砂巖儲層單步固體酸體系性能評價及初步應(yīng)用

李廣鑫

(1.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶，163453；2.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點實驗室，黑龍江大慶，163453)

砂巖儲層酸化是用來解除近井儲層傷害的一項重要技術(shù)手段，其主要目的是溶解近井儲層礦物，解除污染傷害，恢復(fù)和提高近井儲層的滲透率，達到增產(chǎn)增注的目的。常規(guī)酸化采用前置液、前置酸、主體酸等多段塞注入工藝，施工工序較為復(fù)雜。常規(guī)酸液體系主要采用鹽酸、氫氟酸等強腐蝕性液體酸，為降低安全風(fēng)險，后場配制酸液，拉運至現(xiàn)場進行施工，在“配液與施工”分離模式下，施工過程中酸液用量無法根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況及時調(diào)整，導(dǎo)致部分井存在酸液不足或酸液過量浪費的問題[1-4]。

為提高施工效率，實現(xiàn)酸液用量實時調(diào)控，確保區(qū)塊開發(fā)效果，研發(fā)了一種集常規(guī)酸化多種段塞功能于一體的單步固體酸體系[5-8]，由固體有機清洗劑、固體無機酸CY-1、固體有機絡(luò)合酸CY-2、固體潛在酸CY-3、固體緩蝕劑及固體強效絡(luò)合劑組成的單步固體酸體系。其中，固體有機清洗劑能夠解除有機堵塞，H+與固體潛在酸CY-3結(jié)合，形成自生酸，延長酸液的作用距離；同時固體有機絡(luò)合酸CY-2與絡(luò)合劑的協(xié)同效應(yīng)，可對Ca2+、Fe3+等金屬離子進行強絡(luò)合，實現(xiàn)單步酸化，簡化施工工藝，便于運輸、儲存、配制和規(guī)?；褂?，降低安全風(fēng)險系數(shù)。

1 室內(nèi)實驗

1.1 材料與儀器

固體無機酸CY-1、固體有機絡(luò)合酸CY-2：工業(yè)級，大慶油田采油工程研究院；固體潛在酸CY-3：工業(yè)級，大慶油田采油工程研究院；固體有機清洗劑：工業(yè)級，華瑞化工有限公司；固體緩蝕劑：工業(yè)級，北方化工有限公司；強效絡(luò)合劑：工業(yè)級，中盛化工有限公司；鹽酸：分析純，宏明化學(xué)試劑有限公司；氫氟酸：分析純，金城化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉：分析純，宏明化學(xué)試劑有限公司；大慶油田外圍油田巖心：巖心幾何尺寸φ2.5 cm×5.0 cm，平均滲透率9.56×10-3μm2。

NSLD-70型耐酸巖心流動試驗儀(揚州華寶石油儀器有限公司)，Optima 8300 DV型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國珀金埃爾默有限公司)，AE200型電子天平(瑞士梅特勒托利多儀器有限公司)，WB-2010型恒溫水浴(江蘇華安科研儀器有限公司)，F(xiàn)D115熱對流式標準烘箱(德國賓德公司)，0.56，0.96，1.60 mm標準分樣篩(優(yōu)盾金屬絲網(wǎng)制品有限公司)。

1.2 地層水配伍性評價

1.2.1 實驗方法

選取試驗區(qū)塊地層水，將酸液與地層水按照不同體積比兩兩混合，在室溫和地層溫度下靜置2，8，24 h，觀察其配伍性。

1.2.2 實驗結(jié)果

實驗結(jié)果見圖1。單步固體酸體系在不同溫度、不同反應(yīng)時間條件下，不產(chǎn)生沉淀及渾濁現(xiàn)象，與地層水配伍性良好(圖1)，滿足現(xiàn)場應(yīng)用要求。

圖1 不同條件下單步固體酸與地層水配伍性評價

1.3 緩速性能評價

1.3.1 實驗方法

按照Q/SY DQ0793-2012《酸化液質(zhì)量檢驗性能評價方法》溶蝕率測定方法，分別測定常規(guī)土酸、單步固體酸與天然巖心反應(yīng)1，3，5，8，16，24 h后的溶蝕率，對比評價單步固體酸的緩速性能。

1.3.2 實驗結(jié)果

實驗結(jié)果見表1。隨著反應(yīng)時間的延長，常規(guī)土酸在反應(yīng)5 h后，溶蝕率增幅不明顯。單步固體酸對天然巖心的溶蝕率逐漸增加，在反應(yīng)24 h后，與常規(guī)土酸基本相當(dāng)，說明單步固體酸具有良好的緩速作用，現(xiàn)場施工后關(guān)井反應(yīng)24 h為宜。

表1 緩速性能評價數(shù)據(jù)

1.4 緩蝕性能評價

1.4.1 實驗方法

依據(jù)中國石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5405-2019《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》方法，開展腐蝕實驗，評價單步固體酸的緩蝕性能，在地層溫度條件下，對N80鋼片進行腐蝕速率測定。

1.4.2 實驗結(jié)果

實驗結(jié)果表明，在單步固體酸體系中加入質(zhì)量分數(shù)0.3%的固體緩蝕劑后，腐蝕速率均符合行業(yè)標準的規(guī)定(60 ℃下≤5 g/m2·h)，滿足現(xiàn)場應(yīng)用要求(表2、圖2)。

表2 緩蝕性能評價數(shù)據(jù)

圖2 單步固體酸反應(yīng)前后鋼片外觀變化

1.5 絡(luò)合性能評價

為有效控制二次沉淀的生成，常規(guī)酸化采用分段塞注入工藝，二次沉淀的抑制性能成為單步固體酸研究的重點。

1.5.1 實驗方法

(1)選取試驗區(qū)塊巖心，將常規(guī)土酸、單步固體酸分別溶蝕天然巖屑，獲取溶蝕巖屑后的殘酸；

(2)取上述殘酸溶液，分別調(diào)至不同pH值；

(3)通過ICP測定不同類型、不同pH殘酸中Ca2+、Fe3+的含量，比較不同類型殘酸中Ca2+、Fe3+的變化情況及表觀現(xiàn)象，定量評價酸液的絡(luò)合能力。

1.5.2 實驗結(jié)果

酸巖反應(yīng)后，隨著pH值的升高，常規(guī)土酸殘酸中Ca2+、Fe3+含量呈下降趨勢。pH為6時，Ca2+、Fe3+含量接近于0，說明有沉淀生成；單步固體酸殘酸中Ca2+、Fe3+含量變化呈穩(wěn)定趨勢。pH為7時，單步固體酸體系下Ca2+含量1 489.41 mg/L，F(xiàn)e3+含量318.72 mg/L，明顯高于相同條件下常規(guī)土酸，說明單步固體酸對鈣、鐵等金屬離子的絡(luò)合能力強(圖3～6)。

圖3 殘酸中鈣離子含量隨pH值變化曲線

圖4 殘酸中鐵離子含量隨pH值變化曲線

圖5 常規(guī)土酸殘酸隨pH值變化現(xiàn)象

圖6 單步固體酸殘酸隨pH值變化現(xiàn)象

1.6 洗油性能評價

單步固體酸體系集常規(guī)酸化前置液、前置酸、主體酸功能于一體，省去常規(guī)酸化前置液有機處理段塞。有機清洗劑組分能夠解除無機堵塞，解除有機堵塞的能力。

1.6.1 實驗方法

(1)將石英砂與試驗區(qū)脫水原油W0按比例配制，放置2 h以上取樣實驗；

(2)配制單步固體酸溶液50 mL，加入塑料杯中，以地層溫度恒溫30 min；

(3)加入約5 g油砂，稱重為W1，以地層溫度反應(yīng)3 h；

(4)去掉溶液，晾干，稱重W2，計算洗油率R。

R=(W1-W2)/W0×100

(1)

1.6.2 實驗結(jié)果

單步固體酸體系在地層溫度條件下對油砂的洗油率達75.70%，洗油率符合技術(shù)指標(不低于50%)，滿足現(xiàn)場應(yīng)用要求(表3、圖7)。

表3 洗油性能評價數(shù)據(jù)

圖7 單步固體酸體系洗油前后現(xiàn)象

1.7 天然巖心解堵模擬實驗評價

1.7.1 實驗方法

(1)將試驗區(qū)塊的天然巖心柱洗油、抽真空，并用標準鹽水飽和；

(2)將飽和后的巖心柱放入巖心夾持器中；溫度設(shè)定為地層溫度，圍壓設(shè)定為2 MPa，流量恒定為0.5 mL/min，正驅(qū)標準鹽水直至壓力穩(wěn)定，測定初始巖心滲透率為k1標準鹽水；

(3)打開酸液儲液罐閥門，正驅(qū)單步固體酸溶液至出口端見酸停止，關(guān)閉所有閥門，反應(yīng)16 h；

(4)打開標準鹽水罐閥門，正驅(qū)鹽水直至壓力穩(wěn)定，計算酸巖反應(yīng)后巖心滲透率k2標準鹽水；

(5)重復(fù)實驗步驟(2)～(4)，測定常規(guī)土酸酸巖反應(yīng)前后巖心滲透率變化，對比評價兩種酸液體系對巖心的改造程度。

1.7.2 實驗結(jié)果

相同驅(qū)替速度、相同PV酸液情況下，單步固體酸驅(qū)替前后滲透率提高217%，常規(guī)土酸驅(qū)替前后滲透率提高160%，驅(qū)替前后巖心端面完好無損，單步固體酸對巖心的改造程度優(yōu)于常規(guī)土酸(表4)。

表4 巖心驅(qū)替實驗數(shù)據(jù)

2 現(xiàn)場應(yīng)用

施工現(xiàn)場采用2個耐酸攪拌罐，分別進行配制和注入，保證施工的連續(xù)性，根據(jù)現(xiàn)場壓降情況，隨時調(diào)整酸液用量，實現(xiàn)按需配制、注入，杜絕了酸液不足或酸液過量浪費的問題。目前在大慶外圍油田P區(qū)塊開展了2口井先導(dǎo)性試驗，措施有效率100%，解堵效果較好。

2.1 現(xiàn)場應(yīng)用效果

措施前兩口井實注量均達不到配注要求，措施后單井平均降壓1.75 MPa，平均累計增注1 900 m3以上，且持續(xù)有效(表5)。

表5 試驗井效果跟蹤數(shù)據(jù)

2.2 工藝措施對比

選取單步酸化解堵的P1-2井與相同區(qū)塊的常規(guī)土酸酸化的P1-3井進行措施工藝及效果對比(表6)。

表6 不同酸化工藝措施后效果對比

(1)常規(guī)土酸酸化現(xiàn)場多段塞注入過程中，前置液階段壓力穩(wěn)定在17.5 MPa不變，前置酸注入過程中壓力由17.5 MPa降至17.0 MPa，降壓0.5 MPa，主體酸注入過程中壓力由17.0 MPa降至15.0 MPa，壓力下降2.0 MPa，總體降壓2.5 MPa，主體酸起主要降壓作用(圖8)；

圖8 P1-3井施工過程壓力變化曲線

(2)單步酸化現(xiàn)場注入過程中，壓力由21.0 MPa降至18.5 MPa，壓力下降2.5 MPa，全過程均有降壓，現(xiàn)場施工壓力變化與常規(guī)土酸酸化相當(dāng)(圖9)；

圖9 P1-2井施工過程壓力變化曲線

(3)開井后，單步酸化解堵后注入壓力初期下降2.7 MPa，常規(guī)土酸酸化解堵后注入壓力初期下降0.2 MPa，日增注量相當(dāng)。單步酸化解堵效果與常規(guī)土酸酸化相當(dāng)，簡化了施工工藝，提高了施工效率，實現(xiàn)了酸液用量實時調(diào)控。

3 結(jié)論

(1)形成了單步固體酸體系，集常規(guī)土酸酸化前置液、前置酸、主體酸等多種段塞功能于一體。具有優(yōu)異的二次沉淀抑制性能，解決了常規(guī)酸化采用分段塞注入控制二次沉淀的問題。溶蝕、緩蝕、洗油等性能與常規(guī)土酸相當(dāng)，驅(qū)替天然巖心后滲透率提高217%。

(2)該體系可根據(jù)施工情況實時調(diào)整酸液用量現(xiàn)場配制，簡化了施工工序，提高了施工效率，固體組分便于運輸、儲存、配制，安全風(fēng)險系數(shù)低?，F(xiàn)場試驗2口井，措施后單井平均降壓1.75 MPa，平均累計增注1 900 m3以上，持續(xù)有效。