一种适合海上砂岩油田的单段塞活性酸体系

孙林， 杨军伟， 周伟强， 杨淼（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300457）

孙林等.一种适合海上砂岩油田的单段塞活性酸体系[J].钻井液与完井液，2016，33（1）：97-101.



一种适合海上砂岩油田的单段塞活性酸体系

孙林， 杨军伟， 周伟强， 杨淼
（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300457）

孙林等.一种适合海上砂岩油田的单段塞活性酸体系[J].钻井液与完井液，2016，33（1）：97-101.

摘要中国海上油田在高效开发过程中，疏松砂岩油藏存在微粒运移堵塞、泥质堵塞以及清污混注带来的无机堵塞等伤害，而采用常规酸化又面临施工规模受平台空间限制、重复酸化井多且有效期短等难题，造成酸化作业效果较差。针对这些问题，根据不同药剂之间的协同效应，通过大量实验，将盐酸、3种多步电离酸、缓蚀剂、氟碳表面活性剂、阳离子聚合物进行有效组合，并采用单一体系注入段塞的设计思路，最终开发出HX-01活性酸体系。为了便于酸液运输和节省平台作业空间，将该体系做成浓缩液，使用现场注入水和酸液混合注入，施工简单。同时，研发的体系具有现场垢样溶蚀能力强、表面张力低、黏土溶蚀能力强、骨架破坏小、深部缓速、腐蚀低、动态驱替能力强等特点，解决了海上油田酸化系列难题，并改变了现有的常规酸化施工工艺。

关键词疏松砂岩；增产措施；活性酸；海上油田；无机堵塞；微粒运移

Acidizing Offshore Sandstone Reservoir with a Single Slug Active Acid System

SUN Lin, YANG Junwei, ZHOU Weiqiang, YANG Miao
(Division of Engineering Technology, CNOOC Energy Technology & Services Limited, Tianjin, 300457, China)

Abstract In offshore oil and gas development in China, particle migration, clay particle blocking and inorganic salt blocking during mixed water injection for sewage cleaning have caused damage to unconsolidated sandstone reservoirs. Conventional acidizing jobs in an effort to stimulating the wells drilled were restricted by those adverse factors such as limited work space on well platform, repeated acidizing jobs and short effective production time of the acidized wells, etc. In a study to solve these problems, the synergy of different additives is exploited. In laboratory experiments, HCl, three polyprotic acids, a corrosion inhibitor, a fluorocarbon surfactantand a cationic polymer are mixed in a certain ratio and order to produce a compound, the HX-01 active acid system, which is further concentrated for the ease of job. HX-01 is injected with water in a single slug into the well, greatly simplify the acidizing job. In field acidizing work, HX-01 shows those advantages such as strong scale dissolution, low surface tension, strong clay dissolution, low damage to formation matrix, reduced advancing speed deep in reservoir formations, low corrosion and high dynamic displacing capacity etc. The use of HX-01 has solved the problems encountered in offshore well acidizing jobs, and changed the operation techniques of the conventional acidizing process presently in use.

Key words Unconsolidated sandstone; Stimulation measure; Active acid; Offshore oilfield; Inorganic salt blocking; Particle migration

酸化是中国海上油田增产常用的技术手段，由于海上油田在开发方式、油藏地质等方面与陆地油田迥异，目前已经形成了适合海上油田特点的系列酸化技术，例如施工规模受平台空间限制，形成了在拖轮或酸化压裂船上进行的规模酸化作业[1]；酸化返排液无场地处理，形成了泥浆池加碱中和进入生产流程等工艺[2]。随着海上油田进一步规模开发，一些新问题逐渐显现，例如平台生产任务繁重，酸化施工可用的空间进一步压缩；重复酸化井数增多，近井地带可溶蚀物质越来越少，需要深部缓速酸体系；清污混注量逐年增加，注入水水质长期不达标，存在碳酸盐、注入污油等伤害；海上油田80%以上是疏松砂岩油藏，高投入需要高产出，强注强采，极易产生微粒运移伤害；储层泥质含量高，容易产生堵塞[3]。目前现有的酸化技术已不能满足海上油田生产需要。为解决上述问题，通过系列实验，开发出HX-01活性酸体系，并使用单段塞的注入方法，在解决海上酸化难题的同时，彻底改变了现有的常规酸化施工工艺。

1　HX-01活性酸研发思路

HX-01活性酸体系的研发思路是：①能综合解决目前海上油田存在的所有问题，例如无机垢、注入油污、砂岩疏松、微粒运移、储层泥质含量高；②减少经典砂岩酸化中的“前置液、后置液”段塞，采用单一段塞体系，其具有施工步骤简单、易于摆放等优点；③采用浓缩液，可以采用平台注入污水配制或者与其混注地层，除了便于运输外，还可以减少平台空间的占用面积。

为达到这一目的，首先在体系选择上，考虑多元化辅剂。针对无机垢，可以选择溶解能力强、价格低廉的HCl作为辅剂之一；此外针对注水油污问题，考虑加入氟碳表面活性剂，它能起到良好的洗油、助排效果；针对疏松砂岩和泥质堵塞问题，考虑加入H3Y、H4Y、H6Y这3种多步电离酸产品，其中H3Y产品能和酸形成缓速酸体系，能螯合钙并抑制二次沉淀，H4Y能保护骨架，对疏松砂岩具有良好的黏合作用，H6Y具有多个氧原子、羟基和磷酸基， 是一种少见的金属多齿螯合剂，具有防垢和抑制二次沉淀功能；针对微粒运移问题，还考虑加入WS阳离子聚合物，能防止黏土膨胀同时，还具有稳砂、固砂功能。

其次，采用单一体系段塞。目前中国经典的砂岩酸化工艺步骤是：按段塞注入前置液、处理液和后置液，前置液、后置液主要由5%～15%盐酸组成，加入目的是为了清洗钙质、顶替地层水、保持酸度作用，防止产生CaF2、Na2SiF6、K2SiF6等二次沉淀[4]。

而HX-01活性酸设计中，具有HCl，可以清洗钙质；H6Y和H3Y这2种多步电离酸可快速螯合Ca2+，其电离强度比弱土酸类体系强，有效防止与地层中碳酸盐矿物和注入水产生CaF2二次沉淀，H4Y为多级缓速酸，基本不与骨架反应，减少产生Na2SiF6、K2SiF6二次沉淀风险，这就满足了体系单段塞的研发思路。此外，在后续开发中，用生产污水替代蒸馏水进行实验，也保证了浓缩液使用时的配伍性要求。

2　HX-01活性酸研发及评价

2.1 基准酸液浓度优选实验

为优选HCl、H3Y、H4Y三种基准酸液的浓度，采用蓬莱19-3油田的8ST井储层L10（905～910 m）、L30（1 015～1 020 m）、L50（1 115～1 120 m）、L80（1 245～1 250 m）、L110（1 380～1 385 m）这5个层位的天然岩屑，在60 ℃下，与基准酸液静止反应6 h，测定反应前后岩屑质量的变化率，通过溶蚀率的大小，来优选这3种基准酸液的浓度。

通过图1～图3可知，6%HCl、5%H4Y和5% H3Y与蓬莱19-3油田天然岩屑的溶蚀效果最佳，可将其作为基准酸液体系（6%HCl+5%H4Y+5% H3Y），再进行后续实验。

图1　蓬莱19-3岩屑溶蚀率随HCl浓度的变化

图2　蓬莱19-3岩屑溶蚀率随H4Y浓度的变化

图3　蓬莱19-3岩屑溶蚀率随H3Y浓度的变化

2.2 H6Y酸初选实验

H6Y具有多个氧原子、羟基和磷酸基， 是一种少见的金属多齿螯合剂，目前该类型酸液有3种类型产品：SW酸、WQ酸和ZS酸，将这3种酸液与前面的基准酸液体系分别进行复配，再在60 ℃下，与蓬莱19-3油田8st井L30（1 015～1 020 m）、L50（1 115～1 120 m）、L80（1 245～1 250 m）的天然岩屑静止反应6 h，测试溶蚀率。如图4所示，实验结果说明：SW酸和WQ酸与蓬莱19-3油田天然岩屑反应后，溶蚀率相对较高，暂时将这2种体系作为备选，再进行后续实验。

图4　不同H6Y酸产品与基准酸液复配对蓬莱19-3岩屑溶蚀率的影响

2.3 添加剂优选

2.3.1 缓蚀剂性能对比实验分析

为有效控制酸液对管柱等钢材的腐蚀，在活性酸配方研发过程中，需要通过腐蚀速率测定[5]，优选合适缓蚀剂作为添加剂。实验条件为60 ℃，4 h，钢片材质为N80。如表1所示，实验结果说明：FSH、TC、412A这3种缓蚀剂产品，缓蚀性能优良，3者作为备选，再进行后续实验。

表1　不同缓蚀剂产品腐蚀速率测定实验结果

2.3.2 氟碳表面活性剂性能对比分析

为了增强活性酸的洗油和助排能力，特别在体系中考虑加入性能优良的氟碳表面活性剂，将该体系与其他表面活性剂进行表面张力值对比测试。如表2所示，实验结果说明：0.1%FC-4430产品表面张力为22.52 mN/m，优于在用的其它浓度下的体系产品，将它作为备选，再进行后续实验。

表2　不同表面活性剂产品表面张力测定结果

2.3.3 阳离子聚合物性能对比分析

通过测定不同溶液的防膨率[6]，优选出性能更优的阳离子聚合物产品。称取2.5 g钠蒙脱石（分析纯）若干，分别置入50 mL浓度为2%的不同产品中，混合后摇晃均匀，静置24 h后观察钠蒙脱石悬浮高度，如表3所示。实验结果说明：24 h情况下，仅FP-03和YC黏土稳定剂防膨率指标合格，2种产品作为备选，再进行后续实验。

表3　不同阳离子聚合物产品的防膨率测试结果（24 h）

2.4 整体配伍性实验

为了考察基准酸、H6Y酸、添加剂和现场注入水整体配伍性问题，特别将上述优选出的产品进行复配，在60 ℃水浴条件下反应24 h，观察液体是否澄清或混合均匀，有无沉淀、分层或絮状物，实验结果见表4。由表4可知，配方中缓蚀剂的选择对配伍性影响较大，其他药剂的选择在于H6Y酸的WQ和SW、阳离子聚合物的FP-03和YC黏土稳定剂。酸液配方如下。

1#基准酸液+3%WQ+0.1%FC4430+2%FSH+ 2%FP-03

2#基准酸液+3%WQ+0.1%FC4430+2%FSH+ 2%YC黏土稳定剂

3#基准酸液+3%WQ+0.1%FC4430+2%TC+ 2%FP-03

4#基准酸液+3%WQ+0.1%FC4430+2%TC+ 2%YC黏土稳定剂

5#基准酸液+3%WQ+0.1% FC4430+2%412A+ 2%FP-03

6#基准酸液+0.1%FC4430+2%412A+2%YC黏土稳定剂+3%WQ

7#基准酸液+3%WQ+0.1%FC4430+2%FSH+ 2%FP-03

8#基准酸液+3%SW+0.1%FC4430+2%FSH+ 2%YC黏土稳定剂

9#基准酸液+3%SW+0.1%FC4430+2%TC+ 2%FP-03

10#基准酸液+3%SW+0.1%FC4430+2%TC+ 2%YC黏土稳定剂

11#基准酸液+3%SW+0.1%FC4430+2%412A +2%FP-03

12#基准酸液+3%SW+0.1%FC4430+2%412A +2%YC黏土稳定剂

表4　体系整体配伍性实验结果

2.5 最终体系配方确定

为了确定最终酸液配方和评价酸液整体溶蚀性能，选用PL19-3-8ST井L80层位岩屑，在60 ℃、6 h反应条件下， 采用根据上述整体配伍性实验结果而制定的配方， 再进行一次整体溶蚀实验， 实验结果见表5。

表5　溶蚀实验最终配方优选结果

由表5可知， 溶蚀率较高的产品即为HX-01活性酸最终配方：基准酸液（6%HY+5%H4Y+5%H3Y）+3%H6Y（WQ）+ 0.1% FC4430+2%TC+2%WS （FP-03）。

为了便于酸液运输，将该体系做成浓缩液，使用现场注入水和酸液混合注入。而实验配制酸液均是采用现场注入水，不存在配伍性问题，浓缩酸液和注入水的体积比应为1∶2左右。

该体系具有现场垢样溶蚀能力强、表面张力低、黏土溶蚀能力强、骨架破坏小、深部缓速、腐蚀低、动态驱替能力强等功能，综合性能优良，实验结果如表6所示。

表6　HX-01活性酸体系综合性能评价

3　结论

1.以蓬莱19-3油田8st井L50层岩屑为研究对象，优选出一种溶蚀率较高的活性酸HX-01，其配方为：基准酸液（6%HY+5%H4Y+5%H3Y）+ 3% H6Y（WQ）+0.1%FC4430+2%TC+2%WS（FP-03）。

2.通过机理研究和系列体系优选实验证明，HX-01活性酸体系，由多种优质酸液及添加剂组成，药剂综合性能优良，同时使用单段塞的注入方法，施工方便，能够解决目前海上油田酸化空间小的难题，且综合性能优良，彻底改变了现有的常规酸化施工工艺。

参 考 文 献

[1]穆献中，张志强，董銮琛，等.中国石油海洋工程井下作业技术发展环境和发展策略[J].石油科技论坛，2008（6）：18-21. Mu Xianzhong， Zhang Zhiqiang， Dong Luanchen，et al. The development environment and strategy of china petroleum marine engineering underground work technology[J]. Oil Forum，2008（6）：18-21.

[2]刘欣，赵立强，杨寨，等.不动管柱酸化工艺在渤海油田的应用[J].石油钻采工艺，2004，26（5）：47-49. Liu Xin， Zhao Liqiang， Yang Zhai， et al. Application of acidizing technology with original production string in bohai oilfield[J]. Oil Drilling & Production Technology，2004，26（5）：47-49.

[3]陈华兴，刘义刚，唐洪明，等.绥中36-1油田注入井欠注原因及治理建议[J].特种油气藏，2011，18（3）：129-131. Chen Huaxing， Liu Yigang， Tang Hongming， et al. Cause of insufficient injection and remedial measures for injectors in the sz36-1 oilfield[J]. Special Oil & Gas Reservoirs，2011，18（3）：129-131.

[4]周万富.砂岩油田酸化技术研究[D].河北：中国科学院研究生院渗流流体力学研究所，2006. Zhou Wanfu. Study on acidizing technology in sandstone reservoir [D]. Hebei:Institute of Porous Flow and Fluid Mechanics，2006.

[5]SY/T 5405—1996酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标[S]. SY/T 5405—1996 Specifications and Testing of Corrosion Inhibitors Used in Acidizing Operations [S].

[6]SY/T 5971—1994注水用黏土稳定剂评价[S]. SY/T 5971—1994 Evaluation of Clay Inhibitors for Water Injection [S].

收稿日期（2015-11-13；HGF=1506F1；编辑 付玥颖）

作者简介：第一孙林，男，1983年生，工程师，毕业于西南石油大学石油工程专业，现在从事海上油气田酸化压裂方面研究工作。电话 13920750575；E-mail：sunlin3@cnooc.com.cn。

基金项目：国家科技重大专项课题“海上油田化学驱配套技术”（2011ZX05024-004-09）。

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.01.020

中图分类号：TE357.12

文献标识码：A

文章编号：1001-5620（2016）01-0097-05