 破乳性評(píng)價(jià) 采用篩選的前置液配方、處理液配方和后置液配方酸液與原油混合乳化，在60℃條件下恒溫2h，觀察酸液析出量，分析酸液破乳性能。結(jié)果表明，各種酸液配方均具有很好的破乳作用，破乳率均在95%以上。

2.2.4 表面張力測定 對(duì)篩選的前置液配方、處理液配方和后置液配方酸液進(jìn)行表面張力測定，結(jié)果見表3。

表3 各種酸液配方表面張力測定結(jié)果Tab.3 Surface tension of various acid formulations

由表3可知，殘酸的表面張力比鮮酸高，但遠(yuǎn)低于水的表面張力，有助于返排。

2.2.5 配方酸液酸渣實(shí)驗(yàn) 酸渣實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行П碚髋浞剿嵋后w系與實(shí)際儲(chǔ)層原油的配伍性，酸渣含量越高，表明酸液體系和實(shí)際儲(chǔ)層配伍性越差，酸化效果越差。

采用目標(biāo)儲(chǔ)層原油10g，分別加入100mL前置液、處理液和后置液混合攪拌，放入恒溫水浴中，在60℃條件下恒溫2h，取出進(jìn)行過濾，用200mL柴油反復(fù)清洗，然后烘干稱量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4可知，前置液、處理液和后置液與原油混合后，水浴前和水浴后均沒有明顯的酸渣產(chǎn)生。將酸液和原油的混合體系，水浴、過濾、烘干，得到烘干的濾紙表面沒有酸渣的跡象，表明篩選出的酸液體系和原油配伍性良好。

表4 各種酸液配方與原油的酸渣實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象Tab.4 Acid residue experiment phenomenon of various acid formula and crude oil

2.2.6 Fe3+穩(wěn)定性能評(píng)價(jià) 酸液與施工設(shè)備、管柱及地層巖石中的含鐵礦物接觸將產(chǎn)生Fe2+和Fe3+。隨著酸化過程中pH值的升高，F(xiàn)e3+會(huì)生成Fe（OH）3沉淀，傷害儲(chǔ)層，鐵離子穩(wěn)定劑可有效的防止Fe（OH）3沉淀的生成。對(duì)篩選的前置液配方、處理液配方和后置液配方酸液進(jìn)行鐵離子穩(wěn)定能力測定，結(jié)果見圖3。

圖3 不同酸液體系Fe3+穩(wěn)定能力Fig.3 Stability of iron ions in different acid systems

由圖3可知，前置液、處理液和后置液體系都有較好的穩(wěn)定Fe3+能力，穩(wěn)定Fe3+量均高于1400×10-6，穩(wěn)定Fe3+百分?jǐn)?shù)均大于80%。

2.2.7 防膨性能評(píng)價(jià) 采用CPZ-2雙通道常溫常壓膨脹儀測定不同粘土穩(wěn)定劑對(duì)試樣的線膨脹率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 不同酸液體系防膨性能Fig.4 Anti-swelling performance of different acid systems

由圖4可知，篩選出的前置液、處理液和后置液體系均具有較好的防膨效果，終膨脹率降低值均高于40%，能有效控制粘土膨脹，抑制水敏傷害。

2.3 酸液體系解堵有效性評(píng)價(jià)

根據(jù)篩選的前置液、處理液和后置液配方，分別采用目標(biāo)油田巖心進(jìn)行酸化效果試驗(yàn)，考察酸液體系的酸化效果。

在60℃下，分別采用S-12井和S-18井的兩塊巖心進(jìn)行酸化效果試驗(yàn)，測得酸液流量并計(jì)算酸化過程中滲透率和用酸量的孔隙體積倍數(shù)，繪制滲透率比K/K0與孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系曲線，見圖5、6。

圖5 S-12-6號(hào)巖心酸化效果曲線Fig.5 Acidification effect curve of S-12-6 core

圖6 S-18-4號(hào)巖心酸化效果曲線Fig.6 Acidification effect curve of S-18-4 core

由圖5、6可知，隨著前置液、處理液和后置液的注入，巖心滲透率不斷提高，酸化中沒有出現(xiàn)微粒運(yùn)移堵塞現(xiàn)象，酸化后巖心滲透率比基準(zhǔn)滲透率增加1.68～2.46倍左右。說明篩選出的酸液體系具有穩(wěn)定粘土微粒的作用，對(duì)巖石骨架破壞小，采用該酸液體系進(jìn)行酸化可以取得較好的酸化效果，是一種優(yōu)良的酸液配方。

3 結(jié)論

（1）優(yōu)選出的酸化解堵液體系配方為：

前置液3% HCl+1% CI+1% FS+1% CS+0.5%DA+2% CA；

處理液6% H6R+3% HCl+0.5% HF+1% NH4F+1% CI+1% FS+1% CS+0.5% DA+1% CA；

后置液3% HCl+1% CI+1% FS+1% CS+0.5%DA+2% CA。

（2）篩選出的酸液體系具有良好的配伍性、破乳性、鐵離子穩(wěn)定性、防膨性、低腐蝕性，滿足目標(biāo)油田對(duì)酸化解堵液的要求。

（3）酸液體系與目標(biāo)油田儲(chǔ)層配伍性良好，酸化解堵效果較好，酸化后巖心滲透率提高1.5～2.46倍。