高效络合酸体系性能评价及应用

2018-11-06潘定成杨国威

天然气与石油 2018年5期

关键词：酸液混合液酸化

陈凯陈军王贵张强潘定成杨国威

中海油田服务股份有限公司油田生产事业部, 天津 300459

0 前言

为有效控制二次沉淀的生成,常规砂岩酸化作业一般采用前置液、处理液和后置液三段式注入工艺。该酸化模式存在酸化设备占地面积大、作业工艺复杂、作业环境要求高等问题[1-8]。

近年来,单步酸化工艺开始出现,该方法能显著简化酸化注入工艺,采用浓缩酸与平台注入水按比例混合稀释方案,大幅度节省海上油田酸化作业的时间、空间和人力[9-15]。

本文提出的高效络合酸体系能实现单步酸化,其缓速性能、二次沉淀抑制能力、缓蚀性能和单步岩心流动综合性能表现良好,能溶解岩石矿物和解除堵塞物,且不易对储层造成二次伤害[16-19]。

1 缓速性能评价

1.1 实验方法

将某海上油田沙河街储层岩石矿物粉碎,105℃烘干后过80目筛,用电子天平准确称量岩粉2.000 0 g,放入塑料烧杯中,加入40 mL酸液;将烧杯置于恒温水浴中(90℃),对比在0.5、1、2、4、6 h酸液对岩粉的溶蚀率,以研究络合酸体系的缓速性能。

实验用3种酸液分别为土酸、多氢酸、络合酸。

1.2 实验结果

图1 酸岩反应溶蚀率与反应时间

2 二次沉淀抑制性能评价

2.1 实验方法

2.1.1 盐水配制

盐水4#:5 000 mg/L Fe3+溶液;

盐水5#:2 000 mg/L Al3+溶液。

2.1.2 氟化物沉淀抑制性

将盐水1#与酸液等体积(50 mL+50 mL)混合,然后加入饱和Na2CO3溶液调节混合液的pH值,观察是否有沉淀生成,将混合液高温处理2 h;再将高温处理后的溶液离心分离、烘干后称量沉淀重量。

2.1.3 氟硅酸盐沉淀抑制性

将盐水2#与酸液等体积(50 mL+50 mL)混合,在 1 h 内分3次加入SiO2含量为2.9 g/kg的Na2SiO3溶液,每次滴加5 mL,观察是否有沉淀生成;滴加完毕后,将其在高温下静置2 h;再将高温处理后的溶液离心分离、烘干后称量沉淀重量。

2.1.4 氟铝酸盐沉淀抑制性

将盐水3#与酸液等体积(50 mL+50 mL)混合,将混合液高温处理2 h;再将高温处理后的溶液离心分离、烘干后称量沉淀重量。

2.1.5 氢氧化物沉淀沉淀性

将盐水4#与酸液等体积(50 mL+50 mL)混合,然后加入饱和Na2CO3溶液调节混合液的pH值到3(Fe3+),观察是否有沉淀生成,将混合液高温处理2 h;再将高温处理后的溶液离心分离、烘干后称量沉淀重量。

将盐水5#与酸液等体积(50 mL+50 mL)混合,然后加入饱和Na2CO3溶液调节混合液的pH值到4(Al3+),观察是否有沉淀生成,将混合液高温处理2 h;再将高温处理后的溶液离心分离、烘干后称量沉淀重量。

2.2 实验结果

表1不同类型酸液产生的沉淀单位:g

表2酸液对不同类型二次沉淀抑制率

酸液类型氟化物抑制率/(%)氟硅酸盐抑制率/(%)氟铝酸盐抑制率/(%)氢氧化铁抑制率/(%)氢氧化铝抑制率/(%)6% HCl+3% HF00000络合酸75.3876.7270.8373.9872.09

络合酸之所以能有良好的二次沉淀抑制性能,是因为所研究的高效络合酸体系加入了络合剂。络合剂是指能与金属原子或离子发生配位作用,生成具有环状结构配体物质的络合物。络合物呈现环状或者笼状结构,非常稳定,不易被酸碱破坏,具有较好的溶解能力。络合剂能够溶解砂岩组分中的金属盐,如Ca2+、Al3+、Fe3+、Ba2+等,能够抑制砂岩溶蚀中产生金属盐沉淀的问题。

3 缓蚀性能评价

3.1 实验方法

参考SY/T 5405-1996 《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》进行腐蚀实验,评价络合酸的缓蚀性能。在90℃条件下对N 80钢片进行腐蚀速率测定,腐蚀时间4 h。

3.2 实验结果

钢片腐蚀前后形态见图2,腐蚀速率见表3。

a)腐蚀前

b)腐蚀后

表3腐蚀实验数据

酸液类型钢片编号腐蚀速率g/(m2·h)平均腐蚀速率g/(m2·h)络合酸0702.250902.422.34

在90℃条件下,络合酸的腐蚀速率是2.34 g/(m2·h),达到行业一级标准,腐蚀后的钢片表面均匀附着一层保护膜,起到良好的防腐作用。

4 单步岩心流动综合性能评价

4.1 实验方法

3)设置围压为5 MPa,温度设定为90℃,流量恒定为0.2 mL/min。

4)正驱NH4Cl溶液,直到压力稳定,测定初始岩心渗透率。

5)拆出口端接头,然后反驱酸液,待酸液从管线接头处均匀流出后,再连接接头和管线,保证管线被酸液充满,然后继续注入0.8 PV的酸液,关闭阀门,酸岩反应4 h。

6)打开阀门,正驱NH4Cl溶液,返排出酸液,每个PV用接液管收集残酸,当液体不再为酸性,停止收集液体,驱替盐水至压力稳定,计算酸岩反应后岩心渗透率。

7)停止流动实验,泄压,取出岩心,观察并记录岩心的端面,残酸送样ICP测定返排液的离子含量。

4.2 实验结果

4.2.1 岩心驱替实验

在90℃条件下,进行土酸、络合酸的酸液流动驱替实验,驱替的压差曲线见图3～4,渗透率变化见表4。

表4酸液流动前后岩心的渗透率改善统计表

岩心编号驱替体系温度/℃酸化前渗透率/10-3 μm2酸化后渗透率/10-3 μm2渗透率提高/(%)R 3-1土酸R 3-2络合酸9039.7513.25-66.750.7585.4568.4

图3 土酸在90℃下驱替压差曲线

从图3可以看出,土酸进入岩心后压力显著上升,说明酸岩反应剧烈,压力上升较明显。酸岩反应4 h后,再驱替盐水,稳定压力上升显著,说明储层产生较大伤害。

图4 络合酸在90℃下驱替压差曲线

从图4可以看出,络合酸大幅提高岩心渗透率,络合酸能有效抑制二次沉淀的生成。酸岩反应4 h后,再驱替盐水,改善压差0.005 MPa,说明储层特性明显改善。

4.2.2 残酸离子浓度分析实验

为进一步验证驱替实验结果的可靠性,将两种酸液体系的返排液进行ICP离子含量分析。本次实验过程酸液体积是岩心孔隙体积的0.8倍,因此,在3倍孔隙体积的盐水经过岩心后,返排液的pH值已经达到7左右,基本没有酸液残留。所以,本次实验仅选取前3个孔隙体积的返排液[20]。

从表5可以看出,络合酸体系中的络合剂在溶液中与金属离子发生强的络合作用,所生成的络合物溶解性好,不易发生沉淀。返排液PV数增加,离子浓度下降,应为盐水返排稀释酸液所致。

表5酸液返排液ICP离子分析单位:mg/L

4.2.3 分析

结合岩心驱替实验结果及残酸离子浓度分析可知:

1)土酸酸液体系对岩心造成一定伤害。

2)络合酸酸液体系能有效抑制二次沉淀的生成。

5 现场应用

5.1 现场应用统计

现场酸化数据见表6。

表6现场应用统计表

序号井号井别施工前后效果比对1P 5-1水井酸化后视吸水指数提高至酸化前的30倍2P 5-2水井酸化后视吸水指数提高至酸化前的2.1倍3T 1-1油井酸化投产,日产气34 805 m3/d4T 1-2油井施工前产液73.2 m3/d,酸化后产液80.5 m3/d5A 9-1水井酸化后视吸水指数提高至酸化前的26.5倍6A 9-2水井酸化后视吸水指数提高至酸化前的2.7倍7A 8-1水井酸化后视吸水指数提高至酸化前的2.3倍8A 8-2水井酸化后视吸水指数提高至酸化前的3.7倍9A 1油井施工前产液112.9 m3/d,酸化后产液136.6 m3/d