董曉軍，侯儒，王鑫，黃得順，沈燕賓

(1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司 油氣勘探公司，陜西 延安 716000；2.陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710054)

鄂爾多斯盆地中部探區(qū)天然氣主力儲(chǔ)層自上而下發(fā)育有上古生界石盒子組、山西組、本溪組砂巖儲(chǔ)層和下古生界馬家溝組碳酸鹽巖儲(chǔ)層[1-3]，其中碳酸鹽巖儲(chǔ)層在其西北部氣田為第一主力層，因此，不斷優(yōu)化酸化壓裂工藝技術(shù)，努力提高儲(chǔ)層改造效果成為了氣田發(fā)展的重要主題之一。酸化壓裂(簡(jiǎn)稱酸壓)是靠酸蝕并延伸裂縫來(lái)達(dá)到改善地層滲流能力的一種增產(chǎn)措施[4]。依靠酸液的水力和溶蝕作用可形成延伸較遠(yuǎn)的酸壓裂縫，酸與巖石反應(yīng)溶蝕裂縫使壁面凹凸不平(簡(jiǎn)稱蚓孔)[5-6]，提高地層的導(dǎo)流能力，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目的[7]。本文對(duì)生物酸由生物酸化劑(植酸、果酸、酒石酸、海藻酸、乳酸)、聚天冬酸、有機(jī)鹽、生物活性劑、少量酶及葡萄糖組成，具有低毒、低氣味、低腐蝕、可生物降解性的性能進(jìn)行了室內(nèi)評(píng)價(jià)，該酸液具有低腐蝕、酸巖反應(yīng)慢、巖石刻蝕蚓孔復(fù)雜等特性，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，應(yīng)用效果較好，具有進(jìn)一步探究的價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

生物酸A、生物酸B、現(xiàn)場(chǎng)生物酸(8%A+2%B)、現(xiàn)場(chǎng)稠化酸、巖心均為自制；鋼片(N80)；無(wú)水乙醇，分析純。

FA2004N分析天平；LT2002電子天平；JYW-200B全自動(dòng)表界面張力儀；101-2SB烘箱；HH-4恒溫水浴鍋。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 pH測(cè)定 在24 ℃下，用廣泛pH試紙測(cè)定溶液pH。

1.2.2 鋼片腐蝕實(shí)驗(yàn) 在90 ℃下，分別取現(xiàn)場(chǎng)稠化酸200 g、現(xiàn)場(chǎng)生物酸200 g、生物酸A(10%水溶液)200 g、生物酸B(10%水溶液)200 g，倒入廣口瓶中。將N80鋼片用無(wú)水乙醇擦凈后，分析天平稱重3次(精確至0.000 1 g)，用細(xì)繩吊起，斜放在準(zhǔn)備好的4類樣品溶液中，分別置于90 ℃水浴鍋中，4 h后拿出，用無(wú)水乙醇將鋼片擦凈，稱重，用公式(1)計(jì)算腐蝕速度。

(1)

式中m前——鋼片腐蝕前質(zhì)量，g；

m后——鋼片腐蝕后質(zhì)量，g。

1.2.3 巖心溶蝕實(shí)驗(yàn) 在90 ℃下，取馬五巖心樣品4塊(高2.5 cm，直徑2.5 cm，約40 g)，洗凈、烘干，稱量。分別取現(xiàn)場(chǎng)稠化酸200 g、現(xiàn)場(chǎng)生物酸200 g、生物酸A(10%水溶液)200 g、生物酸B(10%水溶液)200 g，分別放入一塊處理后巖心樣品，置于90 ℃恒溫水浴中，現(xiàn)場(chǎng)稠化酸、現(xiàn)場(chǎng)生物酸(8%A+2%B)與巖心均有明顯的冒泡反應(yīng)?，F(xiàn)場(chǎng)稠化酸、10%生物酸B放置4 h，反應(yīng)基本停止。其中現(xiàn)場(chǎng)稠化酸因粘度大，無(wú)法觀察到具體冒泡現(xiàn)象，只能通過(guò)觀察表面是否起泡來(lái)判斷反應(yīng)情況。反應(yīng)完畢后，稠化酸粘度未減小?，F(xiàn)場(chǎng)生物酸和10%生物酸A可持續(xù)均衡反應(yīng)8.5 h，8.5 h后仍有輕微冒泡反應(yīng)。考慮到繼續(xù)反應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大，且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參考意義不大，取出烘干、稱量，按照公式計(jì)算溶蝕量、溶蝕率、反應(yīng)速度。

Δm=m1-m2

(2)

(3)

式中 Δm——巖心溶蝕量，g；

m1——實(shí)驗(yàn)前巖心質(zhì)量，g；

m2——實(shí)驗(yàn)后巖心質(zhì)量，g。

(4)

式中Va——反應(yīng)速率，g/(m2·h)；

Δm——巖心溶蝕量，g；

S——巖心表面積，m2；

Δt——反應(yīng)時(shí)間，h。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物酸的pH

測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 樣品pH測(cè)定結(jié)果

由表1可知，1號(hào)現(xiàn)場(chǎng)稠化酸樣品pH最小，有劇烈刺激性氣味；4號(hào)生物酸B樣品pH次之，2號(hào)現(xiàn)場(chǎng)生物酸樣品、3號(hào)生物酸A樣品pH最大，有較輕的生物發(fā)酵味，無(wú)刺鼻氣味，表明現(xiàn)場(chǎng)生物酸比現(xiàn)場(chǎng)稠化酸酸性弱，更利于造長(zhǎng)縫。

2.2 生物酸腐蝕實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1、表2。

圖1 鋼片腐蝕前、后照片

表2 腐蝕速度測(cè)定結(jié)果

由表2可知，現(xiàn)場(chǎng)生物酸(8%A+2%B)、生物酸A(10%)、生物酸B(10%)的腐蝕速度均低于現(xiàn)場(chǎng)稠化酸，表明現(xiàn)場(chǎng)生物酸對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓裂設(shè)備、井口裝置、井內(nèi)管具腐蝕傷害更小。

2.3 巖心溶蝕實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3和表3、表4。

圖2 巖心樣溶蝕前照片

圖3 巖心樣溶蝕后照片

表3 巖心溶蝕量、溶蝕率測(cè)定結(jié)果

表4 巖心溶蝕反應(yīng)速率測(cè)定結(jié)果

由表3可知，1、2、3號(hào)巖心溶蝕率基本相當(dāng)，1號(hào)巖心略高，4號(hào)巖心最低，現(xiàn)場(chǎng)生物酸可以滿足碳酸鹽儲(chǔ)層改造需求。

由表4可知，1、4號(hào)巖心反應(yīng)速率基本相當(dāng)，2、3號(hào)巖心遠(yuǎn)低于1、4號(hào)巖心，現(xiàn)場(chǎng)生物酸相比現(xiàn)場(chǎng)稠化酸在造長(zhǎng)縫方面更有優(yōu)勢(shì)。

由圖3可知，現(xiàn)場(chǎng)稠化酸溶蝕后巖心表面光滑，生物酸溶蝕后，巖心表面凹凸不平，刻蝕孔洞形態(tài)復(fù)雜，形成大量蚓孔，并且?guī)r心整體結(jié)構(gòu)完整，并沒(méi)有因酸蝕作用而引起巖心松散和垮塌，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力更高。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

延長(zhǎng)氣田針對(duì)生物酸壓裂共進(jìn)行了24井次的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，均采用(8%A+2%B)生物酸前置(30 m3)+高壓注稠化酸的方式進(jìn)行，某x-1井相關(guān)情況見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 某x-1馬五14層壓裂施工曲線

圖5 某x-1馬五13層壓裂施工曲線

由圖4、圖5可知，每層注入30 m3左右的前置生物酸，生物酸進(jìn)地層后，破壓明顯，生物酸前置施工階段施工壓力較高，前置生物酸與地層反應(yīng)速度更低，有利于通過(guò)前置生物酸的低反應(yīng)速率造更長(zhǎng)的縫，在地層遠(yuǎn)端形成蚯孔溝通微裂縫，從而提高地層導(dǎo)流能力與儲(chǔ)層改造效果，施工過(guò)程最高工作壓力80 MPa，平均工作壓力61.8 MPa，生物酸摩阻與稠化酸相當(dāng)，施工順利完成。該井經(jīng)測(cè)試求產(chǎn)無(wú)阻流量達(dá)41 600 m3/d，與鄰井相比，儲(chǔ)層物性條件相似，但鄰井無(wú)阻流量不足10 000 m3/d，改造效果較好。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，使用生物酸作業(yè)的井氣產(chǎn)量較常規(guī)酸化作業(yè)均有所提升。

3 結(jié)論

(1)生物酸pH介于3～4，無(wú)刺激性氣味，更加安全環(huán)保。

(2)生物酸腐蝕速度低于2 g/(m2·h)，腐蝕試驗(yàn)結(jié)束后，鋼片表面光滑無(wú)點(diǎn)蝕，對(duì)壓裂設(shè)備、井口裝置、井內(nèi)管具傷害更小。

(3)生物酸溶蝕巖心后，巖心表面粗糙，凹凸不平，利于形成有效蚓孔，刻蝕孔洞形態(tài)復(fù)雜，并且?guī)r心整體結(jié)構(gòu)完整，并沒(méi)有因酸蝕作用而引起巖心松散和垮塌，有利于提高導(dǎo)流能力。

(4)生物酸反應(yīng)速率為246.8 g/(m2·h)，是現(xiàn)場(chǎng)稠化酸反應(yīng)速率的44.5%，緩速效果明顯，有利于增加酸壓裂縫長(zhǎng)度。

(5)通過(guò)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，生物酸具有酸巖反應(yīng)速率慢、刻蝕表現(xiàn)好的特性，有利于提升酸壓改造的縫長(zhǎng)和刻蝕蚓孔質(zhì)量，增大裂縫導(dǎo)流能力，并在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中取得了較好的應(yīng)用效果，具有一定推廣價(jià)值。