沈文靈 王潛龍 付超

摘 ?????要： 針對(duì)低滲透油田注水井后期結(jié)垢、注水壓力大和油田開發(fā)成本增加等問題，研發(fā)一種緩慢釋放活性物質(zhì)的固體酸產(chǎn)品，通過溶解性實(shí)驗(yàn)、解堵性實(shí)驗(yàn)、N80鋼片的腐蝕性實(shí)驗(yàn)、室內(nèi)靜態(tài)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)對(duì)其性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明：固體酸對(duì)于無機(jī)垢溶解效果較好，對(duì)管柱腐蝕性小，作用距離長(zhǎng)和時(shí)間長(zhǎng)，無殘留。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，通過不間斷地投放固體酸，溶解無機(jī)雜質(zhì)，增加地層的流通通道，降低注水壓力，取得較好的解堵增注效果。

關(guān) ?鍵 ?詞：酸化解堵；固體酸；降壓增注

中圖分類號(hào)：TQ357.6 ????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ????文章編號(hào)： 1004-0935（2024）05-0710-04

近年來，我國(guó)石油資源的需求量不斷增加，人們對(duì)于石油資源的開采量和開采效率問題越來越重視。我國(guó)低滲透油藏的石油資源存儲(chǔ)量比較大，且分布廣泛，但由于低滲透油藏滲透率低，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，喉道細(xì)小，具有低孔、低滲透、低豐度、產(chǎn)能低下的特點(diǎn)，如何高效開采低滲透油藏成為研究的重點(diǎn)內(nèi)容^[1-2]。

目前，低滲透油藏以注水開發(fā)為主，通過往地層中注入水來補(bǔ)充地層能量，提高油田開發(fā)的效率。但在注水過程中容易造成地層損害，進(jìn)而使注水壓力升高，注水量下降，嚴(yán)重影響低滲透油藏注水開發(fā)的效果^[3-4]。如何降低注水開發(fā)過程井口壓力，改善油田注水開發(fā)效果，成為目前低滲油田中后期開發(fā)的重要問題。針對(duì)這一問題國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者開展了大量的研究，主要對(duì)注水過程堵塞儲(chǔ)層孔隙喉道堵塞物進(jìn)行酸蝕溶解，改善儲(chǔ)層物性，從而提高儲(chǔ)層滲流能力^[5]。注水井解堵的有效方法有傳統(tǒng)的酸化解堵技術(shù)主要有液體酸化、中性解堵和螯合酸解堵等，這些酸化解堵技術(shù)存在作業(yè)成本高，有效期短等缺點(diǎn)^[6-8]。本文研究一種緩慢釋放活性物質(zhì)的固體緩釋產(chǎn)品，注水過程中投入管線中，從被動(dòng)“治病”理念變成主動(dòng)“防病”理念，達(dá)到防垢、解堵的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)注水井長(zhǎng)期穩(wěn)注目的。

1 ?固體酸作用機(jī)理

1.1 ?固體酸的結(jié)構(gòu)

將粉末酸與緩釋骨架材料、緩蝕劑混合均勻，加入粘合劑后利用壓制工具制成固體酸酸棒產(chǎn)品（長(zhǎng)度可根據(jù)需要定制）如圖1。

1.2 ?酸化解堵機(jī)理

當(dāng)固體酸棒投放到管線中以后，水溶性高分子緩釋骨架遇水溶解，在酸棒表面形成一層阻水層，阻止水分進(jìn)入固體酸內(nèi)部，達(dá)到阻止粉末酸快速釋放的目的。隨著固體酸棒進(jìn)一步與水接觸，骨架材料不斷地溶解進(jìn)入水中，粉末酸緩慢釋放水中，最終實(shí)現(xiàn)緩釋的目的。絡(luò)合劑轉(zhuǎn)化難溶性沉淀，滲透劑溶脹疏松堵塞物，從而達(dá)到溶解堵塞物，消除二次沉淀，不用返排的效果^[9]。

1.2.1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1） 溶解性實(shí)驗(yàn)

將過量氧化鐵粉末（分析純）、硫酸鈣粉末（分析純）、碳酸鈣粉末（分析純）分別加入 100?mL

20?g 固體酸溶液 60?℃加熱 2?h。稱量各反應(yīng)物反應(yīng)前的質(zhì)量和反應(yīng)后的剩余量，計(jì)算固體酸的溶解能力。

2）掛片實(shí)驗(yàn)

參照 SY/T 5273—2014《油田采出水處理用緩蝕劑性能指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法》，通過掛片失重法模擬鋼片腐蝕情況^[10]，將N80鋼片放置1L固體酸溶液中，每天更換酸液，模擬10天內(nèi)鋼片最大腐蝕情況。

腐蝕速率：?????。 ?????????（1）

式中：r_i—單片腐蝕速率，?g·m^-2·h^-1；

m—掛片腐蝕失量，g；

A_i—掛片表面積，mm?；

t—反應(yīng)時(shí)間，h。

3）巖心滲透率測(cè)定

參照GB/T?29172—2012 《巖心分析方法》，先將巖心洗油后抽空，恒溫，首先飽和?4%?NH₄Cl 溶液，測(cè)量孔隙體積及初始滲透率，反向驅(qū)替由?CaCO₃、鐵屑組成的無機(jī)堵塞。再正向驅(qū)替固體酸酸液。最后用?8%?NH₄CI 溶液將主體酸驅(qū)替出巖心，測(cè)定最終滲透率。用達(dá)西定律計(jì)算巖心的滲透率。

2 ?室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

2.1 ?靜態(tài)溶解實(shí)驗(yàn)

利用酸堿滴定法測(cè)定固體酸在20?℃和60?℃下釋放固體酸含量（見圖2），20?℃時(shí)，固體酸在20?min后開始快速釋放，80?min后固體酸緩慢釋放。60?℃時(shí)，固體酸先快速釋放，55?min后緩慢釋放。

2.2 ?動(dòng)態(tài)溶解實(shí)驗(yàn)

固體酸在不同流速下的釋放情況（圖3），在200?mL/min流速下，固體酸棒在第1天開始釋放，溶液pH與時(shí)間呈線性關(guān)系，在150?mL/min流速下，固體酸棒在第2天開始釋放，溶液pH與時(shí)間呈非線性關(guān)系，在120?mL/min流速下，固體酸棒在第4天開始釋放，溶液pH與時(shí)間呈非線性關(guān)系，在80?mL/min流速下，固體酸棒在第5天開始釋放，溶液pH與時(shí)間呈非線性關(guān)系。

2.3 ?固體酸的腐蝕性

在50?℃時(shí)，N80鋼片的腐蝕速率隨著固體酸濃度降低而降低（如圖4）。

當(dāng)日注入量為50～100?m³/d時(shí)，單次投放為100?kg，假定固體酸1天內(nèi)完全溶解，則質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%～0.2%，因此將鋼片放置1?L固體酸溶液中，每天更換酸液，即可模擬10天內(nèi)鋼片最大腐蝕情況。

質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的固體酸，腐蝕鋼片的速率為0.2?g/㎡·h，質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的固體酸，腐蝕鋼片的速率為0.22?g/㎡·h。實(shí)驗(yàn)表明固體酸對(duì)鋼片的腐蝕較小。

2.4 ?固體酸的解堵性評(píng)價(jià)

巖心的滲透率恢復(fù)率見表3。

室溫條件下，巖心1的原始滲透率為35.68×10^-3μ㎡，恢復(fù)滲透率為33.47×10^-3μ㎡，滲透率恢復(fù)率為93.81%；室溫條件下，巖心2的原始滲透率為143.37×10^-3μ㎡，恢復(fù)滲透率為135.71×10^-3μ㎡，滲透率恢復(fù)率為94.66%。通過巖心滲透率恢復(fù)率測(cè)定，本研究的固體酸的解堵性較好。

2.5 ?固體酸的溶解實(shí)驗(yàn)

2?0?g的固體酸與10?g碳酸鈣反應(yīng)，可溶解4.58?g的碳酸鈣，溶解能力為0.229?g/g，同理，1?t固體酸可以處理229?kg碳酸鈣。

20?g的固體酸與3?g氧化鐵反應(yīng)，可溶解1.95?g的碳酸鈣，溶解能力為0.098?g/g，同理，1?t固體酸可以處理97.5?kg碳酸鈣。

20?g的固體酸與5?g硫酸鈣反應(yīng)，可溶解3.62?g的氧化鐵，溶解能力為0.181?g/g，1?t固體酸可以處理181?kg硫酸鈣。固體酸的溶解能力見表4。

2.6 ?某油田注入水固體酸溶蝕實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)條件：20?℃，水樣20?mL，固體酸溶液20?mL，水樣取自某油田注水井井口，?水質(zhì)渾濁，含有大量油污、機(jī)械雜質(zhì)，并伴有濃郁的臭味。注入水固體酸溶蝕實(shí)驗(yàn)見圖5。

實(shí)驗(yàn)方法：量取20?mL水樣，過濾，濾紙上可見大量機(jī)械雜質(zhì)及油污。將20?mL固體酸溶液與水樣1∶1混合，靜置4?h，酸液可溶解大量無機(jī)雜質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：水樣固體質(zhì)量濃度約1?247?mg/L，處理后固體質(zhì)量濃度約149?mg/L，固體酸溶液可處理水樣中88%的雜質(zhì)量。

3 ?油田應(yīng)用

3.1 ?總體原則

地層本身聯(lián)通狀況較好，因外部原因造成近井地帶污染，導(dǎo)致注水困難的注水井。

3.2 ?選井依據(jù)

1）初期注水壓力較低，且緩慢增長(zhǎng)；

2）具有一定的積累注入量；

3）進(jìn)行酸化作業(yè)后，明顯見效僅是有效周期較短；

4）井況好，無套變、套漏；

5）經(jīng)分析認(rèn)為由于堵塞（無機(jī)堵塞和有機(jī)堵塞）造成的注水壓力偏高井。

3.3 ?現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

某油田X井采用在線增注前，油套壓為

18?MPa，日注水量在8?m³/d，注入量波動(dòng)較大。2018 年7月注水壓力 27 MPa，日實(shí)注 8?m³，2018 年 7 月16日開始投放固體酸棒。圖6?為該井的壓力注入量曲線。經(jīng)過8次投放注水量達(dá)到了配注（20?m³/d）要求，并且穩(wěn)定注入160天。

4 ?結(jié)束語

固體酸是為注水井量身打造的產(chǎn)品。適用于注水壓力比較高的注水井，通過不間斷投放固體酸，能夠增加地層的流通通道，減小注水壓力。固體酸的使用比較方便，具有可以降壓、綜合成本低、有效期長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，可以規(guī)?；瘧?yīng)用，是一個(gè)降壓增注技術(shù)中有益的補(bǔ)充。

固體酸的使用比較方便，可以由服務(wù)公司自行施工；固體酸價(jià)格便宜，每半年使用成本為約15萬元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于壓裂酸化等措施的成本，具有使用方便、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，使用前景廣闊。

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Application of a Solid Acid Rod in Acidizing

Pressurization of Water Injection Wells

SHEN Wenling¹， WANG Qianlong²， FU Chao³

（1. Guilin University of Technology， Guilin Guangxi 541006，?China;

2. Xian Shiyou University， Xian Shaanxi?710065，?China;

3. CNOOC（China） Shenzhen Branch， Shenzhen Guangdong 518067，?China）

Abstract：??Aiming at the problems of scaling， high water injection pressure and increasing oilfield development cost in the late stage of water injection wells in low permeability oilfields， a kind of solid acid product with slow release of active substances was?developed， and its performance was characterized through the solubility experiment， plugging removal experiment， N80 steel corrosion experiment， indoor static evaluation experiment and indoor dynamic evaluation experiment. The results showed?that the?solid acid had?good dissolution effect on inorganic scale， little corrosion to pipe string， long action distance and long time， and no residue. In the field application， the?solid acid was?continuously added to dissolve inorganic impurities， increase the circulation channel of the formation and reduce the water injection pressure， and good plugging removal and injection increase effects were achieved.

Key words：?Acidizing?plug?removal;? Solid?acid; Depressurizing?and increasing?injection

收稿日期： 2023-09-05

作者簡(jiǎn)介： 沈文靈（1998-），女，在讀研究生，新疆焉耆縣人，研究方向：油田化學(xué)。

通信作者： 王潛龍（1973-），男，副教授，博士，研究方向油氣井工程與油田化學(xué)。