适用于碳酸盐岩储层复合有机缓速酸液体系研究

李长城,黄鹏，陈洪

（长江大学，湖北武汉431400）

适用于碳酸盐岩储层复合有机缓速酸液体系研究

李长城,黄鹏，陈洪

（长江大学，湖北武汉431400）

针对碳酸盐岩油气藏在使用常规酸化措施施工时存在管柱腐蚀严重，酸岩反应速率过快，二次沉淀污染等问题，通过室内实验，优选出了合适的主体酸、缓蚀剂、助排剂和铁离子稳定剂，研制出一套适合碳酸盐岩储层的新型复合有机缓速酸液体系。室内评价了该酸液体系的各项性能指标，结果表明，该酸液体系具有良好的缓速性能、较低的腐蚀速率以及较低的表面张力。岩心模拟酸化实验结果表明，复合有机缓速酸液体系对目标气田储层天然岩心的基质渗透率改善率大于170%，基质酸化效果好于普通盐酸。说明优选的复合有机缓速酸液体系对目标气田储层具有显著的改善作用，可以应用于现场酸化增产作业。

碳酸盐岩储层；酸化；有机缓速酸；酸岩反应

碳酸盐岩油气藏分布广发，岩石化学成分、矿物成分比较简单，但结构构造复杂，以海相沉积为主，沉积微相控制储层发育，储层非均质程度较高。碳酸盐岩油气产量占到了世界总油气产量的60%以上[1]，我国碳酸盐岩油气藏主要分别在南部和华北地区，碳酸盐岩油气藏开采过程中酸化压裂属于常用的增产措施[2]。

酸化解堵措施中最重要的是酸液体系的选择，目前，国内外碳酸盐岩储层酸化多采用缓速酸酸液体系[3]，原因在于，相比较于普通盐酸和土酸来说，缓速酸与碳酸盐岩的反应速率较慢，酸化作用距离长，不仅可以满足近井地带酸化解堵的需要，更可以实现深部酸化。缓速酸酸液体系一般是在酸液体系中加入表面活性剂或其他处理剂，从而实现延缓酸岩反应速率的目的。缓速酸体系一般包括泡沫酸、多氢酸、乳化酸、稠化酸等，这些体系均在国内外有过成功的应用[4-6]。

川东北某气田碳酸盐岩储层埋藏深约5 500 m，地层温度达120℃左右，地层压力较高，部分发育微裂缝。储层平均孔隙度为14.5%，平均渗透率为24.3 mD，属于低孔低渗储层。酸化压裂一直是该气田重要的增产措施，而酸化效果受到酸液性能的严重影响。本文针对该气田在使用常规酸化措施施工时存在管柱腐蚀严重，酸岩反应速率过快，二次沉淀污染等问题，通过大量室内实验，研究出一套低酸岩反应速度、低腐蚀性、易返排的新型复合有机缓速酸液体系。室内评价了酸液体系的各项性能，为现场应用提供参考。

1 复合有机缓速酸作用原理

（1）主体酸液中的有机膦酸属于多元缓速酸，其一级电离度较低，进入地层中以后缓慢释放出H+，可以较长时间的维持较低的pH值，相比较于盐酸等强酸而言，酸岩反应速率低，可以一定程度的增大酸化的距离[7]。

（2）具有较强的溶蚀能力和低伤害性。由于复合有机缓速酸液体系具有较长的活性酸反应时间，其有效活性酸反应时间可以比一般盐酸延长10 h左右；盐酸等强酸与岩石反应后，溶蚀率逐渐上升到最大值，后由于二次沉淀等原因导致溶蚀率下降，而复合有机缓速酸体系对岩石的溶蚀量达到一定程度后，逐渐趋于稳定，并且不会产生二次沉淀及酸渣，具有低伤害性。

（3）有机缓速酸液体系中含有的助排剂等表面活性剂，根据渗透、增溶作用原理，可以减少液流阻力，有助于酸液的注入和残酸的返排，避免残酸对地层造成二次伤害。

2 体系配方优选

2.1 主体酸液的确定

在分析目标气田储层特征及以往酸化处理措施的基础上，通过大量室内实验验证，优选出性能优良，满足目标气田现场应用要求的主体缓速酸酸液为2.5%有机膦酸+5.0%氟化氢铵。下面在确定主体酸的前提条件下，优选新型复合有机缓速酸液体系中其他的处理剂。

2.2 缓蚀剂优选

在高温地层酸化措施施工中，避免腐蚀对管柱安全和施工安全尤为重要。因此，在酸液体系中加入缓蚀剂是非常必要的。缓蚀剂的加入能够在管柱表面产生一层致密的保护膜，减少酸液与管材的接触面积，达到延缓腐蚀的目的。优选对比了三种缓蚀剂对N80钢片的腐蚀速率大小。实验方法采用“静态挂片失重法”评价缓蚀剂效果。实验结果见表1。

表1 缓蚀剂优选实验结果Table1 Experimental results of corrosion inhibitor selection

由表1实验数据可以看出，在120℃，72 h的试验条件下，缓蚀剂HJS-3的缓蚀效果最好，可以达到缓蚀剂一级标准。选择1.0%HJS-3作为酸液的缓蚀剂。

2.3 助排剂优选

助排剂的加入可以显著降低酸液及残酸的表面张力，有利于酸液的注入和残酸的返排，降低残酸在地层中的滞留量，避免二次伤害。采用JYW-200A全自动界面张力仪测定不同助排剂水溶液的表面张力，优选出合适的助排剂。实验结果见表2。

表2 助排剂优选实验结果Table2 Optimization experiment results of auxiliary drainage agent mN/m

由表2可以看出，四种助排剂均随着质量分数的增大，表面张力减小。一般现场要求加入助排剂后的体系表面张力要小于30 mN/m。当助排剂加量为0.5%时，S-2体系的表面张力最小，可以达到25.37 mN/m，能够满足现场施工要求。选择0.5%S-2作为酸液的助排剂。

2.4 铁离子稳定剂优选

铁离子稳定剂是酸液体系中的必要添加剂，它的加入一方面可以与地层中的溶解三价铁离子进行螯合作用，另一方面可以使三价铁离子还原，这就达到了防止铁离子沉淀产生而造成堵塞地层的现象。铁离子稳定剂优选实验方法参照SY/T6571-2012《酸化用铁离子稳定剂性能评价方法》。实验结果见表3。

表3 铁离子稳定剂优选实验结果Table3 Optimization experimental results of iron ion stabilizer

由表3实验数据可以看出，无论在25℃还是在120℃条件下，铁离子稳定剂HTW-12的稳定铁离子能力值均大于150 mg/mL，其他两种铁离子稳定剂效果较差。因为在一般情况下，铁离子稳定能力在100 mg/mL以上的铁离子稳定剂才能满足应用要求。所以选择1.0%HTW作为酸液的铁离子稳定剂。

2.5 酸液体系配方确定

通过以上室内实验，在确定主体酸液的基础上优选出了合适辅助添加剂，形成一套适合碳酸盐岩地层的新型复合有机缓速酸液体系，具体配方如下：

2.5 %有机膦酸+5.0%氟化氢铵+1.0%缓蚀剂HJS-3+0.5%助排剂S-2+1.0%铁离子稳定剂HTW-12

下面针对优选的酸液体系进行性能评价。

3 体系性能评价

3.1 缓速性能

使用1mol/L的NaOH标准溶液来滴定复合有机缓速酸液和3.0%盐酸溶液，通过酸度值的测定来对比分析有机缓速酸液体系的缓速性能。实验结果见图1。

图1 复合有机缓速酸液与3.0%盐酸酸度曲线图Fig1 Acidity of 3%HCl and composite organic retarded acid solution

由图1可以看出，普通盐酸溶液的酸度曲线只有一个突变点，当NaOH体积大于40 mL时，酸度值急剧上升，说明盐酸溶液中H+是完全电离的，不具有缓速性能；而新型复合有机缓速酸液的主要成分为有机膦酸和氟化物，其酸度曲线具有三个突变点，说明复合有机缓速酸液体系中H+的电离是多级电离，具有明显的缓速性能。

3.2 防腐蚀性能和助排性能

按照2.2和2.3中的实验方法，对优选的新型复合有机缓速酸液体系进行防腐蚀性能和助排性能评价，并于3.0%盐酸的实验结果进行对比。实验结果见表4。

表4 体系防腐蚀性能和助排性能评价结果Table4 Corrosion resistance and drainage performance evaluation results of the system

由表4实验数据可知，对比普通盐酸溶液，复合有机缓速酸液体系的腐蚀速率和表面张力明显偏小。说明优选的复合有机缓速酸液体系具有较好的防腐蚀性能和助排性能。

3.3 岩心模拟酸化效果

选用目标气田储层天然岩心进行，分别注入3.0%盐酸和复合有机缓速酸液，测定天然岩心实验前后基质渗透率的变化情况，以对比复合有机缓速酸和盐酸对岩心的基质酸化效果。岩心渗透率测定使用岩心流动实验装置，酸液的注入使用中间容器罐。实验结果见表5。

表5 岩心模拟酸化实验结果Table5 Results of core simulated acidification experiment

由表5实验数据可以看出，复合有机缓速酸液体系对目标气田储层天然岩心的基质酸化效果好于3.0%盐酸，酸化处理后基质渗透率明显增大，说明优选的复合有机缓速酸液体系对目标气田储层具有显著的改善作用，可以达到酸化增产的目的。

4 结论

（1）在分析目标气田储层基本特征以及以往常规酸化措施中出现问题的基础上，并结合复合有机缓速酸作用原理，通过室内实验优选出了一套适合碳酸盐岩地层的新型复合有机缓速酸液体系。

（2）新型复合有机缓速酸液体系具体配方为：2.5%有机膦酸+5.0%氟化氢铵+1.0%缓蚀剂HJS-3+0.5%助排剂S-2+1.0%铁离子稳定剂HTW-12。

（3）室内评价了新型复合有机缓速酸液体系的各项性能，结果表明，该酸液体系相比较于普通盐酸而言具有良好的缓速性能，以及更好的防腐蚀性能和助排性能；另外，复合有机缓速酸液体系对目标气田储层天然岩心的基质酸化效果好于普通盐酸，说明优选的复合有机缓速酸液体系对目标气田储层具有显著的改善作用，可以应用于现场酸化增产作业。

［1］范嘉松.世界碳酸盐岩油气田的储层特征及其成藏的主要控制因素[J].地学前缘，2005，12(3):23-30.

［2］杨荣.高温碳酸盐岩储层酸化稠化自生酸液体系研究[D].成都：西南石油大学，2015.

［3］贾长贵,田常青,刘应红.深穿透缓速酸PRH-1的研究与应用[J].油气田地面工程，2004，23（8）：14-15.

［4］潘建华.高升油田难采储量多元缓速酸酸化技术[J].钻采工艺，2009，32（5）：37-39.

［5］王元庆,林长志,王连生,等.低渗碳酸盐岩储层深度酸化酸液体系优选与评价[J].地质科技情报，2014，33（1）：100-105.

［6］吴大康,刘丽丽,薛俊林,等.合水油田复合缓速酸酸化技术研究[J].长江大学学报:自科版，2011，08（10）：41-43.

［7］温平安,王伟林,唐述凯,等.一种适用于低渗透油藏的复合缓速酸作用机理研究[J].石油化工应用，2014，33（8）：53-57.

Study on the Composite Organic Retarded Acid Solution System for Carbonate Reservoirs

LI Chang-cheng,HUANG Peng,CHEN Hon
（Yangtze University,Hubei Wuhan 431400,China）

Aiming at the problems in conventional acidification of carbonate reservoirs,such as serious corrosion of the pipe string,too fast acid-rock reaction rate,second precipitation pollution and so on,the suitable main acid, corrosion inhibitor,auxiliary drainage agent and iron ion stabilizer were optimized through laboratory experiments,a new type of composite organic retarded acid solution system suitable for carbonate reservoirs was developed.The performance indexes of the acid system were evaluated in the laboratory.The results show that the acid system has good retarded performance,low corrosion rate and low surface tension.The result of core simulation acidification experiment shows that the matrix permeability improvement rate of the composite organic retarded acid solution is greater than 170%in the natural core of the target gas field reservoir,its matrix acidification effect is better than ordinary hydrochloric acid.It suggests that the optimized compound organic retarded acid solution has significant improvement effect on the reservoir of the target gas field,and can be applied in the field acidification to increase production.

Carbonate reservoir;Acidification;Organic retarded acid;Acid-rock reaction

TE 122

A

1671-0460（2017）03-0475-03

2016-10-11

李长城（1993-），男，湖北宜昌人，2015年毕业于长江大学工程技术学院石油工程专业，研究方向：从事固井技术工作。E-mail：290562912@qq.com。