李子輝

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司 第五采油廠 （黑龍江 大慶 163513)

A油田為了進(jìn)一步有效開采剩余原油，在對(duì)注采井加密調(diào)整的同時(shí)，1998年底在A區(qū)開展了聚合物驅(qū)油試驗(yàn)，取得了良好的增油效果，提高了采收率。2003年以后，對(duì)各個(gè)區(qū)塊陸續(xù)開展了聚合物驅(qū)油技術(shù)的礦場(chǎng)推廣，改善了儲(chǔ)層驅(qū)替波及體積，使得原來水驅(qū)未波及到的物性相對(duì)較差的儲(chǔ)層得到有效動(dòng)用，極大地改善了開發(fā)效果[1-8]。同時(shí)，注聚井由于地層孔隙被堵塞而難以注入的問題也逐漸凸顯[9-12]，成為油田開發(fā)中后期影響聚驅(qū)井生產(chǎn)的難題。酸化作為一種常用儲(chǔ)層解堵技術(shù)，在各大油田廣泛采用。應(yīng)用HCl、HF、HBF43種油田常用酸溶液，綜合考慮用量和效果，對(duì)其濃度進(jìn)行優(yōu)化，獲得最佳的酸化解堵液配方。為避免其對(duì)井下管柱的腐蝕，對(duì)酸化緩蝕添加劑進(jìn)行優(yōu)選，為現(xiàn)場(chǎng)推廣提供了技術(shù)支持。

1 固形堵塞物溶解劑的試配

實(shí)驗(yàn)中，分別選擇HCl、HF、HBF4酸溶液對(duì)巖心粉末中固形堵塞物溶解，通過評(píng)價(jià)溶解效果得出酸化解堵配方。

1.1 HCl濃度優(yōu)選

1）配制濃度為1%～8%的HCl溶液。

2）將天然巖心洗油烘干后粉碎，將濾紙與巖心粉末放入烘箱中烘干并稱量，記錄濾紙質(zhì)量（m0）。

3）利用天平稱1 g巖心粉末（m1），精確到0.001 g，放入10 mL不同質(zhì)量濃度的HCl溶液中，并適當(dāng)搖晃離心管，使酸液與巖心粉末充分接觸潤(rùn)濕后，密封，記錄時(shí)間，置于45℃的恒溫箱中。

4）反應(yīng)4 h后，取出并過濾，用蒸餾水沖洗，直到濾液pH=7。

重復(fù)上述步驟，測(cè)算不同濃度HCl溶液的溶解試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)的溶解率。溶解率的計(jì)算公式為：△m/m1×100%=（m0+m1-m2）/m1×100%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，HCl對(duì)樣品的溶解率實(shí)驗(yàn)如圖1所示。

表1 HCl對(duì)樣品的溶解率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 HCl對(duì)樣品的溶解率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1和圖1可見，HCl濃度增大，巖心粉末的溶解率也隨之升高，但當(dāng)HCl濃度超過5%以后，曲線斜率變小，說明再繼續(xù)增加HCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，巖心粉末溶解率增加率變小。因此HCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定為5%。

1.2 HF濃度優(yōu)選

配制0.5%～3.0%的HF溶液，與巖心粉末反應(yīng)，測(cè)定巖心粉末的溶解率。改變HF溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，得到低碳有機(jī)酸對(duì)巖心粉末溶解結(jié)果，如圖2所示。

圖2 HF對(duì)樣品的溶解率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知，HF質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，巖心粉末的溶解率也隨之增加，酸溶液對(duì)固形物的溶解能力越強(qiáng)。HF質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過2%以后，溶解率趨于穩(wěn)定，說明再繼續(xù)提高HF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，巖心粉末的溶解能力增強(qiáng)幅度越來越弱。為了保證較好的處理效果，同時(shí)縮減酸量，降低投資，HF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)定為2%。

1.3 HBF4濃度優(yōu)選

配制1%～6%的HBF4酸液，與巖心粉末反應(yīng)，測(cè)定溶解率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 HBF4對(duì)樣品的溶解率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖3可見，增加HBF4質(zhì)量分?jǐn)?shù)，固形堵塞物的溶解率隨之增大。當(dāng)HBF4質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%以后，溶解率趨于穩(wěn)定，說明再繼續(xù)提高HBF4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，巖心粉末溶解能力增強(qiáng)幅度越來越弱。為了保證較好的處理效果，同時(shí)縮減酸量，降低投資，HBF4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定為3%。

1.4 復(fù)合劑溶解效果實(shí)驗(yàn)

通過1.1—1.3小節(jié)實(shí)驗(yàn)篩選出了不同酸液的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，組合起來，得到儲(chǔ)層巖石粉末的溶解液配方：5%HCl+2%HF+3%HBF4。為定量評(píng)價(jià)此復(fù)合劑的溶解效果，取3份樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，見表2。

表2 固形堵塞物溶解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2可見，混合酸液對(duì)3份巖心粉末樣品的平均溶解率達(dá)到16.93%，復(fù)合劑溶解效果顯著優(yōu)于單劑溶解效果。

本設(shè)計(jì)選用電容參數(shù)為150 μF，ESR為12 mΩ，將兩個(gè)相同電容并聯(lián)接入電路，以進(jìn)一步降低ESR。

因此，固形堵塞物解堵液主劑配方為：5%HCl+2%HF+3%HBF4。

2 酸化緩蝕劑優(yōu)選

酸化緩蝕劑作為解堵工藝中不可或缺的一種添加藥劑，可以有效地減輕酸溶液對(duì)井下管柱和設(shè)備的腐蝕，保護(hù)井下工具。選用不同有機(jī)酸化緩蝕劑，通過實(shí)驗(yàn)篩選配方。

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

應(yīng)用掛片失重法，將掛片從包裝紙包中取出，除銹、除油、烘干、稱重、測(cè)量長(zhǎng)寬、計(jì)算表面積、浸入到溶液中，經(jīng)過一段時(shí)間，撈出掛片，洗凈殘余溶液，烘干稱重，計(jì)算質(zhì)量損失、腐蝕速率及腐蝕率。

腐蝕速率：

式中：v為掛片腐蝕速率，g/(m2·h)；Δt為反應(yīng)時(shí)間，h；Δm為掛片失重，g；A為掛片表面積，mm2。

腐蝕率：

式中：S為腐蝕率，%；m0為實(shí)驗(yàn)前掛片質(zhì)量，g；m1為實(shí)驗(yàn)后掛片質(zhì)量，g。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

固形堵塞物溶解劑、無水乙醇、石油醚、N 80鋼片（掛片）如圖4所示。各種酸化緩蝕劑、毛刷、砂紙、天平、游標(biāo)卡尺、塑料瓶、恒溫水浴如圖5所示。

圖4 掛片

圖5 恒溫水浴

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1）制備掛片。用N80油管除銹除油，加工掛片，化學(xué)成分見表3。

2）取已制備的掛片，測(cè)量其長(zhǎng)寬，得出該掛片的表面積，用天平測(cè)量掛片的質(zhì)量m（0精確至0.001 g），按照工作液與掛片的面容比為20 mL/cm2的條件，依次將不同體積的溶解劑放入各自的密閉容器中，在45℃恒溫水浴鍋中預(yù)熱10～15 min。

表3 N80鋼片組構(gòu)成 %

3）將稱重后的掛片依次放入對(duì)應(yīng)的工作液中，45℃恒溫反應(yīng)4 h。

4）撈出掛片并清洗，除污后晾干，用濾紙包好并干燥1 h，用天平稱重m1，依據(jù)公式得出腐蝕速率和腐蝕率。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

表4 酸化緩蝕劑篩選實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

配制濃度為0.5%酸化緩蝕劑并與1.4節(jié)中所示比例的固形堵塞物溶解劑混合，按照2.3節(jié)實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。

由表4測(cè)試結(jié)果可看出，固形堵塞物溶解劑對(duì)掛片的腐蝕很嚴(yán)重，其空白樣的腐蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SY/T 5405—1996《酸化用酸化緩蝕劑性能實(shí)驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》規(guī)定2.0 g/（m2·h）的要求，若不加藥劑防腐，井下設(shè)備必將被腐蝕；加入酸化緩蝕劑后能降低固形堵塞物溶解劑對(duì)鋼材的腐蝕速率，其中加入HSSD-1酸化緩蝕劑后，腐蝕速率大幅度降低。因此，選定用HSSD-1酸化緩蝕劑。

由于0.5%的HSSD-1酸化緩蝕劑的腐蝕速率4.806 3 g/（m2·h）未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)2.0 g/（m2·h）要求，需要對(duì)其濃度進(jìn)一步優(yōu)化。針對(duì)HSSD-1，縮小濃度變化差，按照上述同樣的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化酸化緩蝕劑用量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同濃度的HSSD-1緩蝕效果

由圖6可見，腐蝕速率隨著酸化緩蝕劑HSSD-1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高而降低，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高到某一閾值后，藥劑對(duì)腐蝕控制能力變?nèi)酰€趨于平緩。為節(jié)約成本，最終確定HSSD-1酸化緩蝕劑加入到固形堵塞物溶解劑的質(zhì)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%，對(duì)應(yīng)的腐蝕速率為1.487 3 g/（m2·h），低于標(biāo)準(zhǔn)要求，緩蝕效果良好，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的需要。

3 結(jié)論

1）5%HCl+2%HF+3%HBF4混合酸液對(duì)巖心粉末的溶解率為16.93%，有良好的溶解效果。

2）固形堵塞物溶解劑對(duì)掛片的腐蝕很嚴(yán)重，其空白樣的腐蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定2.0 g/（m2·h）的要求，若不加藥劑防腐，井下設(shè)備必將被腐蝕。

3）腐蝕速率隨著酸化緩蝕劑HSSD-1的濃度升高而降低，當(dāng)濃度升高到某一閾值后，藥劑對(duì)腐蝕控制能力變?nèi)?，曲線趨于平緩。

4）當(dāng)HSSD-1酸化緩蝕劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，腐蝕速率為1.4873 g/（m2·h），緩蝕效果良好。