多氢酸技术在沈阳油田的应用

2011-11-09雷霆，李辉

石油地质与工程 2011年1期

关键词：酸液硼酸酸化

雷霆，李辉

（中国石油辽河油田公司，辽宁新民 110316）

多氢酸技术在沈阳油田的应用

雷霆，李辉

（中国石油辽河油田公司，辽宁新民 110316）

砂岩储层酸化的常规土酸体系存在与矿物反应速度快、酸化液的有效距离短和容易产生二次沉淀等问题。现存的缓速酸酸液体系不能克服粘土和石英界面反应速率的巨大反差，新的深度酸化工艺可以在一定程度上增加酸液的穿透距离，但工艺繁琐，且仍然不能解决沉淀、堵塞问题。多氢酸体系与现存的HF酸体系相比，其反应速度慢，溶解能力强，且具有良好的防垢性能和分散性能，可以抑制井眼附近的地层伤害，有效控制二次沉淀等优点。

多氢酸；土酸酸化；二次沉淀；沈阳油田

沈阳油田属高凝油藏，地质结构复杂，原油物性较差，油田开发后，储层受到不同程度伤害，开发初期主要以无机堵塞为主，随着油田的不断开发，注入水增加、地层压力、温度下降，由于高凝油的重烃成份高，凝固点、析蜡点与地层温度接近，受到外来液侵蚀时，重烃成份析出对油层造成冷伤害，高凝油与外来液不配伍，形成乳化现象，改变储层润湿性，提高表面张力，阻碍原油流动。同时，由于无机机杂的存在，加速了重烃的析出，二者结合形成油垢，造成近井地带堵塞。

多年以来，针对砂岩油水井主要采用了土酸酸化解堵技术，清除油水井近井地带的污染，恢复地层渗透率或者溶蚀地层岩石胶结物以提高地层渗透率。土酸与黏土矿物反应速度快，酸液大量消耗在近井地带，处理半径小，生成的二次沉淀对地层有新的伤害。为此，引进了多氢酸解堵技术，对处理剂用量、注入速度、施工工艺等几个方面进行了研究［1-3］。2009-2010年现场试验11井次，取得了良好的解堵效果。

1 多氢酸技术原理

1.1 反应机理

膦酸酯复合物理论上可电离出5个氢离子，因此被称为多氢酸。多氢缓速酸体系主要由膦酸酯复合物和氟盐反应生成HF，生成的HF再与岩石矿物反应。实质上与砂岩储层反应的物质仍然是HF，但膦酸酯复合物可以逐步电离出氢离子与氟盐反应，缓慢生成HF，因此控制了酸岩反应速度，实现了缓速。在酸液与地层开始反应时，由于化学吸附作用，在黏土表面形成硅酸-磷酸铝膜的隔层（厚度不超过1μm），阻止黏土与HF进一步反应，防止了地层基质被肢解。隔层在弱酸（HF酸／碳酸）和水中溶解度小，在有机酸中溶解其次，但在HCL酸中溶解很快。因此，可以用少量的盐酸和甲酸调整粘土的溶解度，达到优化设计的目的。

1.2 岩心溶蚀及流动效果实验

选用包括多氢酸、氟硼酸、土酸各三种浓度共9种酸液来进行室内实验，针对不同区块优选出适合的主体酸。下面主要以优选出的结果进行对比评价。

1.2.1 岩心溶蚀实验

通过实验可以为设计酸化解堵方案提供资料，优选酸化解堵主体酸液体系。

（1）多氢酸体系与其它体系对石英的溶蚀率对比试验。从图1的溶蚀曲线可以看出，多氢酸对石英的溶蚀率从反应开始就一直高于土酸和氟硼酸，反应进行到120 min的时候，土酸的最终溶蚀率为8.35%，氟硼酸为0.50%，多氢酸体系为14.78%。

（2）多氢酸体系与其它体系对黏土的溶蚀率对比试验。从图2的溶蚀曲线可以看出，多氢酸对黏土的溶蚀率从反应开始就一直低于土酸和氟硼酸，反应进行到120 min的时候，土酸的最终溶蚀率为95%，氟硼酸为59%，多氢酸体系为38%。

（3）多氢酸体系与其它体系对碳酸钙的反应性能对比。多氢酸与碳酸钙反应过程中，氢离子浓度基本保持恒定的较高水平，而土酸和氟硼酸与碳酸钙反应到20 min时，氢离子浓度就下降到1.0 mol／L，成为残酸，失去反应活性。多氢酸有利于保持溶液的低p H值，同时，多氢酸可以电离出充足的氢离子，与氟盐反应生成氢氟酸（图3、图4）。

图1 多氢酸体系与其他体系对石英的溶蚀率对比试验

图2 多氢酸体系与其他体系对粘土的溶蚀率对比试验

（4）多氢酸体系与其它体系对蒙脱石的溶蚀产物电镜扫描对比。从扫描图片发现，多氢酸与蒙脱石反应，在黏土的表面形成了“薄层”，减缓酸液体系对黏土矿物的反应速度。而氟硼酸的图片发现，氟硼酸体系与蒙脱石反应之后，析出薄片状的绿泥石晶体。土酸与蒙脱石反应之后的扫描图片未见任何晶体析出。

图3 3%多氢酸与碳酸钙的反应曲线

图4 土酸和氟硼酸与碳酸钙反应曲线

1.2.2 三种酸液体系流动性实验

通过流动性实验，对比不同酸液体系对岩心渗透率的改善程度。用土酸体系和氟硼酸体系处理效后，渗透率比值在1.0左右。而多氢酸的三组试验都表明，多氢酸可以取得较好的酸化处理效果，渗透率比值均大于2.0（表1）。

（1）土酸体系流动性试验。处理液：12%HCl＋3%HF，温度：80℃，见图5。

表1 各种酸体系流动性试验对比

（2）氟硼酸体系流动性试验。处理液：8%HCl＋8%HBF，温度：80℃，见图6。

（3）多氢酸体系流动性试验。处理液：3%多氢酸，实验温度：80℃，见图7。

从上面的流动性实验可以看出，多氢酸体系岩心渗透率的改善程度要高于土酸和氟硼酸。

1.3 多氢缓速酸酸化解堵工艺

1.3.1 处理剂用量

处理剂用量按处理半径计算：

图5 土酸体系流动性试验

式中：Q——酸化解堵处理剂用量，m3；r——酸化解堵处理半径，m，一般2～3 m；h——酸化解堵井段油层厚度，m；φ——酸化解堵井段油层有效孔隙度，%。

图6 氟硼酸体系流动性试验

图7 多氢酸体系流动性试验

1.3.2施工工艺

根据不同油藏特性，油藏特点和水井情况来确定不同的酸化工艺，主要依据泥质含量的不同，利用少量的盐酸和甲酸调整粘土的溶解度；依据孔隙度和渗透率的不同，利用少量的盐酸和醋酸调整酸液的p H值，从而调节多氢酸对石英的溶解度。

利用基液防膨，前置液和前置酸预处理油层，清洗附着在孔隙岩石表面原油，溶解岩石矿物中钙质，防止注入主体酸时钙、镁离子沉淀；注入主体酸溶解黏土矿物和无机堵塞，恢复地层渗透率；后续注入顶替液，冲洗进井地带，提高酸化解堵效果。

施工压力和排量：要求在低于地层破裂压力的条件下，尽可能提高注酸速度，根据现场情况注酸速度在0.5～2 m3／min。

2 应用效果

2.1 现场实施情况

2010年沈257块、沈84块和沈95块多氢缓速酸试验应用7井次，至2010年12月9日注水压力比措施前低2～5.5 MPa，措施后累增注29 766 m3，见表2。

2.2 典型井实例分析

静67-61井为沈84块的一口油套分注注水井，酸化解堵前泵压16 MPa，油压16 MPa，日注19 m3，达不到日配注80 m3要求。该井于2010年9月8日进行酸化解堵施工，施工压力最高达23 MPa，施工结束压力为18.5 MPa，施工压力下降4.5 MPa，说明油层堵塞得到解除。复注初期，该井注水压力4.5 MPa，日注量由19 m3提高到80 m3，满足了配注要求，目前注水压力13.8 MPa，日注量64 m3，已累注7 072 m3。