侯彬彬，董麗娜，高利軍，候文閣，羅蘊鑫，田川川，徐 磊

（1.陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司延長氣田采氣二廠，陜西榆林 718500；2.青海鋰業(yè)有限公司，青海格爾木 810000）

酸化壓裂是目前國內(nèi)外油田碳酸鹽巖儲層廣泛采用的一項增產(chǎn)措施，酸壓施工多采用鹽酸（HCl）體系酸液，但HCl對人的呼吸道、皮膚、眼睛等存在傷害；返排的殘酸可能造成環(huán)境污染；與石灰?guī)r反應(yīng)速率快，不利于酸蝕有效裂縫延伸，影響酸壓效果；殘渣含量較高，容易堵塞地層，殘渣返排后不能自然降解[1-7]。另外，HCl對金屬的腐蝕也較嚴(yán)重，因而迫切需要尋找一種新型低毒環(huán)保酸替代HCl[8-10]。目前國內(nèi)外對酸壓所用酸液體系做了大量研究，研究表明，酸液的反應(yīng)速率及濾失是影響酸蝕裂縫長度和閉合裂縫導(dǎo)流能力的主要因素，控制反應(yīng)速率是實現(xiàn)深度酸壓的技術(shù)關(guān)鍵[11-12]。

高效緩速酸體系是以FF-01酸為主體酸，用于石油行業(yè)的增強型HCl的替代品，該酸是美國EarthBorn Clean公司研發(fā)的一種有機酸，其pH可以低至0.5。FF-01酸能酸化溶解碳酸鹽物質(zhì)和結(jié)垢，提高油井產(chǎn)量，也可解決HCl反應(yīng)速度快、反應(yīng)后殘渣含量高、殘渣返排后不能自然降解等問題，且該酸是一種環(huán)境及設(shè)備友好型產(chǎn)品[13-16]。通過深入研究FF-01的各項優(yōu)點，有助于提高酸液體系整體性能，更大地發(fā)揮其在油氣田開發(fā)中的優(yōu)勢，為油田油氣增產(chǎn)提供研究思路和技術(shù)支持。

1 實驗部分

1.1 原料

延長油田巖心(孔隙度 4.71%)；FF-01酸（EARTHBORN CLEAN公司）；HCl(分析純，北京化工廠)；膠凝酸、支撐劑陶粒(20～40目)，均為市售。

1.2 儀器

101型電熱鼓風(fēng)干燥箱(北京科偉永興儀器有限公司)；FA2004型電子天平(上海上平儀器有限公司）；NF-Ⅱ型裂縫導(dǎo)流能力試驗儀（南通儀創(chuàng)實驗儀器有限公司）；SFT-A2型表面張力儀（北京哈科試驗儀器廠）。

2 結(jié)果與討論

2.1 巖心溶蝕分析

2.1.1 不同酸液體系溶蝕速率對比 以延長油田巖心為主，淄博博山馬家溝組巖心為輔，進行FF-01酸、膠凝酸及HCl體系的溶蝕實驗。

將巖屑過10～20目篩子，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱105℃恒溫4 h后放入干燥器中自然冷卻至室溫，稱取三份巖屑待用；分別量取三份各300 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)20% 的HCl、膠凝酸和FF-01環(huán)保酸樣品倒入3個玻璃燒杯中，用保鮮膜封住玻璃杯口并將其放入90℃的恒溫水浴鍋中，待酸液溫度至90℃時，將巖屑分別放入酸液中，反應(yīng)一段時間后取出巖屑，用水沖洗2-3遍，然后烘干、冷卻、稱重、記錄。

不同酸液體系溶蝕速率對比見表1。當(dāng)酸液用量及反應(yīng)溫度相同時，HCl反應(yīng)0.1 h的溶蝕速率就達(dá)到了77 810.86 g/(m2·h)，而膠凝劑體系反應(yīng)0.5 h的溶蝕速率還不到HCl反應(yīng)0.1 h的1/6，在同樣條件下反應(yīng)0.5 h，F(xiàn)F-01體系的溶蝕速率約為膠凝酸體系的1/5?？梢奆F-01溶蝕速率約是HCl的1/30，溶蝕速率較低。FF-01環(huán)保酸具有良好緩速溶蝕性質(zhì)，可避免在近井地帶形成過度酸蝕，利于酸化壓裂裂縫延伸，增強布酸能力。

2.1.2 FF-01質(zhì)量分?jǐn)?shù)對巖心溶蝕質(zhì)量的影響 純FF-01及不同F(xiàn)F-01環(huán)保酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對巖心的溶蝕質(zhì)量影響見圖1。

表1 不同酸液體系溶蝕速率數(shù)據(jù)對比Table1 Data comparison of dissolution rate of different acid systems

圖1 純FF-01及25%FF-01環(huán)保酸對巖心的溶蝕質(zhì)量的影響Fig.1 The effect of pure FF-01 and 25%FF-01 acid on corrosion quality of core

由圖1可知，純FF-01與巖心經(jīng)1 h反應(yīng)共溶蝕掉14.1 g巖心，經(jīng)48 h反應(yīng)，巖心溶蝕掉14.5 g，可見經(jīng)過1 h反應(yīng)后溶蝕速率變緩慢。25%FF-01環(huán)保酸對巖心的溶蝕質(zhì)量較純FF-01環(huán)保酸及其他質(zhì)量分?jǐn)?shù)FF-01環(huán)保酸的少，故25%FF-01環(huán)保酸可起到較好緩速溶蝕的作用。

2.1.3 反應(yīng)時間對巖心溶蝕率的影響 25%FF-01環(huán)保酸在不同巖心反應(yīng)時間對巖心溶蝕率的影響見表2。由表2可知，隨著反應(yīng)時間的增加，巖心溶蝕率也逐漸增大。當(dāng)反應(yīng)0.5 h時，F(xiàn)F-01環(huán)保酸的溶蝕率達(dá)到31%，而當(dāng)反應(yīng)1.0 h時，此時溶蝕率增加13.5%，而后隨著反應(yīng)時間的加長，溶蝕率增率降低，當(dāng)時間為48.0 h時，溶蝕率僅為53%，進一步證明25%的FF-01環(huán)保酸具有緩速溶蝕作用。

表2 反應(yīng)時間對巖心溶蝕率的影響Table2 Effect of reaction time on the dissolution rate of core

2.2 巖心導(dǎo)流能力分析

2.2.1 不同酸液體系對巖心滲透率的影響 不同酸液體系對巖心滲透率提高幅度對比數(shù)據(jù)見表3。對滲透率相差不大的巖心進行導(dǎo)流能力測試，結(jié)果顯示，采用FF-01環(huán)保酸處理后的巖心滲透率提高幅度為288%，而采用HCl體系時提高幅度僅為1.35%?？梢奆F-01環(huán)保酸具有增強巖心導(dǎo)流能力的作用，由于FF-01環(huán)保酸溶蝕能力較差，故在施工過程中能夠延伸裂縫長度，又因其緩速性，更容易在地層中“酸蝕蚓孔”，因而會增大巖心導(dǎo)流能力。

表3 不同酸液體系對巖心滲透率提高率對比Table3 Comparison of core permeability increase rate of different acid fluid systems

2.2.2 閉合壓力對巖心裂縫導(dǎo)流能力的影響 不同閉合壓力對巖心裂縫導(dǎo)流能力KWf的影響見表4。由表4可見，20.002 MPa時FF-01環(huán)保酸酸化后導(dǎo)流能力達(dá)到 1 544.586 μm2·cm；34.075 MPa下，導(dǎo)流能力為 1 145.225 μm2·cm，估算滲透率為 349 mD，為中滲透。隨閉合壓力增加，裂縫導(dǎo)流能力降低。閉合壓力增大，注酸變困難，在相同排量下，注酸功率一定，閉合壓力越大，酸液需要克服做功越多，造成注酸量越少，對巖心溶蝕也越少，導(dǎo)流能力降低?？傮w而言，F(xiàn)F-01環(huán)保酸對巖心溶蝕效果優(yōu)于HCl，主要是FF-01環(huán)保酸溶蝕慢，酸液可推進到裂縫深處；酸液濾失量低，促使裂縫延伸，溝通了遠(yuǎn)井地帶與井筒的滲流通道，從而增大地層導(dǎo)流能力。

表4 不同閉合壓力對巖心裂縫導(dǎo)流能力的影響Table4 Influence of different closing pressures on fracture conductivity of core

2.3 巖心傷害分析

2.3.1 殘渣質(zhì)量 FF-01環(huán)保酸與鹽酸殘渣質(zhì)量見圖2。加入足夠酸液使之與巖屑完全反應(yīng)，反應(yīng)后FF-01酸殘渣質(zhì)量為20%HCl環(huán)保酸殘渣質(zhì)量的1/6，殘渣量較少，可有效解決HCl殘渣質(zhì)量較高、容易堵塞地層等問題。

2.3.2 溶液性質(zhì) FF-01反應(yīng)殘酸較HCl殘酸清澈，不易形成懸濁狀且殘酸不溶物少，滿足返排要求，有助于保護地層。

2.4 鋼材緩蝕分析

2.4.1 腐蝕速率 FF-01環(huán)保酸對管件設(shè)備的腐蝕速率的影響見表5。按照標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 5405-1996》，一級緩蝕劑腐蝕速率不大于 5 g/(m2·h)。由表5可知，F(xiàn)F-01環(huán)保酸對P110S油管、N80油管、混砂車攪拌缸材料、連續(xù)油管和封隔器膠筒的腐蝕速率都非常低，施工過程中能最大限度地降低對設(shè)備和管柱的腐蝕，完全滿足酸化壓裂施工需要。

2.4.2 酸溶解度 表6為FF-01環(huán)保酸對支撐劑陶粒(20～40目)的酸溶解度的影響。由表6可知，采用3種酸對支撐劑陶粒進行了酸溶實驗，當(dāng)反應(yīng)時間為0.5 h時，土酸溶解率最高，為FF-01酸溶解率的3.6倍，是20%HCl酸溶解率的3倍，破壞率較強，而FF-01酸溶解率為1.41%，是最低的，說明FF-01環(huán)保酸對支撐劑陶粒具有較好的保護作用，選用FF-01酸可以更大程度地提高壓裂效果。

圖2 殘渣質(zhì)量對比Fig.2 Comparison of residue amount

表5 FF-01環(huán)保酸對管件設(shè)備腐蝕速率的影響Table5 The effect of FF-01 environmental acid on corrosion rates of pipe fittings

2.5 殘酸性質(zhì)分析

2.5.1 表/界面張力 25%FF-01酸液反應(yīng)前后的表/界面張力見表7。由表7可知，25%FF-01環(huán)保酸中含有表面活性劑成分，然而酸液反應(yīng)前后的表面張力和界面張力基本沒有變化，且數(shù)值較低，說明當(dāng)采用25%FF-01環(huán)保酸進行酸化壓裂施工后，殘酸表界面張力比較低，容易返排。

2.5.2 酸液反應(yīng)前后表觀黏度 FF-01酸液反應(yīng)前表觀黏度為0.75 mPa·s，反應(yīng)后表觀黏度為0.90 mPa·s，表觀黏度增長不大，F(xiàn)F-01環(huán)保酸殘酸表觀黏度較低，可明顯提高返排效果。

表6 FF-01環(huán)保酸對支撐劑陶粒的酸溶解度的影響Table6 The acid solubility of FF-01 environment-friendly acid to proppant

表7 酸液反應(yīng)前后的表/界面張力Table7 Surface tension before and after acid reaction

3 結(jié) 論

（1）FF-01環(huán)保酸溶蝕速率較低，能夠避免在近井地帶形成過度酸蝕，利于酸化壓裂裂縫延伸，增強布酸能力。

（2）FF-01環(huán)保酸處理后的巖心滲透率提高幅度為288%，且FF-01環(huán)保酸可增強巖心導(dǎo)流能力；隨閉合壓力增加，裂縫導(dǎo)流能力降低。

（3）FF-01環(huán)保酸對鋼材的腐蝕速率及對支撐劑陶粒的酸溶解度均較低；酸液反應(yīng)后表/界面張力和殘酸黏度較低，易返排。FF-01環(huán)保酸可完全滿足酸化壓裂施工需要。