酸化在酸敏性砂岩储层中的可行性分析

杨军伟，孙林，熊培祺, 杨淼

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

国内外研究认为，在井底有70%的能量消耗在以井筒为中心的3 m圆周内，改造近井地带的导流能力, 对提高油井产能至关重要[1]。酸化是通过井眼向地层注入一种或几种酸液体系，使酸与地层中矿物发生化学反应，溶蚀储层中的孔隙或裂缝壁面，以及井筒附近地层内的堵塞物。酸化的处理半径通常在1～3 m范围内，在地层能量消耗最严重的区域，增加孔隙、裂缝的渗流能力，从而实现油水井增产、增注的目的。

近年来，国内外进行了多项研究，针对不同储层、不同堵塞类型，采用相应的酸化解堵体系，取得了较大进展[2-7]。但在现场应用上，也出现了部分油水井酸化后，产量或注水量不增反降的情况，尤其是部分具有酸敏性砂岩储层的区块。因此，对于酸敏性砂岩储层的酸化增产，有以下问题值得我们思考：能否进行酸化；如果可以实施，需要注意什么问题；需要采用什么类型的酸液体系。所以开展酸敏性砂岩储层酸化技术研究，具有重大现实意义。

1 酸敏性储层伤害原因

酸敏感性是指酸液与储层矿物接触发生反应，产生沉淀或释放出颗粒，导致储层岩石渗透率发生变化的现象[8]。其损害机理有注入酸与地层流体不配伍；酸与地层矿物反应直接生成沉淀以及反应产物的二次沉淀；酸与地层矿物反应后胶结物溶解引起的颗粒运移等。常见的酸敏成因，有下述两种。

1.1 化学成因伤害

酸岩反应不是简单的溶解作用，在反应过程中会释放出大量的离子，在一定条件下这些离子生成二次沉淀，从而堵塞孔隙吼道，对储层造成严重伤害。

盐酸处理地层时，最易产生的是氢氧化物沉淀，在进行酸化处理时，随着酸液的消耗，孔隙流体的pH值将会逐渐升高，地层中含铁、铝矿物释放出的Fe3+、Al3+，在pH值达到3.2和4.5时便产生Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀。

砂岩储层采用土酸酸化时，主要的酸敏性矿物为蒙脱石、绿泥石、高岭石、含铁矿物及长石等。由于HF的存在，有可能引起比盐酸更严重、更复杂的二次沉淀，反应中的一次沉淀有CaF2和MgF2，二次沉淀主要是被酸溶解释放出的金属离子与氟硅酸或氟铝酸结合生成的氟硅酸盐或氟铝酸盐沉淀，其次为氢氧化物沉淀及其他无机垢[9-11]。

1.2 物理成因伤害

砂岩地层中的黏土矿物蒙脱石、高岭石、伊利石，在酸化过程中有可能导致储层伤害。蒙脱石易吸水膨胀，高岭石易分散运移，伊利石易脱落，造成微粒分散运移。以上矿物在酸岩反应过程中，同时会伴随有不溶于酸的颗粒和反应残渣释放。储层中固有的黏土矿物及酸岩反应产生的颗粒及残渣，在地层中分散运移，堵塞孔隙喉道，从而使渗透率降低。

2 酸敏评价标准的局限性

但现有的酸敏性评价标准中判断方法存在局限性[13]：

1）首先酸液中没有加入添加剂，可能导致相关伤害。如酸液中不加入黏土稳定剂，可能导致黏土膨胀分散运移；酸液中不加入铁离子稳定剂，可形成Fe(OH)3沉淀。

2）酸液类型和酸液质量分数选择不合理：只规定15%HCl和土酸(12%HCl+3%HF)两种酸液类型，并不能代表其余酸型或其他浓度的酸液会造成储层伤害。

3）模拟关井时间不合理：标准中砂岩反应时间1 h，但酸岩反应时间需要根据储集层岩石学特征、地层温度、酸液类型等因素综合确定。

4）注酸量不合理：标准中明确规定注入0.5～1.0倍孔隙体积酸液，但现场对地层进行酸化时需要根据储集层特征、酸液类型、地层伤害情况等因素综合确定注酸量。因此，在实验设计过程中，也需要设计不同孔隙体积倍数酸液的预案，在无储层参数作为参考的状况下，才使用标准推荐的酸液体积。

如果在酸化改造时，注意控制可能给储层带来的伤害因素，则酸敏效应可以得到不同程度的避免，酸敏性储层也可能收到较好的改造效果。

3 酸敏伤害控制方法

3.1 化学成因伤害控制方法

3.1.1 盐酸体系伤害控制方法

采用盐酸体系处理地层时，随着酸岩反应的进行，酸液被逐渐消耗，pH值升高至一定水平后，最易产生的是氢氧化物沉淀。当储层中含有较多绿泥石、菱铁矿、辉铁矿等含铁矿物时，铁离子会产生不溶性的氢氧化物沉淀，酸岩反应过程中易形成铁的氢氧化物沉淀[14]，堵塞孔隙喉道。此外在酸化作业过程中，井筒和施工管柱会发生一定程度的腐蚀反应，产生铁离子，随酸液进入地层。因此在酸液中加入铁离子络合剂或还原剂，降低Fe3+和Fe2+伤害，防止Fe(OH)3的生成。常用的铁离子稳定剂包括及其适用范围如表1。

2.3 本次研究中，12例属于低度危险性肿瘤，13例属于中度危险性，15例属于高度危险性，没有极低度危险性患者。13例患者进行复查，1例患者半年后转移到腹腔，2例患者出现肝脏转移，5年内没有发生其他变化。

表1 铁离子稳定剂适用温度

3.1.2 土酸体系伤害控制方法

采用土酸体系对储层进行酸化时，其一次反应产物的沉淀，主要为土酸中的F-与Ca2+、Mg2+反应生成不溶性的CaF2、MgF2。土酸与储层矿物的一次反应产物，可继续反应生成二次沉淀[15]，如氟硅酸盐、氟铝酸盐和水化硅凝胶等，二次沉淀堵塞孔隙喉道，导致渗透率下降，带来严重的地层伤害。因此在对地层进行酸化处理时，使用5%～15%盐酸作为前置液，溶解地层岩石中的钙质，避免采用土酸直接处理地层。另一方面通过加入有机膦酸类螯合剂[16]，与金属离子发生螯合反应，起到抑制沉淀的作用。

目前，在以盐酸和土酸为主要成分的酸液体系中，通常加入有机酸，如甲酸、乙酸、磷酸等，使有机酸与其酸岩反应产物形成缓冲溶液，酸液可保持在较低的pH值范围内，有效防止Fe(OH)3、Al(OH)3等沉淀的产生。

3.2 物理成因伤害控制方法

针对酸敏损害中的物理成因，在进行酸化设计时，一方面应对主体酸浓度进行优化。若酸液对地层溶蚀率过高将造成储层孔隙坍塌，破坏岩石骨架，从而降低储层渗透率，因此酸液对岩屑的溶蚀率通常在15%～25%为宜，防止酸液对地层造成过度溶蚀，破坏岩石骨架。另一方面还应注意酸岩反应过程中释放出的黏土颗粒，为了稳定黏土微粒，避免其发生膨胀、运移，在酸液体系中加入黏土稳定剂，常见的黏土稳定剂为季铵盐类表面活性剂。

此外为了实现快速将酸液从地层排出，减少残酸对地层的损害，在酸液中加入破乳助排剂，促进酸液的破乳，降低表界面张力，促进残酸的返排。

4 酸敏性储层酸化案例及认识

针对酸敏性储层的酸化措施，国内一些油田开展了相关的研究，并在现场进行了应用，取得了显著的效果。

长庆安塞油田属典型的低渗、低压致密砂岩油藏，该储层的敏感性矿物质量分数为10.0%以上，主要有绿泥石、方解石、浊沸石等[17]。通过油层污染因素攻关，证实其主要潜在的伤害因素为酸敏，并伴有弱速敏、弱水敏及强水锁效应。针对安塞油田的特点，研制出由有机弱酸，低表面张力的助排剂等组成的复合型酸液体系。该酸液体系在与地层矿物反应过程中能保持较低的pH值，并且其中含有乙酸成分，对反应产生的铁离子有稳定作用。采用弱酸性物质并辅以其他助剂组成的酸液体系，在安塞油田成功进行了酸化作业，并提高近井地带的渗流能力，达到增产的目的[18]。

胜利油田滨南采油厂，主要敏感矿物有绿泥石、浊沸石等，使用盐酸和氢氟酸酸化后生成氢氧化铁、偏硅酸胶等沉淀，为中等-弱酸敏储层。因此在常规的酸液体系中加入甲酸等有机酸控制pH值的升高，通过室内试验形成了由三种酸组成的复合酸液体系，并进行现场应用，增注效果明显[19]。

中海油南堡油田也曾进行过针对酸敏性储层酸液体系的优选工作。该油田黏土矿物主要为高岭石、蒙脱石，其次为伊利石，伊蒙混层、绿泥石，通过岩心敏感性实验，证实它属于中等-强酸敏储层，常规的土酸体系（12%HCl+3%HF）会对储层造成影响，但使用低浓度土酸进行实验(12%HCl+1%HF)[20]，发现影响几乎为零。刘长松等人在文南油田酸液体系的研究中，也发现酸敏损害程度也与氢氟酸使用浓度有关[21]。分析认为高浓度的酸液体系会造成地层中黏土矿物的脱落、运移，对岩心产生新的堵塞，而低浓度的酸液体系可以显著降低该现象。

5 结束语

1）储层的酸敏性评价通常参照行业标准，只是对盐酸和土酸进行考察，研究表明，对盐酸和土酸具有酸敏性的地层，酸化也能取得好的效果。

2）酸敏性储层并非不能酸化，关键在于酸液体系的选择，不同酸液体系，酸敏程度存在差异，部分体系并不会产生酸敏伤害。

3）不同的储层，导致酸敏的矿物及其含量不同，根据储层的特点，可以通过调整主体酸配方、优化主体酸浓度，向体系中加入有机弱酸、铁离子稳定剂、破乳助排剂、黏土稳定剂等措施进行解除。

4）酸液必须具有下述性能：与岩石配伍性好、与流体配伍好、溶蚀率适度、铁稳能力强、防膨能力强等。