劉 暢，王 彬，肖魏媛，潘 錚，張其平，羅 鏡

(四川省威沃敦化工有限公司，四川 廣漢 618304)

世界上有50%的油氣資源來(lái)源于碳酸鹽巖儲(chǔ)層。鄂爾多斯盆地作為我國(guó)致密砂巖、碳酸鹽巖主要分布點(diǎn)之一，存在孔隙度低、滲透率低的特點(diǎn)，同時(shí)非均質(zhì)性較強(qiáng)。針對(duì)此種地質(zhì)特點(diǎn)，傳統(tǒng)酸化存在酸巖反應(yīng)速度快、無(wú)法壓裂造縫等缺點(diǎn)。本文以延5××-1井為出發(fā)點(diǎn)，使用氨基磺酸低摩阻凍膠酸前置液體系，配合生物膠壓裂液對(duì)延5××-1井進(jìn)行改造，結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析，證明該體系在壓裂酸化過(guò)程中有增產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。延5××-1井地質(zhì)情況(孔隙度、地層巖性)和測(cè)井情況如表1所示。

表1 延551-1井地層基礎(chǔ)巖性

該井位于鄂爾多斯盆地，巖性以致密砂巖為主，為非均質(zhì)砂巖地層，該井壓裂采用生物膠裂液進(jìn)行加砂壓裂[1]。為達(dá)到連續(xù)混配、遠(yuǎn)端改造效果，需要對(duì)該井進(jìn)行前置造縫、酸化改造。但是傳統(tǒng)常規(guī)酸有以下缺點(diǎn)：施工摩阻大，泵注排量低，施工效率低下且無(wú)法對(duì)低孔隙度、低滲透率地層進(jìn)行施工；僅有近井帶解堵的效果，酸巖傳質(zhì)速率快，在近井帶快速形成乏酸后，無(wú)法對(duì)遠(yuǎn)端地層進(jìn)行刻蝕和壓裂改造；黏度低，無(wú)造縫效果，對(duì)后續(xù)壓裂加砂施工幫助??；需要使用鹽酸配液，現(xiàn)場(chǎng)存在儲(chǔ)運(yùn)、泄漏等事故風(fēng)險(xiǎn)[2]。

基于以上問(wèn)題，需要一種高黏度、低傳質(zhì)速率、安全有保障的前置酸液體系。本文所述的施工中使用一種氨基磺酸凍膠體系，該體系使用8%～15%氨基磺酸代替鹽酸，能夠達(dá)到與15%鹽酸相當(dāng)?shù)膸r心溶蝕效果，同時(shí)有較低的酸巖反應(yīng)速率；為到達(dá)造主裂縫的效果，使用了酸液稠化劑、交聯(lián)劑，使得酸液呈現(xiàn)凍膠狀，有較好的造縫效果，為后續(xù)壓裂加砂施工提供更多導(dǎo)流通道，達(dá)到更大的改造體積和產(chǎn)氣量的目的。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

有機(jī)酸稠化劑(公司產(chǎn)品，WLD75B)，氨基磺酸(HGT 2527 工業(yè)氨基磺酸標(biāo)準(zhǔn))，緩蝕劑(公司產(chǎn)品，WLD31F)，交聯(lián)劑(公司產(chǎn)品，WLD77C)，助排劑(公司產(chǎn)品，WLD27)，套管鋼片(N80，山東省陽(yáng)信縣晟鑫科技有限公司)，乙醇(分析純，成都市科龍化工試劑廠(chǎng))，丙酮(分析純，成都市科龍化工試劑廠(chǎng))，氫氧化鈉(分析純，成都市科龍化工試劑廠(chǎng))，40mm×20mm×20mm大理石樣塊，山西組巖心。

1.2 儀器設(shè)備

六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)(ZNN-D6B)，超聲清洗儀(CH-10BM)，水熱反應(yīng)釜。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

基液配制，按照8%～15%氨基磺酸+0.2%WLD75B+2%WLD31F+1%WLD27的配方組成，在 500 r/min的攪拌速度下配制基液，攪拌至少 20 min。使用滴定法測(cè)定當(dāng)量酸濃度，使用精制水和 0.1 mol/L 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定8%～15%氨基磺酸水溶液，得到生酸濃度。在上述基液中按照0.3%～0.5%比例加入交聯(lián)劑，攪拌均勻。攪拌過(guò)程中記錄成膠狀態(tài)，進(jìn)行交聯(lián)劑加量?jī)?yōu)選實(shí)驗(yàn)。使用玻璃棒對(duì)交聯(lián)后的液體進(jìn)行挑掛性測(cè)試，通過(guò)六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)進(jìn)行交聯(lián)后的黏度測(cè)試。使用流變儀測(cè)試體系的耐溫耐剪切性能，測(cè)試條件為使用RotorP38轉(zhuǎn)子，剪切速率 170 s-1，溫度 90 ℃。腐蝕速率按照SY/T 5405《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》中方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。使用山西組巖心使用粉和山西組巖心樣塊(40 mm×20 mm×20 mm)、大理石樣塊(40 mm×20 mm×20 mm)，通過(guò)失重法測(cè)定緩速率[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 凍膠酸體系交聯(lián)劑配方優(yōu)選

取配制基液，使用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)試，基液黏度為15 mPa·s。該體系交聯(lián)劑配方選用有機(jī)鋯交聯(lián)劑，考察交聯(lián)劑用量對(duì)膠液交聯(lián)狀態(tài)的影響，具體結(jié)果如表2，圖1中所示。

表2 交聯(lián)劑加量和交聯(lián)狀態(tài)表格

a.配方基液+0.3%WLD77C；b.基液+0.2%WLD77C；

c.基液+0.1%WLD77C

圖1 交聯(lián)狀態(tài)圖

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在交聯(lián)劑添加量為0.3%時(shí)即可達(dá)到較好的交聯(lián)效果，在0.2%添加量時(shí)，雖然已經(jīng)形成凍膠狀，但成膠耐挑性能較差；0.1%添加量時(shí)，僅為弱交聯(lián)狀態(tài)。具體原因?yàn)榻宦?lián)劑與聚合物的交聯(lián)比例未達(dá)到最佳比例，導(dǎo)致羥橋離子中心強(qiáng)度未達(dá)到最大。

2.2 緩蝕劑加量配方優(yōu)選

按照15%氨基磺酸+0.2%WLD75B+2%WLD31F+1%WLD27的配方配制基液。在緩蝕劑中加入1%～5%硫脲，以改善氨基磺酸對(duì)鋼片產(chǎn)生的腐蝕[4]，考察不同添硫脲的加量對(duì)腐蝕速率的影響。

對(duì)比表3數(shù)據(jù)和圖2中鋼片狀態(tài)可知，WLD31F緩蝕劑對(duì)鋼片腐蝕有較好的抑制作用，在硫脲添加量為3%～5%時(shí)，可在 90 ℃ 條件下有效抑制鋼片點(diǎn)蝕，同時(shí)大大降低鋼片腐蝕速率。

表3 凍膠酸體系對(duì)N80鋼片腐蝕速率表

a.加入5%硫脲的緩蝕劑；b.1%硫脲緩的蝕劑

2.3 氨基磺酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選

使用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度的鹽酸和氨基磺酸，以酸堿滴定法測(cè)定氨基磺酸不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的酸含量，同時(shí)使用8%～15%氨基磺酸+0.2%WLD75B+2%WLD31F+1%WLD27+0.3%WLD77C的配方加入水中，對(duì)比10%鹽酸的效果。評(píng)價(jià)結(jié)果如表4。

表4 不同氨基磺酸生酸濃度和酸巖反應(yīng)速率

根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比，氨基磺酸具有良好的緩速效果，15%氨基磺酸與10%鹽酸的巖心溶蝕率相當(dāng)，但酸巖反應(yīng)速率大大降低，緩速率達(dá)到88.37%。由于氨基磺酸在常溫下為弱電解質(zhì)，雖然顯強(qiáng)酸性，但生酸濃度低。在 60 ℃ 以上氨基磺酸發(fā)生水解反應(yīng)生成硫酸氫銨，進(jìn)一步水解為硫酸，表現(xiàn)出較強(qiáng)的溶蝕能力。反應(yīng)方程式如下：

HSO3NH2+H2O→NH4HSO4

(1)

(2)

氨基磺酸溶蝕效果如圖3所示。

由圖3看出，10%鹽酸對(duì)巖心的刻蝕效果明顯，在刻蝕下，產(chǎn)生巖心樣品中部斷裂，表面坑蝕較少，整體較平整；15%氨基磺酸對(duì)于該巖心樣品，表面明顯坑蝕較多，形成凹凸不平的表面，證明氨基磺酸對(duì)致密碳酸巖石表面可形成更加復(fù)雜的外觀，在裂縫閉合之后能夠有更好的形成溶蝕孔道的效果。巖心具有一定的非均質(zhì)性，由于鹽酸的氫離子當(dāng)量較高，會(huì)優(yōu)先與碳酸鹽分布多的區(qū)域產(chǎn)生優(yōu)先反應(yīng)，并迅速形成乏酸，酸巖反應(yīng)速率大大降低，對(duì)于低密度區(qū)域無(wú)法形成較好的溶蝕效果[5]；而氨基磺酸由于其初始酸濃度低，具有較好的緩速效果，能夠在較長(zhǎng)時(shí)間保持酸濃度，所以整體巖心形成均勻刻蝕，也能對(duì)碳酸鹽分布較少的區(qū)域有一定刻蝕效果，在巖心表面產(chǎn)生大面積坑蝕。

a/b.刻蝕前的山西組巖心；c.10%鹽酸對(duì)山西組巖心刻蝕效果；

2.4 現(xiàn)場(chǎng)施工效果

圖4中曲線(xiàn)中標(biāo)注段為凍膠酸泵注階段，結(jié)束泵注后，降低排量到1.5m3/min。泵注生物膠作為隔離液，凍膠酸進(jìn)入地層后，有較明顯的地層破裂響應(yīng)，導(dǎo)致壓力從19 MPa降低至17 MPa；凍膠酸完全進(jìn)入地層后，酸巖反應(yīng)導(dǎo)致2～3 MPa酸降，說(shuō)明凍膠酸具有壓開(kāi)地層的能力和較好的巖心溶蝕效果，而不僅是在近井帶進(jìn)行解堵和初步酸化。前置液泵注程序見(jiàn)表5。在壓裂施工完后，產(chǎn)氣情況如表6所示。

圖4 施工曲線(xiàn)圖

表5 該井施工前置液泵注程序

表6 產(chǎn)氣量表格

試氣時(shí)的產(chǎn)氣量從 8670 m3/d 提升至 22302 m3/d，提升率為157%，說(shuō)明凍膠酸體系可以良好配合生物膠壓裂液體系，達(dá)到良好的增產(chǎn)助產(chǎn)效果。

3 結(jié)論

1)根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，得到了優(yōu)化后的凍膠酸配方為：15%氨基磺酸 + 0.2%WLD75B+2%WLD31F+1%WLD27。其中，緩蝕劑中需添加至少3%硫脲，以保證能在90℃條件下抑制鋼片表面點(diǎn)蝕。

2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，該體系對(duì)山西組巖心有較好的刻蝕效果。通過(guò)相近溶蝕率情況下的酸巖反應(yīng)速率對(duì)比，凍膠酸比傳統(tǒng)鹽酸酸化液具有更低的生酸速率，更高的緩速率，緩速率可達(dá)88.37%；同時(shí)氨基磺酸的使用和運(yùn)輸相比鹽酸更具安全性。

3)在施工泵注過(guò)程中，由于長(zhǎng)鏈聚合物的添加，施工摩阻低，泵注排量3m3/min時(shí)施工壓力僅為 19 MPa，且表現(xiàn)出良好的造縫和酸化效果。

綜上所述，針對(duì)山西組致密砂巖碳酸鹽巖地層，凍膠酸可作為一種低摩阻、緩速、安全高效的壓裂酸化前置液，起到良好的助產(chǎn)和增產(chǎn)效果。