宮紅亮

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300450）

海上油田經(jīng)過長時(shí)間的注水開發(fā)后，由于注入水水質(zhì)以及儲(chǔ)層自身因素所造成的地層堵塞現(xiàn)象會(huì)越來越嚴(yán)重，部分注水井壓力升高，導(dǎo)致注水量迅速降低，嚴(yán)重影響海上油田的正常開發(fā)[1-3]。酸化解堵技術(shù)是海上油田注水井解堵作業(yè)最常用的措施之一，其通常具有見效快、施工效果好以及適應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，在海上油田得到了較為廣泛的應(yīng)用[4-6]。

目前，應(yīng)用于海上油田酸化施工作業(yè)的最常用的酸液體系主要包括鹽酸、土酸、緩速酸、多氫酸、乳化酸、膠凝酸、泡沫酸以及復(fù)合酸等，其中不同類型的酸液體系都有其適應(yīng)的地層，在海上油田平臺(tái)現(xiàn)場酸化施工作業(yè)過程中，應(yīng)注意選擇合適的酸液體系，以最大限度的提高酸化施工的效率[7-9]。泡沫酸通常具有良好的緩速效果，在海上油田酸化施工過程中得到了較為廣泛的應(yīng)用，泡沫酸使用酸液作為連續(xù)相，以起泡劑生成的泡沫作為分散相，能夠有效降低酸與巖石之間的反應(yīng)速率，使酸液中氫離子的擴(kuò)散速度大大降低，起到良好的緩速效果，以達(dá)到深部酸化的目的[10-13]。本文以鹽酸作為基液，通過優(yōu)選起泡劑和穩(wěn)泡劑等處理劑，研究出了一套適合海上油田的泡沫緩速酸體系，并對其綜合性能進(jìn)行了評價(jià)，為海上油田酸化施工作業(yè)提供一定的技術(shù)支持。

1 泡沫緩速酸體系配方確定

通過分析目標(biāo)海上油田儲(chǔ)層特征以及前期酸化施工的現(xiàn)場應(yīng)用情況，對適合海上油田的泡沫緩速酸體系進(jìn)行了室內(nèi)研究。以20%HCl 溶液為泡沫緩速酸體系的基液，在此基礎(chǔ)之上，通過對大量的起泡劑和穩(wěn)泡劑樣品進(jìn)行評價(jià)和優(yōu)選，確定了適合泡沫緩速酸體系的高性能起泡劑PM-11 和穩(wěn)泡劑WP-102；為了進(jìn)一步提高泡沫酸體系的穩(wěn)定性能，根據(jù)文獻(xiàn)資料調(diào)研和大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，酸液體系中引入納米二氧化硅顆粒能夠有效提高泡沫體系的穩(wěn)定性；另外，由于海上油田酸化作業(yè)施工的特殊性，酸液使用不當(dāng)可能會(huì)對海上平臺(tái)設(shè)備以及井下管柱等造成嚴(yán)重的腐蝕，影響酸化施工的效果，因此，需要在酸液體系中加入性能優(yōu)良的緩蝕劑；盡管緩蝕劑的加入可能會(huì)大幅延緩酸液對金屬設(shè)備的腐蝕速率，但進(jìn)入井筒中的酸液中不可避免的仍會(huì)存留一定的鐵離子，進(jìn)入地層后可能會(huì)產(chǎn)生凝膠狀沉淀，進(jìn)而堵塞地層，因此，需要在酸液體系中引入鐵離子穩(wěn)定劑；最后，酸化施工作業(yè)后需要將殘酸盡快的排出，以最大限度的降低其對地層的二次傷害，因此，還需要在酸液體系中加入性能優(yōu)良的助排劑。根據(jù)以上分析結(jié)果，并結(jié)合大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，最終確定適合海上油田的泡沫緩速酸體系的配方為：20%HCl+0.5%起泡劑 PM-11+0.25%穩(wěn)泡劑WP-102+1.0%納米二氧化硅+2.5%抗高溫緩蝕劑GHJ-1+1.5%鐵離子穩(wěn)定劑TJ-3+2.0%助排劑FP-1。

2 泡沫緩速酸體系性能評價(jià)

2.1 起泡性能

按照上述酸液體系配方配制泡沫緩速酸體系，然后以泡沫體積和泡沫半衰期為評價(jià)指標(biāo)，評價(jià)了不同溫度條件下泡沫緩速酸體系的起泡性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 泡沫緩速酸體系在不同溫度下的起泡性能

由圖1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著實(shí)驗(yàn)溫度的不斷升高，泡沫緩速酸體系的起泡體積呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，而泡沫半衰期則呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢。這是由于在溫度較高的條件下，表面活性劑分子的熱運(yùn)動(dòng)速度加快，能夠使泡沫快速形成，因而造成了泡沫體積的膨脹，使起泡體積有所增大；而在溫度較高的條件下，泡沫衰減的速度會(huì)有所加快，所以泡沫半衰期有所減小。當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度升高至90 ℃時(shí)，泡沫緩速酸體系的起泡體積可以達(dá)到515 mL，而泡沫半衰期仍能達(dá)到20.8 min，說明研制的泡沫緩速酸體系的起泡性能較好，并且在不同溫度條件下均能維持良好的起泡性能。

2.2 溶蝕性能

使用目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段的巖屑，以溶蝕速率為評價(jià)指標(biāo)，在不同溫度條件下對比評價(jià)了泡沫緩速酸液體系和20%HCl 的溶蝕性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 不同酸液體系在不同溫度下的溶蝕性能

由圖2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著實(shí)驗(yàn)溫度的不斷升高，兩種不同酸液體系對目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段巖屑的溶蝕速率均呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，但泡沫緩速酸體系的溶蝕速率顯著低于20%HCl。當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度達(dá)到90 ℃時(shí)，20%HCl 對巖屑的溶蝕速率可以達(dá)到3.65 g/min，而泡沫緩速酸體系對巖屑的溶蝕速率則低至0.62 g/min。說明研制的泡沫緩速酸體系具有良好的緩速性能。這是由于泡沫緩速酸體系的泡沫半衰期較長，長時(shí)間的處于泡沫酸狀態(tài)能夠有效延緩體系中氫離子的釋放速度，從而能夠保持較低的溶蝕速率，而常規(guī)鹽酸中氫離子的釋放速度較快，酸與巖石之間的反應(yīng)速率較快，導(dǎo)致溶蝕速率較高。

2.3 助排性能

以表面張力為評價(jià)指標(biāo)，對比評價(jià)了泡沫緩速酸液體系和鹽酸體系（20%HCl+2.0%助排劑FP-1）的助排性能，其中殘酸使用2.2 中與巖屑溶蝕反應(yīng)后的酸液，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 不同酸液體系的表面張力對比結(jié)果

由圖3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，泡沫緩速酸液體系鮮酸和殘酸的表面張力分別為25.61 mN/m 和26.93 mN/m，而常規(guī)酸液體系鮮酸和殘酸的表面張力分別為28.46 mN/m 和30.59 mN/m，泡沫緩速酸體系鮮酸和殘酸的表面張力值均明顯低于常規(guī)酸液體系，說明研制的泡沫緩速酸體系具有良好的助排性能，在酸化作業(yè)施工完成之后能夠?qū)崿F(xiàn)快速返排。

2.4 腐蝕性能

以鋼片的腐蝕速率為評價(jià)指標(biāo)，在不同溫度條件下對比評價(jià)了泡沫緩速酸液體系和鹽酸體系（20%HCl+2.5%抗高溫緩蝕劑GHJ-1）對N80 鋼片的腐蝕性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 不同酸液體系在不同溫度下的腐蝕性能

由圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著實(shí)驗(yàn)溫度的不斷升高，兩種不同酸液體系對N80 鋼片的腐蝕速率均呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，但泡沫緩速酸體系的腐蝕速率明顯低于鹽酸體系。當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度達(dá)到90 ℃時(shí)，鹽酸體系對N80 鋼片的腐蝕速率可以達(dá)到14.35 g·(m2·h)-1，而泡沫緩速酸體系對N80 鋼片的腐蝕速率則低至3.09 g·(m2·h)-1。這說明研制的泡沫緩速酸體系具有良好的防腐蝕性能，能夠有效降低酸化施工過程中酸液體系對海上平臺(tái)設(shè)備及井下管柱的腐蝕速率，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 鐵離子穩(wěn)定性能

以單位體積酸液的鐵離子穩(wěn)定質(zhì)量為評價(jià)指標(biāo)，對比評價(jià)了泡沫緩速酸液體系和鹽酸體系（20%HCl+1.5%鐵離子穩(wěn)定劑TJ-3）對鐵離子的穩(wěn)定性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 不同酸液體系的鐵離子穩(wěn)定性能

由圖5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，泡沫緩速酸體系的鐵離子穩(wěn)定量為159.4 mg/mL，而鹽酸體系的鐵離子穩(wěn)定量為105.2 mg/mL。這說明在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，泡沫緩速酸體系的鐵離子穩(wěn)定能力明顯強(qiáng)于鹽酸體系，泡沫緩速酸液體系能夠?qū)Φ貙又挟a(chǎn)生的鐵離子產(chǎn)生較強(qiáng)的結(jié)合能力，避免形成凝膠類沉淀物質(zhì)堵塞地層，提高酸化施工的效率。

3 結(jié) 論

1）通過大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合目標(biāo)海上油田前期酸化施工情況分析結(jié)果，研制了一套適合海上油田的泡沫緩速酸體系，其具體的配方為：20%HCl+0.5% 起 泡 劑 PM-11+0.25% 穩(wěn) 泡 劑WP-102+1.0%納米二氧化硅+2.5%抗高溫緩蝕劑GHJ-1+1.5% 鐵離子穩(wěn)定劑TJ-3+2.0%助排劑FP-1。

2）泡沫緩速酸體系具有良好的起泡性能，當(dāng)溫度達(dá)到90 ℃時(shí)，泡沫緩速酸體系的起泡體積可以達(dá)到515 mL，泡沫半衰期為20.8 min。在30～90 ℃溫度范圍內(nèi)，泡沫緩速酸體系對儲(chǔ)層巖屑的溶蝕速率均明顯低于鹽酸體系，具有良好的緩速性能。

3）泡沫緩速酸的助排性能、防腐蝕性能和鐵離子穩(wěn)定能力均明顯高于普通鹽酸體系，能夠很好的適用于海上油田的酸化施工作業(yè)需求。