吳 廣，白 冰，黃志明，丁文剛，劉 洋，邊 峰

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300459；2.中海石油(中國)有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300450)

HF作為能溶解大部分砂巖巖石礦物的唯一普通酸被廣泛應(yīng)用于砂巖儲層酸化增產(chǎn)措施中[1]。目前普遍通過提高HF濃度來增強(qiáng)酸液溶蝕率以求達(dá)到更好的增產(chǎn)效果，但強(qiáng)溶蝕酸液容易過度溶蝕近井地帶儲層巖石骨架和膠結(jié)物，造成酸化后儲層巖石膠結(jié)強(qiáng)度降低而出砂[2]。酸敏是指酸化液進(jìn)入地層后與地層中的酸敏礦物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生凝膠、沉淀或釋放出微粒，使地層滲透率下降的現(xiàn)象。強(qiáng)溶蝕酸一般都含有高濃度的氟離子，一方面這些未反應(yīng)消耗的氟離子會與地層中的高價陽離子生成沉淀而對地層造成傷害，另一方面大量的氟離子與地層礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，向地層中釋放大量的氟硅酸根、硅鋁酸根和Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等高價陽離子，增加二次沉淀傷害的程度和風(fēng)險[3-5]。

弱溶蝕酸為多元有機(jī)弱酸復(fù)合液體，具有絡(luò)合高價陽離子能力。其弱酸性降低了酸液對地層巖石礦物的溶蝕程度，有效降低或避免了酸化后地層垮塌出砂以及儲層傷害風(fēng)險。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要材料和儀器

鹽酸、氫氟酸、偏硅酸(固體)、氧化鋁(固體)、三氯化鐵、三氯化鋁、氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、碳酸鈉均為分析純試劑，市售；石英、長石、高嶺石、蒙脫石，純度>95%，市售；鈣標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液、酸化添加劑為實(shí)驗(yàn)室自制。巖樣為南海西部某油田某井W3層位取樣，實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

巖心流動儀，江蘇海安華達(dá)石油儀器有限公司；WDW-10型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南藍(lán)波試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.2 酸溶蝕實(shí)驗(yàn)

分別將石英、長石、高嶺石、蒙脫石、巖樣洗油后烘干，研磨粉碎，過80目分選篩，105 ℃烘烤24 h以上，稱量2.000 0g試樣放入聚四氟乙烯試劑瓶中，加入40 mL酸液搖勻，置于90 ℃水浴中2～4 h后過濾分離，再將過濾物質(zhì)烘干稱重。

酸液成分：標(biāo)準(zhǔn)土酸為12%HCl、3%HF；弱溶蝕酸為有機(jī)酸、有機(jī)膦酸和氟鹽。

工作液：鉆井液為油基泥漿、固井液為雙凝水泥漿體系、完井液為隱形酸，均為鉆井井場現(xiàn)場取樣。

1.3 二次沉淀抑制實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)在90 ℃、酸液中游離H+和F-含量與12%HCl+3%HF土酸相同的情況下進(jìn)行。

1)氟化鈣(鎂)沉淀抑制實(shí)驗(yàn)。將一定量酸液加熱至實(shí)驗(yàn)溫度，然后向酸液中緩慢滴加標(biāo)定后的鈣(鎂)標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液，溶液中有沉淀產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)終止，計(jì)算滴定后酸液中的鈣(鎂)離子濃度。

2)氟硅(鋁)酸鈉(鉀)沉淀抑制實(shí)驗(yàn)。將一定量酸液加熱至實(shí)驗(yàn)溫度，然后向酸液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的偏硅酸(氧化鋁)，將其在實(shí)驗(yàn)溫度靜置2 h后，向溶液中緩慢滴加氯化鈉(氯化鉀)溶液，溶液中有沉淀產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)終止，計(jì)算滴定后酸液中的鈉(鉀)離子濃度。

3)氫氧化鐵(鋁)離子沉淀抑制實(shí)驗(yàn)。將一定量酸液加熱至實(shí)驗(yàn)溫度，向溶液中緩慢加入Na2CO3將溶液pH值調(diào)至3，然后向溶液中緩慢滴加三氯化鐵(三氯化鋁)溶液，溶液中有沉淀產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)終止，計(jì)算滴定后酸液中的鐵(鋁)離子濃度。

1.4 巖心流動評價實(shí)驗(yàn)

將巖心洗油、測氣測滲透率，真空飽和地層水水，按表1中的順序分別注入相應(yīng)的液體。

表1 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)參數(shù)

1.5 巖心單軸抗壓實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)步驟：用同一巖塊制備L=50 mm、φ=25.4 mm的圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試件，將其洗油后烘干，抽真空飽和地層水24 h，選取其中兩塊試件用巖心驅(qū)替裝置分別驅(qū)替1.5 PV的12%HCl+1%HF和10%弱溶蝕酸，反應(yīng)2 h后將3塊標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行單軸抗壓實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶 蝕

儲層巖石溶蝕實(shí)驗(yàn)是為了測定酸液與儲層巖石各種礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)程度和反應(yīng)速率，本次實(shí)驗(yàn)取南海西部某油田某井W3段Ⅵ、Ⅶ上、Ⅶ下3個目的層位的巖石在90 ℃下，與不同酸液體系反應(yīng)4 h，其溶蝕率結(jié)果見表2和表3。

表2 各酸液對砂巖單礦物溶蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 各酸液對巖樣溶蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2可見，弱溶蝕酸對構(gòu)成砂巖的主要礦物具有一定的溶蝕作用，但溶蝕率均明顯小于標(biāo)準(zhǔn)土酸，能有效降低酸液對巖石骨礦物架和膠結(jié)物溶蝕程度。

由表3可見，弱溶蝕酸對南海西部某油田某井W3段Ⅵ、Ⅶ上、Ⅶ下3個目的層位巖石的溶蝕率低于12%HCl對該儲層巖石的溶蝕率，且明顯低于標(biāo)準(zhǔn)土酸(12%HCl+3%HF，下同)，其溶蝕率只有標(biāo)準(zhǔn)土酸的30%左右。

2.2 二次沉淀抑制

對比標(biāo)準(zhǔn)土酸酸液與弱溶蝕酸液體系對產(chǎn)生二次沉淀的物質(zhì)在溶液的濃度(表4)，可以發(fā)現(xiàn)弱溶蝕酸液對各種二次沉淀物質(zhì)抑制能力均強(qiáng)于標(biāo)準(zhǔn)土酸。

表4 殘酸溶液中各離子濃度 mg/L

2.3 巖心流動模擬

圖1是海西部某油田某井W3段巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)曲線。由圖1可見，該弱溶蝕酸液體系巖心驅(qū)替綜合酸化性能評價實(shí)驗(yàn)?zāi)軐⒈晃廴镜膸r心滲透率恢復(fù)到107.1%。

圖1 海西部某油田某井W3段巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)曲線

2.4 單軸抗壓實(shí)驗(yàn)分析

圖2為巖心經(jīng)不同類型酸處理2 h前、后力學(xué)性質(zhì)的變化曲線。由圖2可見，10%弱溶蝕酸與12%HCl+3%HF標(biāo)準(zhǔn)土酸處理后巖石抗壓強(qiáng)度分別降低了7.3%和20.6%，由于注酸后巖石骨架和膠結(jié)物均被酸液溶蝕，巖石原有結(jié)構(gòu)受擾動而改變，導(dǎo)致巖石力學(xué)參數(shù)值抗壓強(qiáng)度、楊氏模量等均有降低。弱溶蝕酸液處理后巖心抗壓強(qiáng)度下降率為標(biāo)準(zhǔn)土酸處理后的35.4%，由此可知弱溶蝕酸相對于標(biāo)準(zhǔn)土酸更能有效保護(hù)儲層巖石結(jié)構(gòu)。

圖2 海西部某油田某井W3段巖心應(yīng)力-應(yīng)變曲線

3 礦場實(shí)際應(yīng)用

為了驗(yàn)證弱溶蝕酸液體系在實(shí)際應(yīng)用的效果，2016年9月本課題組對南海西部某油田某井W3段Ⅵ、Ⅶ上、Ⅶ下油組進(jìn)行了酸化解堵作業(yè)(表5)。該井主力層為中孔低滲砂巖儲層[6-7]，巖性以細(xì)砂巖為主，巖石類型屬于巖屑石英砂巖，泥質(zhì)含量低，自生礦物總含量也較低，以方解石、白云石和高嶺石為主，儲層較干凈。膠結(jié)類型基本為孔隙式，孔隙類型以原生粒間孔為主。

表5 南海西部某油田W3段部分油組測井解釋結(jié)果

儲層水敏中等偏強(qiáng)，中等堿敏，較強(qiáng)應(yīng)力敏感、土酸酸敏與速敏指數(shù)中等偏弱[8]，針對這種有中等偏弱土酸酸敏的儲層酸化，所用酸液體系必須解決儲層酸敏問題，盡可能降低或避免酸化所造成的二次傷害[9-10]。

酸化解前該井從2014年10月修井后潛油電泵啟泵頻繁欠載關(guān)井無產(chǎn)出，酸化作業(yè)后初期產(chǎn)液量達(dá)到133.7 m3/d、產(chǎn)油量133.28 m3/d、產(chǎn)氣量6 024 m3/d、含水率0.34%、井口油壓2.71 MPa，取得良好的酸化效果。

4 結(jié) 論

a.弱溶蝕酸溶蝕率只有標(biāo)準(zhǔn)土酸(12%HCl+3%HF)的30%左右，且對各種二次沉淀物質(zhì)抑制能力均強(qiáng)于標(biāo)準(zhǔn)土酸，能有效解除近井地帶污染，同時保護(hù)儲層巖石強(qiáng)度。

b.弱溶蝕酸液體系將污染的巖心滲透率恢復(fù)到107.1%，具有良好酸化解堵性能和防止二次傷害能力。

弱溶蝕酸液處理后巖心抗壓強(qiáng)度下降率為標(biāo)準(zhǔn)土酸處理后的35.4%，相對于標(biāo)準(zhǔn)土酸更能有效保護(hù)儲層巖石結(jié)構(gòu)。

c.弱溶蝕酸液體系能很好的適用于南海西部某油田W3段Ⅵ、Ⅶ上、Ⅶ下油組低滲敏感砂巖儲層，有效降低酸化所造成的二次傷害，避免觸發(fā)儲層敏感性帶來的儲層污染，具有良好的酸化解堵效果。