固體酸棒在注水井酸化增壓的應用

沈文靈 王潛龍 付超

摘 ?????要： 針對低滲透油田注水井后期結垢、注水壓力大和油田開發(fā)成本增加等問題，研發(fā)一種緩慢釋放活性物質的固體酸產品，通過溶解性實驗、解堵性實驗、N80鋼片的腐蝕性實驗、室內靜態(tài)評價實驗和室內動態(tài)評價實驗對其性能進行表征。結果表明：固體酸對于無機垢溶解效果較好，對管柱腐蝕性小，作用距離長和時間長，無殘留。在現場應用中，通過不間斷地投放固體酸，溶解無機雜質，增加地層的流通通道，降低注水壓力，取得較好的解堵增注效果。

關 ?鍵 ?詞：酸化解堵；固體酸；降壓增注

中圖分類號：TQ357.6 ????文獻標識碼： A ????文章編號： 1004-0935（2024）05-0710-04

近年來，我國石油資源的需求量不斷增加，人們對于石油資源的開采量和開采效率問題越來越重視。我國低滲透油藏的石油資源存儲量比較大，且分布廣泛，但由于低滲透油藏滲透率低，孔隙結構復雜，喉道細小，具有低孔、低滲透、低豐度、產能低下的特點，如何高效開采低滲透油藏成為研究的重點內容^[1-2]。

目前，低滲透油藏以注水開發(fā)為主，通過往地層中注入水來補充地層能量，提高油田開發(fā)的效率。但在注水過程中容易造成地層損害，進而使注水壓力升高，注水量下降，嚴重影響低滲透油藏注水開發(fā)的效果^[3-4]。如何降低注水開發(fā)過程井口壓力，改善油田注水開發(fā)效果，成為目前低滲油田中后期開發(fā)的重要問題。針對這一問題國內外諸多學者開展了大量的研究，主要對注水過程堵塞儲層孔隙喉道堵塞物進行酸蝕溶解，改善儲層物性，從而提高儲層滲流能力^[5]。注水井解堵的有效方法有傳統的酸化解堵技術主要有液體酸化、中性解堵和螯合酸解堵等，這些酸化解堵技術存在作業(yè)成本高，有效期短等缺點^[6-8]。本文研究一種緩慢釋放活性物質的固體緩釋產品，注水過程中投入管線中，從被動“治病”理念變成主動“防病”理念，達到防垢、解堵的目標，實現注水井長期穩(wěn)注目的。

1 ?固體酸作用機理

1.1 ?固體酸的結構

將粉末酸與緩釋骨架材料、緩蝕劑混合均勻，加入粘合劑后利用壓制工具制成固體酸酸棒產品（長度可根據需要定制）如圖1。

1.2 ?酸化解堵機理

當固體酸棒投放到管線中以后，水溶性高分子緩釋骨架遇水溶解，在酸棒表面形成一層阻水層，阻止水分進入固體酸內部，達到阻止粉末酸快速釋放的目的。隨著固體酸棒進一步與水接觸，骨架材料不斷地溶解進入水中，粉末酸緩慢釋放水中，最終實現緩釋的目的。絡合劑轉化難溶性沉淀，滲透劑溶脹疏松堵塞物，從而達到溶解堵塞物，消除二次沉淀，不用返排的效果^[9]。

1.2.1 ?實驗部分

1） 溶解性實驗

將過量氧化鐵粉末（分析純）、硫酸鈣粉末（分析純）、碳酸鈣粉末（分析純）分別加入 100?mL

20?g 固體酸溶液 60?℃加熱 2?h。稱量各反應物反應前的質量和反應后的剩余量，計算固體酸的溶解能力。

2）掛片實驗

參照 SY/T 5273—2014《油田采出水處理用緩蝕劑性能指標及評價方法》，通過掛片失重法模擬鋼片腐蝕情況^[10]，將N80鋼片放置1L固體酸溶液中，每天更換酸液，模擬10天內鋼片最大腐蝕情況。

腐蝕速率：?????。 ?????????（1）

式中：r_i—單片腐蝕速率，?g·m^-2·h^-1；

m—掛片腐蝕失量，g；

A_i—掛片表面積，mm?；

t—反應時間，h。

3）巖心滲透率測定

參照GB/T?29172—2012 《巖心分析方法》，先將巖心洗油后抽空，恒溫，首先飽和?4%?NH₄Cl 溶液，測量孔隙體積及初始滲透率，反向驅替由?CaCO₃、鐵屑組成的無機堵塞。再正向驅替固體酸酸液。最后用?8%?NH₄CI 溶液將主體酸驅替出巖心，測定最終滲透率。用達西定律計算巖心的滲透率。

2 ?室內實驗評價

2.1 ?靜態(tài)溶解實驗

利用酸堿滴定法測定固體酸在20?℃和60?℃下釋放固體酸含量（見圖2），20?℃時，固體酸在20?min后開始快速釋放，80?min后固體酸緩慢釋放。60?℃時，固體酸先快速釋放，55?min后緩慢釋放。

2.2 ?動態(tài)溶解實驗

固體酸在不同流速下的釋放情況（圖3），在200?mL/min流速下，固體酸棒在第1天開始釋放，溶液pH與時間呈線性關系，在150?mL/min流速下，固體酸棒在第2天開始釋放，溶液pH與時間呈非線性關系，在120?mL/min流速下，固體酸棒在第4天開始釋放，溶液pH與時間呈非線性關系，在80?mL/min流速下，固體酸棒在第5天開始釋放，溶液pH與時間呈非線性關系。

2.3 ?固體酸的腐蝕性

在50?℃時，N80鋼片的腐蝕速率隨著固體酸濃度降低而降低（如圖4）。

當日注入量為50～100?m³/d時，單次投放為100?kg，假定固體酸1天內完全溶解，則質量分數分別為0.1%～0.2%，因此將鋼片放置1?L固體酸溶液中，每天更換酸液，即可模擬10天內鋼片最大腐蝕情況。

質量分數1%的固體酸，腐蝕鋼片的速率為0.2?g/㎡·h，質量分數2%的固體酸，腐蝕鋼片的速率為0.22?g/㎡·h。實驗表明固體酸對鋼片的腐蝕較小。

2.4 ?固體酸的解堵性評價

巖心的滲透率恢復率見表3。

室溫條件下，巖心1的原始滲透率為35.68×10^-3μ㎡，恢復滲透率為33.47×10^-3μ㎡，滲透率恢復率為93.81%；室溫條件下，巖心2的原始滲透率為143.37×10^-3μ㎡，恢復滲透率為135.71×10^-3μ㎡，滲透率恢復率為94.66%。通過巖心滲透率恢復率測定，本研究的固體酸的解堵性較好。

2.5 ?固體酸的溶解實驗

2?0?g的固體酸與10?g碳酸鈣反應，可溶解4.58?g的碳酸鈣，溶解能力為0.229?g/g，同理，1?t固體酸可以處理229?kg碳酸鈣。

20?g的固體酸與3?g氧化鐵反應，可溶解1.95?g的碳酸鈣，溶解能力為0.098?g/g，同理，1?t固體酸可以處理97.5?kg碳酸鈣。

20?g的固體酸與5?g硫酸鈣反應，可溶解3.62?g的氧化鐵，溶解能力為0.181?g/g，1?t固體酸可以處理181?kg硫酸鈣。固體酸的溶解能力見表4。

2.6 ?某油田注入水固體酸溶蝕實驗

實驗條件：20?℃，水樣20?mL，固體酸溶液20?mL，水樣取自某油田注水井井口，?水質渾濁，含有大量油污、機械雜質，并伴有濃郁的臭味。注入水固體酸溶蝕實驗見圖5。

實驗方法：量取20?mL水樣，過濾，濾紙上可見大量機械雜質及油污。將20?mL固體酸溶液與水樣1∶1混合，靜置4?h，酸液可溶解大量無機雜質。

實驗結論：水樣固體質量濃度約1?247?mg/L，處理后固體質量濃度約149?mg/L，固體酸溶液可處理水樣中88%的雜質量。

3 ?油田應用

3.1 ?總體原則

地層本身聯通狀況較好，因外部原因造成近井地帶污染，導致注水困難的注水井。

3.2 ?選井依據

1）初期注水壓力較低，且緩慢增長；

2）具有一定的積累注入量；

3）進行酸化作業(yè)后，明顯見效僅是有效周期較短；

4）井況好，無套變、套漏；

5）經分析認為由于堵塞（無機堵塞和有機堵塞）造成的注水壓力偏高井。

3.3 ?現場應用

某油田X井采用在線增注前，油套壓為

18?MPa，日注水量在8?m³/d，注入量波動較大。2018 年7月注水壓力 27 MPa，日實注 8?m³，2018 年 7 月16日開始投放固體酸棒。圖6?為該井的壓力注入量曲線。經過8次投放注水量達到了配注（20?m³/d）要求，并且穩(wěn)定注入160天。

4 ?結束語

固體酸是為注水井量身打造的產品。適用于注水壓力比較高的注水井，通過不間斷投放固體酸，能夠增加地層的流通通道，減小注水壓力。固體酸的使用比較方便，具有可以降壓、綜合成本低、有效期長的經濟優(yōu)勢，可以規(guī)?；瘧?，是一個降壓增注技術中有益的補充。

固體酸的使用比較方便，可以由服務公司自行施工；固體酸價格便宜，每半年使用成本為約15萬元，遠遠低于壓裂酸化等措施的成本，具有使用方便、價格便宜的優(yōu)點，使用前景廣闊。

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Application of a Solid Acid Rod in Acidizing

Pressurization of Water Injection Wells

SHEN Wenling¹， WANG Qianlong²， FU Chao³

（1. Guilin University of Technology， Guilin Guangxi 541006，?China;

2. Xian Shiyou University， Xian Shaanxi?710065，?China;

3. CNOOC（China） Shenzhen Branch， Shenzhen Guangdong 518067，?China）

Abstract：??Aiming at the problems of scaling， high water injection pressure and increasing oilfield development cost in the late stage of water injection wells in low permeability oilfields， a kind of solid acid product with slow release of active substances was?developed， and its performance was characterized through the solubility experiment， plugging removal experiment， N80 steel corrosion experiment， indoor static evaluation experiment and indoor dynamic evaluation experiment. The results showed?that the?solid acid had?good dissolution effect on inorganic scale， little corrosion to pipe string， long action distance and long time， and no residue. In the field application， the?solid acid was?continuously added to dissolve inorganic impurities， increase the circulation channel of the formation and reduce the water injection pressure， and good plugging removal and injection increase effects were achieved.

Key words：?Acidizing?plug?removal;? Solid?acid; Depressurizing?and increasing?injection

收稿日期： 2023-09-05

作者簡介： 沈文靈（1998-），女，在讀研究生，新疆焉耆縣人，研究方向：油田化學。

通信作者： 王潛龍（1973-），男，副教授，博士，研究方向油氣井工程與油田化學。