延長油田注水井緩速酸配方體系研究

周凱　陳西泮　宋珈萱

摘 要：針對(duì)延長油田傳統(tǒng)酸化工藝存在酸巖反應(yīng)速度快、穿透距離短、酸化效果差的缺點(diǎn)，開展緩速酸化技術(shù)研究，優(yōu)化緩速酸化配方和注入?yún)?shù)。通過主劑、成垢離子抑制劑、增滲劑、黏土穩(wěn)定劑、緩蝕劑等的復(fù)配、篩選和優(yōu)化，研制出一種適合高溫環(huán)境的綜合性能良好的緩速酸配方。研究表明：該配方體系對(duì)天然巖心的滲透率提高20.5%，具有良好的緩蝕和增滲性能。

關(guān)鍵詞：緩速酸;配方;增滲

中圖分類號(hào)：TE53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2022）05-0032-05

Study on retarded acid formula system of water injection wells in Yanchang oilfield

Abstract： In view of the shortcomings of the traditional acidizing process in Yanchang oilfield， such as fast acid rock reaction speed， short penetration distance and poor acidizing effect， the retarded acidizing technology was studied， and the retarded acidizing formula and injection parameters were optimized. Through the combination， screening and optimization of the main agent， scaling ion inhibitor， permeability enhancer， clay stabilizer and corrosion inhibitor， a kind of retarded acid formula with good comprehensive performance suitable for high temperature environment was developed. The results show that the permeability of natural core can be increased by 20.5% with good corrosion inhibition and permeability enhancement performance.

Key words：retarded;formula;permeability enhancement

緩速酸酸化技術(shù)是指通過降低酸巖的反應(yīng)速率，增加反應(yīng)時(shí)間，有效地?cái)U(kuò)大酸的穿透距離，最終酸化深層，提高酸化效果的技術(shù)。緩速酸酸化技術(shù)研究對(duì)于提升含油巖心滲透率進(jìn)而提高油層采收率具有重要的意義，近5年來，許多油田科研人員針對(duì)緩速酸酸化技術(shù)與緩速酸配方等相關(guān)領(lǐng)域開展了大量的研究工作。Sayed M提出了一種新型的緩速酸體系，用于高溫碳酸鹽巖油藏的增產(chǎn)。所提出的技術(shù)減少了系統(tǒng)中的游離水，從而防止了酸的完全分解。通過在另一種易溶于酸的有機(jī)化合物存在下設(shè)計(jì)酸配方，成功地降低了酸系統(tǒng)中的游離水[1]。在哈薩克斯坦西部前里海和曼格斯套含油省份的碳酸鹽巖油田鉆探中運(yùn)用了新型單相緩速酸體系，有效克服了常規(guī)酸體系在基質(zhì)酸化和酸壓的效果的缺陷，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)能指數(shù)（PI）的持續(xù)提高[2]。有研究了一種新型陽離子gemini表面活性劑在HF/HCl泥漿酸體系砂巖酸化中的緩蝕性能[3]。采用30.48 cm長、粘土含量非常高的Scito砂巖巖心進(jìn)行了巖心驅(qū)油試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，利用校正后的模型預(yù)測了新型表面活性劑對(duì)鉆井液酸滲透和提高滲透率的影響。有提出了2種新的醇基緩速酸體系（re1，re2），對(duì)氣井進(jìn)行基質(zhì)酸化處理，消除近井滲透率損害（地層損害）[4]。本工作涉及在氣田酸化作業(yè)中使用一些醇組分作為緩凝劑，以降低酸對(duì)碳酸鈣（白云石MgCa（CO3）2）的溶解速率。對(duì)山西臨汾區(qū)塊8口井的實(shí)驗(yàn)礦泥樣品進(jìn)行了X射線衍射分析，發(fā)現(xiàn)堵塞物的主要礦物成分是一種能與酸發(fā)生反應(yīng)的礦物[5]。采用西南固體酸和土壤酸配方測定了堵塞物的溶解速率和腐蝕速率。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，找出了西南固體酸的優(yōu)點(diǎn)和可用性。通過大量試驗(yàn)，篩選出性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)有效的緩速酸液配方。

延長油田儲(chǔ)層中部深度2 265 m，有效孔隙度14.5%，氣體滲透率5.2×10-3 μm2，溫度90 ℃說明該油田是典型的低孔、特低滲、低豐度儲(chǔ)層。傳統(tǒng)的酸化方法酸巖反應(yīng)速度快，滲透距離短，效果差[6-7]。為了兼顧酸化目標(biāo)明確、成本低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免上述缺點(diǎn)，有必要開展緩速酸化技術(shù)研究，優(yōu)化相關(guān)配方，針對(duì)延長油田儲(chǔ)層物性差、滲透率低、吸水能力弱的特點(diǎn)，探索新的降壓增注途徑。該體系能擴(kuò)大酸的作用范圍，降低近井區(qū)壓力，提高注水效果。

1 緩速酸配方研究

1.1 主劑的確定

通過測定酸與天然巖心粉反應(yīng)過程中pH值的變化，觀察氫離子隨時(shí)間的衰減規(guī)律，計(jì)算儲(chǔ)層溫度下的反應(yīng)速率，評(píng)價(jià)該藥劑的緩酸化效果。90 ℃下pH值的測定結(jié)果指出草酸、氨基磺酸、氫氟酸、氟硼酸、泥酸等具有較強(qiáng)的酸性和一定的緩蝕作用，所有的反應(yīng)都能持續(xù)8 h以上。

在儲(chǔ)層溫度下，通過測定不同反應(yīng)時(shí)間的酸對(duì)芯粉的腐蝕率，可以確定增滲效果。結(jié)果表明：6種酸在反應(yīng)8 h后腐蝕率較高，由大到小依次為：泥酸、鹽酸、氫氟酸、氯乙酸、氟硼酸、氨基磺酸。另外，醋酸對(duì)鐵試劑的形成有很好的穩(wěn)定作用，可以適當(dāng)?shù)丶尤氲街鲃┲小?/p>

根據(jù)不同酸在天然芯粉上的反應(yīng)結(jié)果，消除了乙二胺四乙酸、癸二酸、苯甲酸和硼酸的超低溶解性，使pH值在短時(shí)間內(nèi)迅速升高，緩凝效果差;磷酸和多磷酸因吸收嚴(yán)重而廢棄;甲酸甲酯和醋酸甲酯在儲(chǔ)層條件下水解酸性較弱，不能產(chǎn)生理想的腐蝕性，因此被廢棄;氯乙酸本身的刺鼻氣味和不良的延緩作用使其得以消除。因此，選擇鹽酸、氫氟酸、氨基磺酸、氟硼酸和乙酸作為復(fù)配劑的可選酸。采用復(fù)配酸進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)，可確定各酸的濃度。表1為90 ℃以下不同酸的腐蝕率。

由表1和圖1可知，腐蝕率隨酸濃度的增加而增加，當(dāng)酸濃度超過一定值后，腐蝕率的增加趨勢變緩。綜合考慮天然巖心的腐蝕率、酸液的溶解性、酸值、試劑成本等多因素，主劑的最終組成為：1%醋酸+2%磺胺酸+3%氟硼酸+0.8%氫氟酸+4.2%鹽酸。

1.2 緩蝕劑的研制

緩蝕劑作為酸化劑，可以延緩酸巖反應(yīng)速率。通過測定反應(yīng)48 h后pH值的變化，確定相同濃度的表面活性劑在酸液中的緩蝕效果，從而篩選出該配方的最佳緩蝕劑，如表2所示。

由表2可知，幾乎所有的表面活性劑都有一定的緩凝作用。而AJF和SZM 2種酸液pH值增長相對(duì)較慢。因此，選擇這2種表面活性劑復(fù)配，最終配方為：0.4%AJF+0.6%SZM。分別對(duì)緩速酸和非緩速酸的氫離子濃度下降趨勢進(jìn)行了比較，結(jié)果如圖2所示。

1.3 緩速酸配方的測定

通過主劑、阻垢離子抑制劑、增滲劑、粘土穩(wěn)定劑、阻聚劑、緩蝕劑的復(fù)配、篩選和優(yōu)化，研制出一種適合高溫環(huán)境的綜合性能良好的緩堵劑配方。該緩蝕劑的組成為：1.0%醋酸+2.0%磺胺酸+3.0%氟硼酸+0.8%氫氟酸+4.2%鹽酸+3.0%緩蝕劑+1.0%粘土穩(wěn)定劑+0.4%增滲劑+3.0%成垢離子抑制劑。該配方具有以下特點(diǎn)：

（1）酸巖反應(yīng)速度慢，緩凝能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)深部解堵;

（2）配伍性好，能消除地層中硅質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)、沉淀物和沉淀細(xì)菌引起的腐蝕產(chǎn)物堵塞;

（3）對(duì)鈣、鐵等結(jié)垢離子有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，適應(yīng)性強(qiáng)，特別是在酸敏性地層中;

（4）良好的保護(hù)效果能有效抑制粘土顆粒的膨脹和遷移;

（5）緩蝕性能好，緩蝕酸在90 ℃時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)N80鋼板的腐蝕速率為0.488 g/m2·h，能有效保護(hù)井下設(shè)備;

（6）酸化后增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)有效期較長。

1.4 緩速酸注入速率的優(yōu)化

為保證酸化作業(yè)效果，延長酸化有效期，為現(xiàn)場施工提供必要的依據(jù)，優(yōu)化緩速酸注入量。延長油田天然巖心儲(chǔ)層在不同注入速率下注入緩速酸，通過測定不同注入速率下注入酸后滲透率的增加，優(yōu)選出最佳注入速率。

實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）經(jīng)過12 h的地層水對(duì)巖樣飽和處理，測定延長油田儲(chǔ)層巖心孔隙體積;

（2）分別向酸化實(shí)驗(yàn)裝置中部注入地層水、緩凝酸溶液;

（3）將巖樣放入巖心夾持器中，確保巖樣中溶液流動(dòng)方向與氣體流動(dòng)方向一致;

（4）緩慢添加圍壓，驅(qū)替過程中保持圍壓比巖心上游壓力至少大1.5～2.0 MPa;

（5）開啟堆芯固定器閥端部的進(jìn)口，以0.50 mL/min的速度向天然巖心注入地層水;

（6）按既定的時(shí)間間隔測量壓力和流量，待流量穩(wěn)定后，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算天然巖心的原始滲透率k1;

（7）以0.10、0.25、0.50、0.75、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0 mL/min的速率向天然巖心中注入1.0 PV緩速酸;

（8）將注入緩速酸的天然巖芯置于60 ℃的箱內(nèi)持續(xù)48 h;

（9）重復(fù)步驟（5）和步驟（6），計(jì)算酸化后巖心的自然滲透率k2;

（10）計(jì)算天然巖心的滲透率，增加天然巖心的滲透率。

1.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

注入1.0 PV緩速酸溶液在儲(chǔ)層溫度反應(yīng)48 h后的滲透率大小隨注入液速度的變化如圖3所示，滲透率增幅先增大后減小。當(dāng)注入速度在1.5～2.0 mL/min時(shí)，滲透率增長率達(dá)到最大值，注入速度在1.5 mL/min時(shí)，滲透率增長率為86.26%，因此酸液注入速度可達(dá)到1.5 mL/min。

2 巖心驅(qū)油試驗(yàn)評(píng)價(jià)

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

采用延長油田天然巖心在模擬地層條件下對(duì)巖心緩速酸驅(qū)油試驗(yàn)，改善酸液性能，調(diào)整配方。通過比較緩速酸與傳統(tǒng)酸對(duì)天然巖心的增滲效果，評(píng)價(jià)了動(dòng)態(tài)條件下緩速酸的驅(qū)油效果。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）沿延長油田天然巖心地層方向鉆取長8 cm、直徑2.5 cm的圓柱體巖心樣品，然后清洗、干燥;

（2）巖心孔隙度測量;

（3）把巖心放進(jìn)90 ℃孵育至恒重后，用鹽度為6 778 mg/L的模擬地層水測定初始水相滲透率（k1）;

（4）向巖心注入1.5 PV配制的緩速酸液，排量1 mL/min;

（5）用模擬地層水，控制反應(yīng)時(shí)間條件變量，測定巖心酸化水相滲透率;

（6）使用傳統(tǒng)泥酸替代緩速酸，重復(fù)步驟（1）至（5）;

（7）計(jì)算滲透率提高率如下：

S=（k2-k1）/k1

式中：S為滲透率增長率;k1為初始滲透率，單位：10-3μm2;k2為酸化滲透率，單位：10-3μm2。

在模擬地層條件下，這2種酸的滲透率改善率如表3和表4所示。

由圖4可知，緩速酸液的滲透率改善率隨時(shí)間的增加而增加。傳統(tǒng)的泥酸反應(yīng)速率較高，反應(yīng)時(shí)間均不超過4 h，而緩速酸具有較好的緩速效果（反應(yīng)時(shí)間均在24 h以上），具有較高的增滲率。與泥酸相比，該配方具有更好的緩酸化效果。

3 結(jié)語

（1）緩速酸為橙色均勻液體，具有良好的粘土穩(wěn)定性和鐵離子穩(wěn)定性;

（2）優(yōu)選的緩蝕劑能有效降低酸巖反應(yīng)速率，達(dá)到深度酸化的目的;

（3）緩速酸液能明顯減少對(duì)井下設(shè)備的腐蝕;

（4）天然巖心驅(qū)油試驗(yàn)結(jié)果表明，酸化液對(duì)齊家北天然巖心48 h后的滲透率增長率為22.20%。緩速酸配方體系具有較好的酸化增滲效果。

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收稿日期：2021-05-18;修回日期：2022-04-01

作者簡介：周 凱（1984-），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：油田地質(zhì)勘探、資源評(píng)價(jià)、致密油氣勘探。