新型抗高温转向酸体系的研究

陶 震，杨 旭，汤明娟，关海萍，万用波，王 侃

（1. 西南石油大学 化学化工学院，四川 成都 610500；2. 中国石油 吐哈油田温米采油厂，新疆 哈密 839000）

新型抗高温转向酸体系的研究

陶 震1，杨 旭1，汤明娟1，关海萍1，万用波1，王 侃2

（1. 西南石油大学 化学化工学院，四川 成都 610500；2. 中国石油 吐哈油田温米采油厂，新疆 哈密 839000）

采用C12～22脂肪酸和3-二甲氨基丙胺合成了J型、Y型、R型和月桂酸等表面活性转向剂，并将这些转向剂进行复配得到抗高温转向酸体系。考察了不同的转向酸体系在高温下的黏度变化情况以及乙二醇对体系黏度的影响。实验结果表明，当转向酸体系配方（基于体系的质量）为w（J型转向剂）=2.50%、w（Y型转向剂）=2.00%、w（R型转向剂）=0.50%、w（浓盐酸）=18.00%、w（乙二醇）=12.50%、w（高温缓蚀剂WLD31A）=1.50%、w（铁离子稳定剂WLD28A）=1.00%和其他添加剂时，在100 ℃下该转向酸体系的最大黏度达到170 mPa·s。对比了Y型转向剂和月桂酸转向剂的性能。研究结果表明，Y型转向剂的抗高温性能优于月桂酸转向剂。

抗高温转向剂；转向酸体系；黏度；采油

酸化和酸压是目前国内外致密低渗碳酸盐岩油气藏增产改造的主要方式［1］。酸化是通过向井底注入酸液以解除井底堵塞或溶去一部分地层岩石颗粒从而提高油层渗透率的技术［2］；酸压是以普通酸压、稠化酸压为主体［3］，通过酸液的溶蚀作用使裂缝壁面形成具有一定几何尺寸和导流能力的人工裂缝，从而大大提高油层渗流能力的技术。酸化在陆上油田特别是碳酸盐和砂岩地层的油气开采中应用较广［4］。如要对非均质储层的基质实现高效酸化改造，还需酸液能发生有效地转向［5］。由于表面活性剂具有的稠化效应可引起酸液黏度发生变化从而实现酸液在地层的转向，因此，可利用表面活性剂对含多个渗透率参差不齐的小层的厚储层进行酸化增产处理［6］。

现阶段常用的酸化转向技术包括机械转向技术、化学微粒转向技术、泡沫转向技术、聚合物转向技术和黏弹性表面活性剂转向技术等。在对碳酸盐地层进行酸化转向时，通常使用聚合物转向技术和黏弹性表面活性剂转向技术。聚合物转向技术需使用Fe3+或Zr4+交联剂，但Fe3+在高温致密碳酸盐岩或含硫环境中易发生沉淀［7］，返排不彻底，会对地层造成伤害［8］。黏弹性表面活性转向剂则具有优越的自转向性能、降滤失性能、无残渣和无伤害性能［9］，同时由于它具有表面增溶作用［10］，使黏弹性表面活性转向剂能很好地溶于酸液中形成均相体系。但也存在一定的缺点，如使用量较多、耐温能力较差和使用温度范围较窄（基本在 60～80℃之间）等［11］。黏弹性表面活性转向剂在转向剂合成、转向机理、应用条件、对地层的影响和酸化延缓机理等方面还需进一步研究［12］。

本工作合成了J型、Y型、R型和月桂酸等表面活性转向剂，并以J型转向剂为主体与Y型转向剂、R型转向剂和其他添加剂进行复配得到了不同的抗高温转向酸体系，对这些转向酸体系进行了抗高温实验，并研究了高温下体系的黏度变化情况。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

浓盐酸、3-二甲氨基丙胺、C12～22脂肪酸、氢氧化钙、乙二醇：分析纯，四川省威尔顿化工有限公司；铁离子稳定剂（WLD28A）、高温缓蚀剂（WLD31A）：四川省威尔顿化工有限公司。

NDJ-5S型黏度计：上海平轩科学仪器有限公司。

1.2 表面活性转向剂的合成

C12～22脂肪酸与3-二甲氨基丙胺以一定的摩尔比在150～160 ℃下回流反应8 h，将所得产物经真空蒸馏去除过量的胺类，可分别得到J型、Y型、R型和月桂酸等表面活性转向剂。

1.3 抗高温转向酸体系的组成

抗高温转向酸体系的配方（基于体系的质量）：表面活性转向剂、w（浓盐酸）=18.00%、w（WLD31A）=1.50%、w（WLD28A）=1.00%、其他添加剂。

1.4 转向酸体系的性能评价

抗高温转向酸体系与碳酸盐岩发生酸岩反应后会引起酸液黏度的变化［13］，因此酸液的变黏特性是转向酸的主要特征［14］。本工作以氢氧化钙与新鲜酸液的反应来模拟地层碳酸盐与酸液的反应，通过考察不同温度下转向酸体系的黏度变化对其性能进行评价。

2 结果与讨论

2.1 转向酸体系的性能

2.1.1 J型转向酸体系的抗高温性能

以J型转向剂为主体配成J型转向酸体系。温度对J型转向酸体系黏度的影响见图1。从图1可看出，体系的起始黏度较高；当温度为80 ℃时，体系的黏度在120 min内下降较缓慢，基本能维持在100 mPa·s以上；但当温度为90 ℃时，体系的黏度在20 min内就降至100 mPa·s以下。实验结果表明，J型转向酸体系的抗高温性能较差。

图1 温度对J型转向酸体系黏度的影响Fig.1 Effect of temperature on the viscosity of J diverting acid system.

表面活性转向剂的转向机理是［15］：表面活性剂分子在高浓度的新鲜酸液中不会缔合成胶束；当酸液体系与储集层岩石发生反应后，酸浓度降低，表面活性剂分子会与大量的钙镁离子缔合而形成柱状或棒状胶束，这些胶束相互缠绕并连接形成巨大的体型结构，从而导致体系的黏度急剧增大；具备一定黏度的酸液在高渗透地层中形成暂堵作用，使后续的新鲜酸液转向到低渗透地层。在高温下转向酸体系黏度急剧下降的原因是高温会破坏胶束的空间结构从而使胶束降解，高温也会加强酸体系中表面活性剂分子和水分子的布朗运动。为了提高转向酸体系的抗高温性能，本工作将J型、Y型、R型转向剂以及醇类添加剂等进行复配，以降低酸体系的起始黏度。

2.1.2 J/Y型复配转向酸体系的性能

将J型转向剂和Y型转向剂进行复配后得到了J/Y型复配转向酸体系。J/Y型复配转向酸体系的黏度变化见图2。从图2可看出，只含J型转向剂的体系的起始黏度较大，且在高温下随时间的延长，黏度下降很快，60 min左右黏度即降至20 mPa·s以下。在J型转向剂用量保持不变时，随Y型转向剂的加入，体系的初始黏度下降；继续增加Y型转向剂的用量，体系的初始黏度开始上升，且在高温下随时间的延长，体系黏度呈先增大后减小趋势。这是因为胶束之间存在较大的间隙，Y型转向剂或其他一些转向剂等小分子转向剂的加入可有效填充在胶束空间的间隙，从而增强胶束在高温时的稳定性、提高酸液的抗高温性能。从图2还可看出，当w（J型转向剂）=2.50%、w（Y型转向剂）=2.00%时，随时间的延长，J/Y型复配转向酸体系的黏度增幅最大。因此，J/Y型复配转向酸体系中转向剂的用量以w（J型转向剂）=2.50%，w（Y型转向剂）=2.00%较适宜。

图2 J/Y型复配转向酸体系的黏度变化Fig.2 Viscosity change of J/Y diverting acid system.

2.1.3 J/Y/R型复配转向酸体系的性能

J/Y型复配转向酸体系的黏度虽有所提高，但还未达到实验要求，因此继续加入R型转向剂进行复配以提高体系黏度。J/Y/R型复配转向酸体系的黏度变化见图3。从图3可看出，在初始30 min左右，所有体系的黏度均呈下降趋势；恒定温度下，30 min后体系黏度逐步增加；添加R型转向剂的体系黏度比未添加R型转向剂的体系黏度增幅大，说明J/Y/R型复配转向酸体系的抗高温性能优于J/Y型复配转向酸体系。从图3还可看出，所有体系均在100 min左右时达到最大黏度；在40～70 min时，w（R型转向剂）= 0.25%时体系的黏度较大；在70～120 min时，w（R型转向剂）= 0.50%时体系的黏度较大。考虑到酸化作业时间一般为60～120 min，在J/Y/R型复配转向酸体系中w（R型转向剂）=0.50%较适宜。

图3 J/Y/R型转向酸体系的黏度变化Fig.3 Viscosity change of J/Y/R diverting acid system.

2.2 乙二醇含量对转向酸体系的影响

将J型转向剂和R型转向剂进行复配得到J/R型复配转向酸体系。乙二醇含量对J/R型复配转向酸体系黏度的影响见图4。

图4 乙二醇含量对J/R型复配转向酸体系黏度的影响Fig.4 Effect of glycol content on the viscosity of J/R composite diverting acid system.

从图4可看出，在30～120 min之间，100 ℃下，当w（乙二醇）=12.50%时，体系的黏度最高达到80 mPa·s左右。这是因为高温促使表面活性剂分子和水分子的布朗运动加快，导致体系黏度下降。而乙二醇的加入可提高水的沸点、加快表面活性剂在酸液内的溶解和抑制布朗运动，从而增大体系在高温下的黏度。实验结果表明，选择w（乙二醇）=12.50%较适宜。

2.3 不同转向剂的性能比较

分别将月桂酸转向剂、Y型转向剂与J型转向剂、R型转向剂进行复配得到了不同的转向酸体系。月桂酸转向剂和Y型转向剂的性能比较见图5。从图5可看出，在100 ℃下，所有体系在40 min时的黏度接近最小值；其后随时间的延长，体系的黏度逐渐增加。在40～180 min之间，系统Ⅰ的黏度增幅比系统Ⅱ和系统Ⅲ的大，最大黏度达到170 mPa·s左右。未加入Y型转向剂的系统Ⅱ在30～180 min之间，体系的黏度在40 mPa·s左右。实验结果表明，Y型转向剂的抗高温性能优于月桂酸转向剂。

图5 月桂酸转向剂和Y型转向剂的性能比较Fig.5 Performance of lauric acid diverting agent compared with that of Y diverting agent.Test condition：100 ℃.

3 结论

（1）单一的J型转向酸体系的抗高温性能较差，通过和其他转向剂进行复配可提高转向酸体系的抗高温性能。

（2）乙二醇的加入有利于提高转向酸体系的抗高温性能。适宜的转向酸体系的配方为：w（J型转向剂）=2.50%、w（R型转向剂）=0.50%、w（Y型转向剂）=2.00%、w（乙二醇）=12.50%、w（浓盐酸）=18.00%、w（WLD31A）=1.50%、w（WLD28A）=1.00%和其他添加剂。100 ℃下，该转向酸体系的黏度最高达到170 mPa·s左右。

（3）Y型转向剂的抗高温性能优于月桂酸转向剂。

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Novel High-Temperature-Resistant Diverting Acid Systems

Tao Zhen1，Yang Xu1，Tang Mingjuan1，Guan Haiping1，Wan Yongbo1，Wang Kan2
（1. School of Chemistry and Chemical Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610500，China；2. PetroChina TuHa Oilfield Warm Rice Oil Extraction Plant，Hami Xinjiang 839000，China）

J，Y，R and lauric acid surface-active diverting agents were synthesized from C12-22aliphatic acids and 3-dimethylaminopropylamine. Different high temperature-resistant diverting acid systems were obtained by compounding these diverting agents. The effects of high temperatures and glycol on the viscosity of these diverting acid systems were studied. The experimental results show that the viscosity of the diverting acid system at 100 ℃ is the maximum 170 mPa·s under the system composition ofw(J diverting agent) 2.50%(based on the mass of the system，the same below)，w(Y diverting agent) 2.00%，w(R diverting agent) 0.50%，w(glycol) 12.50%，w(concentrated HCl solution) 18.00%，w(corrosion inhibitor WLD31A) 1.50%，w(ferrous stabilizer WLD28A) 1.00% and other additives. The performance of Y diverting agent was compared with that of lauric acid and the result indicates that the high temperature resistance of the former is better than that of the latter.

high temperature-resistant diverting agent；diverting acid system；viscosity；oil extraction

1000 - 8144（2012）09 - 1052 - 04

TE 357.2

A

2012 - 02 - 29；［修改稿日期］2012 - 06 - 05。

陶震（1986—），男，湖北省黄冈市人，硕士生，电话 15281028486，电邮 tao349562421@163.com。联系人：杨旭，电话 13880551887，电邮 13880551887@163.com。

（编辑 邓晓音）