酸岩长、短岩心酸化流动模拟实验研究

王广东 刘庆旺

摘 要：采用相似于天然储层的岩心和所研究范围内的储层岩屑，并将岩屑与粘土矿物结合模拟储层中的天然岩心开展短岩心的实验；应用自动型岩心流动仪设备来进行长岩心的实验，实验数据显示：对含有长石及碎岩屑等促进反应进行的物质的储层实施改造时，浓度较高的土酸会使储层产生二次沉淀，二次酸化的伤害率也较高；具有深度低伤害作用的酸液体系的实际改造效果比较好，不但可以把岩心渗透率改善到受到污染之前的程度，而且能够有效地阻止产生二次沉淀。

关 键 词：酸岩；酸化实验；长岩心；短岩心

中图分类号：TE 122 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）07-1506-03

Study on Long-core and Short-core Acidification Flow

Simulation Tests During Acid-rock Reactions

WANG Guang-dong， LIU Qing-wang

（Institute of Petroleum Engineering， Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163318， China）

Abstract： Similar natural reservoir cores and reservoir rocks of the studying area combing with clay minerals were used to carry out short-core simulation tests， and the automatic computer type porous core flow instrument was used to conduct long-core acidification flow simulation tests， then these tests results were analyzed. The results show that， during acidification of reservoirs with feldspars and rocks， high concentration mud acid can make reservoirs produce secondary sedimentation， secondary hurt is also higher； acidification effects of low damage composite acid system is ideal， it can recover core permeability to the situation before pollution， besides， it can prevent secondary sedimentation from forming.

Key words： Acid rocks； Acidification tests； Long-core； Short-core

酸化目前是油气井非常重要的一项投产和增产措施，各个油田都给予了充分的重视，并且在油田生产中实现了普遍的应用。而已经受到破坏和污染的储层更加把酸化压裂作为投产增产的一项重要措施，酸化措施能有效地解除堵塞胶结物，从而实现油氣井产能的恢复。但是，酸化措施也存在着一定的风险，比如对储集层造成新的伤害等。目前为止，主要使用的压裂液和酸液都会给储层引入很多外来液体，使原始地层中的油、水、气平衡系统遭到破坏[1]。一些文献调研表明，在研究和研制酸液体系方面，无论是国内还是国外，都没有报道深度低伤害酸液酸岩反应的相关内容。由此，在分析了石油工业开发的中、后期岩层堵塞机理之后，对深度低伤害复合酸液体系的研制以及对其酸岩反应机理进行研究，为油田的酸化、酸压提供部分理论依据[2]。

本研究运用长岩心与短岩心酸化流动模拟试验来模拟深度低伤害复合酸液在储层中的反应过程，利用扫描电镜对在酸岩反应前后的微观孔隙结构进行观察，对深度低伤害复合酸液体系的穿透性与其影响因素进行确定，探究此堵剂在酸岩反应中的低伤害微观机理[3]。

1 长岩心酸化流动模拟实验研究

长岩心的酸化流动模拟实验应用的是自动型岩心流动仪设备，此设备是从国外引进的用于酸化改造工程实验室的最主要的组成部分[4]。从流动通道的设置开始，到改变并计量泵排量，开关阀门，升温加热器，采集有效数据以及后期处理全部实现电脑化，自动化的程度和精密程度都很高。该系统中的中间容器、加热器以及敏感的实验传感器均由耐酸性能良好的合金材料制备而成。此系统最高的试验温度能够超过150 ℃，最大回压可达15 MPa，而围压则达到30 MPa，恒定的泵排量能够达到0～15 mL/min、压力可达50 MPa、实验用岩心长度最高可达35 cm、最多可以一次性测定5段岩心的渗透率K的变化情况，既可以用来研究入井液自身的性能和其对原始储层所产生的污染状况，还可以研究复合型酸液体系对地层的改造效果以及在酸化过程中造成的二次伤害机理（图1）。

（a）

（b）

（c）

（d）

图1 65 ℃下 常规多氢酸、氟硼酸、土酸以及深度低伤害复合酸液长岩心流动模拟试验

Fig.1 General multi-hydrogen acid，boratofluoric acid，mud acid and low damage composite acid long-core flow simulation tests

试验结果表明：在注入深度低伤害复合酸液后，与常规多氢酸、氟硼酸以及土酸相比，第1段、第2段和第3段的岩心渗透率K都呈现出较大程度增加的现象，其中第2段岩心酸化后岩心渗透率K的提高率是土酸的2.58倍，第3段岩心渗透率K提高了48.9%，而使用土酸进行酸化的第3段岩心渗透率K反而降低而没有提高率，因此表明深度低伤害复合酸液可以实现酸化过程中有效增注增产的效果，总渗透率可提高1.75倍，且可确保岩样端面完好，基本可以保证酸化二次伤害的降低，实现低伤害深穿透的功能。深度低伤害复合酸液体系比其它三种酸液体系的效果更为明显，可用于高孔高渗储层的酸化解堵作业。

2 短岩心酸化流动模拟实验研究

在室内条件下采用类似于天然储层的岩心和所研究区域的储层岩屑，这些岩屑结合粘土矿物以此模拟岩心来实施短岩心的模拟实验。本次实验采用的装置能够真实地呈现出地层的实际酸化改造过程，得到的酸化改造评价效果较为精确[5]。模拟天然短岩心流动模拟试验设计及试验结果如表1-表2所示。

表1 实验室短岩心模拟酸化改造试验方案

Table 1 Laboratory short-core simulation acidification reforming tests project

实验

序号 岩心编号 温度/℃ 具体程序及配方

前置液 前置液 主体酸液 后置液

1 YX01 60 清污混注

+

2.5%

KCl 11%

HCl

+

添加剂 11%HCl+4%HF+

添加剂 2.5%

KCl

2 YX02 60 11%HCl+4%HF+

添加剂

3 YX03 60 7%HCl+9%HBF4+添加剂

4 YX04 60 7%HCl+9%HBF4+添加剂

5 YX05 60 多氫酸体系

6 YX06 60 多氢酸体系

7 YX07 60 深度低伤害复合酸液

8 YX08 60 深度低伤害复合酸液

表2 短岩心酸化工艺流动模拟试验结果

Table 2 Short-core acidification flow simulation test results

岩心编号 岩心渗透率K/（×103μm2） 渗透率

比值

原始 污染后

前置液K1 前置酸 主体酸 后置液K4 K4/K1

YX01 767 551 357 488 695 1.26

YX02 1521 1023 754 985 1266 1.24

YX03 635 422 293 509 684 1.62

YX04 1603 1058 764 1283 1686 1.59

YX05 688 385 253 397 434 1.12

YX06 1522 966 597 1285 1346 1.39

YX07 726 539 417 956 967 1.79

YX08 1877 1208 875 2095 2185 1.81

短岩心酸化流动模拟试验结果讨论如下：

（1）在注入11%HCl前置盐酸后，1～8号岩心的渗透率K都呈现出大幅度下降的现象，并且大量的二氧化碳气泡出现在出口的残酸处。而随着二氧化碳气泡量的越来越少，岩心的渗透率K表现为逐渐回升，但是在注入前置酸的末尾阶段基本没有出现气泡，表明11%的HCl基本溶解了岩心中大比例碳酸盐岩胶结物[6]。岩心渗透率K在注入盐酸后下降的原因，主要是由两个方面造成的：

1）固体颗粒的运移；

2）二氧化碳气泡的影响。

11%的HCl与储层中的碳酸盐岩发生反应后，造成其中一部分碳酸盐岩中的胶结物质脱落从而发生运移，导致孔喉通道发生堵塞。

（2）实验4是一种深度低伤害复合型酸液，与之前的几种酸液进行对比：该复合酸液既可以确保酸的强度基本不变，还具有良好缓解反应速率的作用。从而让此反应中略低的酸液pH值和略长的酸岩反应时间这两个重要因素得到保证并且增大作用的距离。实验结果表明，该复合酸液体系产生的的酸化解堵效果较为明显。该组试验注入清污混注污水20 PV后岩心的渗透率K从1877×10-3μm2下降到1 208×10-3μm2，注入11% HCl后，渗透率K下降到875×10-3μm2；而在注入深度低伤害复合酸液体系之后，岩心的渗透率K逐步上升至2095×10-3μm2；在注入2.5% KCl顶替液后，岩心的渗透率K最终稳定在2 185×10-3μm2，渗透率K提高1.81倍。向岩心注入此复合型酸液的完整操作中，岩心的渗透率K都表现出缓慢提高的现象，说明此酸岩之间的反应是逐步深入的，同时也说明此复合型酸液体系具有在一定程度上延缓酸岩反应速率的作用，随着盐酸与岩样反应的进一步发展，岩心的渗透率K逐渐改善。实验结果表明，几乎所有岩心的端面都是完好无损的，说明此种复合型酸液体系整体的反应速率较为缓慢，无法溶蚀掉岩样的端面；而根据岩心的渗透率K得到的改善程度，深部储层的堵塞问题能够得到有效解决。

3 长、短岩心酸化流动模拟试验结果分析

由于长岩心的模拟实验能够更加细致地对油田现场的酸化过程进行模拟，所以它可以作为对复合型酸液体系进行优选和对酸液体系优化设计的最佳模拟方法[7]。试验结果表明，长岩心模拟酸化流动时比短岩心深入地层的效果更好，可用第1、2段结果可以表示短岩心的模拟试验，而深部储层的酸岩反应过程以及酸化二次伤害状况可以用第3段岩心以后的结果表示。

短岩心酸化流动模拟试验得到的岩心渗透率K的改善程度大体偏高且易趋于稳定；而单就第1、2段岩心的模拟试验现象来说，长岩心的结果的与短岩心相类似，然而后面几段长岩心的实验结果与前者有较大差别。

短岩心的模拟试验无法观测到二次酸化的具体反应过程、固体颗粒运移等对天然储层自身造成的伤害；而在长岩心的模拟实验中，每一段岩心中的酸岩反应过程更加符合实际，通过分析并测定残余酸液各离子浓度、观察岩心内部微观结构的变化等，能够更加深入地研究各种复合型酸液体系的综合性能、储层中酸岩的反应进度情况以及在二次酸化过程中造成伤害的原因。

长岩心的酸化流动模拟实验结果表明，对那些具有一些长石及碎岩屑等促进反应进行的物质所在储层进行改造时，较高浓度的土酸会使储层产生二次沉淀，二次酸化过程中的伤害率也较高，但是同种岩心在开展短岩心酸化流动模拟实验时却显示常规浓度的土酸实施酸化作业时岩心的渗透率K都呈现出上升的现象。

4 结 论

通过对长、短岩心酸化流动模拟试验的综合分析，可以得到以下结论：

（1）长岩心实验的结果表明，对含有长石及碎岩屑等促进反应进行的物质的储层实施改造时，浓度较高的土酸会使储层产生二次沉淀，二次酸化的伤害率也较高，但是同种岩心在进行短岩心酸化流动模拟试验时却显示常规浓度的土酸实施酸化时岩心的渗透率K都呈现出上升的现象。

（2）具有深度低伤害作用的酸液体系的实际改造效果较好，不但可以把岩心渗透率改善到受到污染之前的程度，而且能够有效地阻止产生二次沉淀。

参考文献：

[1] 赵立强. 碳酸盐岩和盐酸反应动力学的试验研究[J]. 西南石油学院报， 1988， 10 （1）： 34-41.

[2] 李小刚，杨兆中，胡学明，等. 酸压裂缝中酸液流动反应行为研究综述[J]. 钻井液与完井液， 2008， 25 （6）： 70-73.

[3] 朱永东. 酸岩反应动力学实验研究方法评述[J]. 内蒙古石油化工， 2008， 10： 23-25.

[4] Taner Tekin. Use of ultrasound in the dissolution kinetics of phosphate rock in HCl [J]. Hydrometallurgy， 2002， 64： 187-192.

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