浅谈酸压施工中增加酸蚀裂缝导流能力的化学物质与技术

孙秀芳

（东营职业学院，山东 东营 257091）

浅谈酸压施工中增加酸蚀裂缝导流能力的化学物质与技术

孙秀芳

（东营职业学院，山东 东营 257091）

在酸压施工过程中，通过胶凝酸（稠化酸）、变粘酸、乳化酸、粘弹性表面活性剂自转向酸液体系增加酸蚀裂缝导流能力，在不同的碳酸盐岩储层中起到了增加酸蚀裂缝的穿透深度的作用，达到了油气田增产的目的。

胶凝酸（稠化酸）；变粘酸；乳化酸；粘弹性表面活性剂自转向酸液体系

酸化压裂是油气田增产的主要措施之一，对有效的酸压施工来说，酸压形成的裂缝壁面必须是充分刻蚀的，在施工结束以后仍能保持其导流通道。刻蚀的裂缝的导流能力受溶解的物质的量所影响。如果裂缝面是均匀刻蚀的，那么，在裂缝闭合以后，裂缝的导流能力是非常低的。

在酸压施工过程中，研制各种酸液体系主要目的有：减缓酸岩反应速率；提高酸蚀裂缝的导流能力；控制酸液的滤失。为了获得最大的酸蚀裂缝导流能力，已经研究了多项技术。其中，前置液酸压是其中重要的技术之一。复合酸压也是目前在开发研究的主要技术，通过在施工快结束时，在酸液中加入支撑剂，将近井地带很好地支撑，可以大幅度地提高裂缝的导流能力。增加酸蚀裂缝导流能力的化学物质及技术如下：

一、利用稠化酸(胶凝酸)增加酸蚀裂缝导流能力

稠化酸是指在酸液中加入非交联的酸用稠化剂以提高酸液粘度的酸液体系。稠化酸的最佳粘度为30～40mPa.s。稠化酸摩阻较小,一般为清水的60%。在稠化酸中若加人降阻剂,摩阻可降到清水的30%～40%。其作用机理是降滤失和缓速,属于后期滤失控制。酸蚀缝长 20～50m。稠化酸一般适用于中高渗储层,在低渗及返排困难的储层使用稠化酸要慎重。国内主要在四川、长庆和塔河进行了现场试验和应用,取得了较好的增产效果。

国内顿金婷等［1］人在对国外碳酸盐岩储层酸压工艺技术调研的基础上，结合陕北的地质情况及地质研究成果，室内开展了一系列的研究，针对陕北探区富古一井的碳酸盐岩储层改造特点，研制了以稠化酸为主的新型酸液配方体系。该稠化酸主要由稠化剂、高温缓蚀剂、助排剂、稳定剂、活性剂和工业盐酸配制而成。该稠化酸在不同温度条件下，1～1.5%的ZJ-1稠化剂在20%的盐酸中配成的稠化酸的粘温特性见表1所示。

表1 文献报道的稠化酸粘温特性表

新疆西北石油局监理中心的满江红［2］报道了深井碳酸盐岩储层高浓度胶凝酸酸液体系的研究情况，在该文献中，满江红介绍了两种胶凝酸体系，这两种胶凝酸的粘度测定结果如表2所示。

表2 文献报道的胶凝酸粘度测定结果

从表2中的试验数据我们可以看出，胶凝剂HB-2和胶凝剂GH-1配制的胶凝酸在较低的温度下具有比较高的粘度。

利用胶凝剂GH-1、再配合其他的添加剂如缓蚀剂、破乳剂、铁离子稳定剂、助排剂和粘土稳定剂配制成成品胶凝酸体系以后，评价测试了该胶凝酸体系的性能，测试结果如表3所示。该酸液在西北石油局TK426、TK315等油井得到了应用，取得了比较好的现场施工效果。

表3 文献报道的配方酸液的综合性能

Lewis R.Norman［3］报导了他们开发的一种新型的胶凝酸体系，Lewis R.Norman将1.5%的胶凝剂在15%的盐酸中构成胶凝酸体系，这种胶凝酸体系在121℃、100s-1的条件下，粘度仍然超过60mPa.s。温度降低以后，该胶凝酸体系的恢复性能良好。黄原胶、瓜胶和羧甲基乙基纤维素在15%的盐酸中的性能比该胶凝剂的性能差得多。该胶凝剂在不同的使用浓度条件下，基本可以满足从常温到高温油藏的酸压施工要求。

另外，Avtar S.Pabley［4,5,6,7］在文献中也报导了交联盐酸的研制和应用情况，他们研制的这种交联盐酸具有粘度高、滤失量小等优点。

De Rozieres［8］比较了纯酸、胶凝酸和乳化酸的延迟效应对酸蚀裂缝导流能力、穿透深度和产量的影响。对于酸量基本相同的不同的纯酸、胶凝酸和乳化酸，通过试验确定的三种不同酸液的穿透深度为：乳化酸穿透深度为1100ft；胶凝酸为800ft；纯酸为600ft。

二、利用变粘酸增加酸蚀裂缝导流能力

长庆石油勘探局井下技术作业处的文化武［9］等报导了变粘酸酸压在长庆油田的施工应用和配方研制情况。变粘酸主要有酸液、酸液增稠剂、降滤剂、铁离子稳定剂、缓蚀剂、助排剂等添加剂组份构成。当变粘酸注入到地层以后，可以与储层中的灰岩、白云岩发生化学反应，形成酸蚀通道。由于酸液的反应和消耗使得变粘酸液体的pH值升高，当pH值达到2.0～4.0的范围内时，酸液的粘度剧增，堵塞酸蚀孔道、减少液体滤失，活性酸可以沿裂缝延伸和裂缝作用，而不再形成酸蚀孔道，从而增加酸蚀作用距离。随着酸岩反应的进行，酸液渐渐反应，酸液体系的pH值不断升高，当pH值高于4.0时，这种体系开始破胶，结果，粘度就会降低到原始稠化酸基液的粘度。文化武等报导的这种变粘酸在pH值2.0～4.0的范围内，变粘酸的粘度可以增加到一般胶凝酸的2倍，残酸粘度可以降低到10mPa.s。该变粘酸体系在G34-12、G17-8、G18-6三口油井上面进行了试验，通过试验取得了一些认识和经验，通过现场试验认为，该变粘酸体系在低环境温度条件下不宜施工和操作。

D.J.White,B.A.Holms［10］报导了变粘酸体系的研制和现场应用情况，该变粘酸在开始时具有比较低的粘度和摩阻，现场施工操作方便。随着酸液与岩石反应的进行，酸液的pH值逐渐升高，酸液的粘度由开始时的30mPa.s（170s-1）左右上升到1000mPa.s（170s-1）左右，这样变粘酸体系由于粘度的升高，可以封堵滤失的缝洞，从而达到降低酸液滤失的目的。随着酸岩的进一步反应，酸液的pH值进一步升高，酸液的粘度又降低下来，以利于残酸返排出地层。通过研究发现，该变粘酸体系，可以大大降低酸液的滤失，提高酸液的穿透深度和酸蚀裂缝的导流能力。根据在 North Dakota州（北达科他州）Mission Canyon carbonate formation（团峡谷碳酸盐形成）的应用证明，该变粘酸可以大幅度地降低酸液的滤失、提高酸液的穿透深度和提高酸压的施工效果。Taylor.K.C.and Nasr-EL-Din.H.A.［11］报导了相近的研究成果。

三、利用乳化酸增加酸蚀裂缝导流能力

根据室内研究和试验，乳化酸在降低酸岩反应速度、降低酸液的滤失和提高裂缝穿透深度方面具有比较大的优势。R.C.Navarrete［12］报导了他们关于乳化酸的研究成果，并在实验室内对该乳化酸进行了流变性测试和酸蚀裂缝导流能力的测试，同时，利用该乳化酸体系在现场进行推广试验并取得了理想的试验效果。通过推广试验，他们认为：这种乳化酸体系在121℃～177℃温度范围内能够具比较好的稳定性，该乳化酸在高闭合应力条件下能够产生比普通酸更高的酸蚀裂缝导流能力，在121℃～177℃温度范围内，该乳化酸延缓反应速度方面是普通酸的14～19倍，根据在现场的应用证明，该乳化酸的酸蚀裂缝导流能力是普通酸的2～6倍。

四、利用粘弹性表面活性剂自转向酸液体系增加酸蚀裂缝导流能力

人们在不断进行新型酸液研究的同时，也对酸液的化学置放技术、酸液的转向和酸液的降滤技术进行了深入的研究，Alan Saxon［13］介绍了碳酸盐岩油藏酸化过程中的酸液转向技术。在该文献中，他们介绍了颗粒状转向剂、泡沫分流转向剂、胶凝酸转向技术及连续油管的混合应用技术，并且将该技术在Abdel Rahman（阿卜杜勒拉赫曼）油田进行了推广应用。通过现场应用，取得了较好的现场试验效果。

Diedre Taylor［14］等人研制了粘弹性表面活性剂（VES）自转向酸液体系，并且在室内评价了该酸液体系的性能。

图1 VES自转向酸在15%的盐酸中粘度随酸消耗速度的变化曲线

从图1中我们可以看出，VES自转向酸的粘度随着酸液浓度的消耗，酸液的粘度在逐渐上升，当酸液的消耗量达到11.5%左右时，酸液的粘度达到最高，在170s-1的条件下，粘度达到270mPa.s左右。随着酸液最初浓度的升高，酸液的粘度升高幅度变得越来越小。

图2 VES自转向酸在20%的盐酸中粘度随酸消耗速度的变化曲线

从图2中我们可以看出，在20%的盐酸中，酸液的粘度随酸的消耗，其粘度的变化规律与15%的盐酸中的变化规律基本相同，但粘度的最高增加值变小。

该VES自转向酸在油藏中，遇到原油以后，粘度可以快速降低，从而达到粘度降低返排彻底的效果。

根据室内试验的评价结果，Diedre Taylor等人在现场施工了8口井，8口油井累计提高产量53%以上，取得了良好的现场增油效果。

［1］顿金婷，等.一种新型碳酸盐岩酸化技术-稠化酸酸化［J］.内蒙古石油化工，2001，27（2）：141-142.

［2］满江红.深井碳酸盐岩储层高浓度胶凝酸酸液体系研究［J］.新疆石油科技，2002，12（2）：43-46.

［3］Lewis R.Norman.Temperature-Stable Acid-Gelling Polymer［J］.Laboratory Evaluation and Field Results. Journal of Petroleum Technology,1984.

［4］Pabley,A.S.and Holcomb,D.L.A New Stimulation Technique：High Strength Crosslinked Acid. SPE9241 presented at the 1980 SPE Annual Technical Conference and Exhibition［C］.Dallas,Sept.21-24

［5］Pabley,A.S,Holcomb,D.L.A New Method of Acidizing or Acid Fracturing：Crosslinked Acid Gels.Paper presented at the 27th Southwestern Petroleum Short Course［C］.Texas Tech.U.,Lubbock,1980：17-18.

［6］Pabley,A.S,Holcomb,D.L.：Crosslinked Acid Gels Offer Advantages［J］.Oil and Gas Journal.1983,28(9)：286-291.

［7］Pabley,A.S,Holcomb,D.L.Crosslinked High-Strength Hydrochloric Acid GelSystem-Rocky Mountain Case Histories［J］.1983.

［8］De Rozieres.Measuring Diffusion Coefficients in Acid Fracturing Fluids and Their Application to Gelled and Emulsified Acids［J］.Paper28552-MS,presented at the SPE AnnualTechnicalConference and Exhibition,25-28 September 1994,New Orleans,Louisiana.

［9］文化武，等.变粘酸酸压的工作原理及在长庆油田的应用［J］.低渗透油气田，2002，7（1）：24-28.

［10］D.J.White,B.A.Holms.Using a Unique Acid-Fracturing Fluid to Control Fluid Loss Improves Stimulation Results in Carbonate Formations［J］.SPE24009.

［11］Taylor,K.C,Nasr-El-Din,H.A.Laboratory Evaluation of In-Situ Gelled Acids.

for Carbonate Reservoirs［J］.SPE71694,U.S.A.2001, Sept30-Oct3.

［12］R.C.Navarrete.Emulsified Acid Enhances Well Production in High-Temperature Carbonate Formatioms［J］. SPE50612.

［13］Alan Saxon.An Effective Matrix Diversion Technique for Carbonate Formations. SPE Drill. & Completion,2000,15（1）.

［14］Diedre Taylor,P.Santhana Kumar.Viscoelastic Surfactant Based Self-Diverting Acid for Enhanced Stimulation in Carbonate Reservoirs［J］.Paper SPE82263.

TQ047

A

1008—3340（2010）01—0068—03

2009-12-27

孙秀芳（1964-），女，东营市广饶县人，东营职业学院讲师，理学硕士。