低摩阻胶凝剂的制备及现场应用

＊肖魏媛 王彬 刘畅 潘铮 张其平 吴家林

（四川省威沃敦化工有限公司 四川 618304）

1.前言

胶凝酸是一种常见的碳酸盐岩增产技术手段，通过酸岩反应，形成酸蚀裂缝，起到改造储层，建立复杂网状裂缝的目的，而碳酸盐岩储层的地质条件、储层构造决定了采取何种酸化工作液以及工艺手段，才能进行经济、合理、有效的储层增产改造，建立生产通道[1-4]。

近年来，随着我国油气资源战略方针的调整，将油气资源勘探开发的重心从东部油气区逐渐向西部油气区转移，碳酸盐岩油气藏的勘探开发得到重视，深层海相碳酸盐岩得到一系列的发展和突破，在我国塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地、渤海湾盆地发现多个碳酸盐岩油气田，我国的海相碳酸盐岩层系油气资源已经大于300亿吨油当量。据研究，我国的海相碳酸盐岩储层具有分布广、时代老、储层埋藏深、温度高，岩性致密化程度高等特点[5-7]，在面对海相碳酸盐岩储层进行酸化压裂改造时，由于其地质特点，如何获得更长的酸蚀裂缝和更高的裂缝导流能力，是海相碳酸盐岩酸压施工工艺与酸化工作液协同作用解决的技术难点。

我国典型的海相碳酸盐岩储层一般埋藏深度大于3000m，井温一般为120℃～140℃，压力一般为45～65MPa，对该类储层进行酸压施工时，由于施工的摩阻高，井口压力大，导致施工排量受限，无法增大泵注排量施工，使得泵注的酸化工作液无法进入地层远端，影响酸蚀缝长。因此，一种低摩阻胶凝剂配制的胶凝酸工作液，在施工过程中能够显著降低施工的管路摩擦阻力，减小泵注设备的压力，对高排量酸压施工具有十分显著的改善作用[8-11]。

2.实验部分

(1)实验材料

本文涉及的实验材料主要有丙烯酰胺（AM）、工业级，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）、工业级，N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、工业级，白油、工业级，失水山梨醇油酸酯（Span80）、工业级，过硫酸铵、分析纯，亚硫酸氢钠、分析纯，乙二胺四乙酸、分析纯，浓盐酸、工业级，酸化用缓蚀剂WLD31A、四川省威沃敦化工有限公司产品，铁离子稳定剂WLD28A、四川省威沃敦化工有限公司产品，粘土稳定剂WLD44、四川省威沃敦化工有限公司产品，酸化用助排剂WLD27、四川省威沃敦化工有限公司产品，酸化用转相剂WLD20、四川省威沃敦化工有限公司产品。

(2)实验仪器

聚合反应装置、实验室自制，HTD-03型六速旋转粘度计、青岛恒泰达机电设备有限公司，HAMZ-V型摩阻测试仪、成都岩心科技有限公司，GWF-4型高温高压挂片动态腐蚀仪、海安石油科研仪器有限公司，HH-8型数显恒温水浴锅、常州国华电器有限公司。

(3)低摩阻胶凝剂的制备

按比例称取Span80溶解于白油中，持续通入氮气，在搅拌条件下加入预先溶解好的AM、DMC和NVP水溶液，持续搅拌30min进行乳化，随后按序加入提前预制好的亚硫酸氢钠溶液、过硫酸铵溶液，升温至45℃，保持反应3h后得到低摩阻胶凝剂。

(4)胶凝酸工作液的制备

使用合成的低摩阻胶凝剂，配合辅剂制备成具有良好增粘效果的胶凝酸工作液，配制配方为：20%盐酸+2.5%低摩阻胶凝剂+2.5%酸化用缓蚀剂+1%铁离子稳定剂+1%粘土稳定剂+1%酸化用助排剂+1%酸化用转相剂。

3.性能评价

(1)增粘性能

合成的低摩阻胶凝剂具有明显的增稠作用，且通过改变胶凝剂的加量能够线性调节胶凝酸的表观粘度，满足不同井况、储层的改造要求。不同低摩阻胶凝剂加量的胶凝酸工作液粘度如下表1所示。

表1 不同低摩阻胶凝剂加量胶凝酸的粘度

(2)耐温性能

将配制好的胶凝酸使用高温高压挂片动态腐蚀仪进行老化，老化温度为140℃、搅拌速度为60r/min，测试不同老化时间后老胶凝酸的表观粘度，其测试数据如图1所示。

图1 胶凝酸耐温能力

结果表明，胶凝酸工作液在140℃条件下老化1h，粘度保持率为80%，老化2h后粘度保持率为56%，该温度下胶凝酸在2h内具有良好的耐温性能，随着时间的延长，胶凝酸的粘度衰减较大，在老化3h、4h后粘度衰减率分别为76%和84%。

(3)减阻能力

对制得的低摩阻胶凝剂配制成水溶液，采用管路摩阻测试仪模拟井下管柱的流动情况，测试降阻率，其数据如下图2所示，测试配方为：2.5%低摩阻胶凝剂+1%酸化用转相剂+96.5%清水。

图2 低摩阻胶凝剂的降阻率曲线

在A点前为清水的基准降阻率，在A点时加入酸化用转相剂和低摩阻胶凝剂，结果表明，胶凝剂在30s内在管路中溶解分散完全，在50s内降阻率达到最大值，平均降阻率为75.17%，低摩阻胶凝剂能够明显降低酸化压裂施工的管路摩阻，减小井口泵压，减轻设备压力，进而提高酸化施工排量，提升酸压的增产改造效果。

(4)胶凝酸缓蚀能力评价

对胶凝酸工作液采用高温高压挂片动态腐蚀仪进行140℃条件下腐蚀速率测试，测试条件为：温度140℃、压力16MPa、搅拌速度60r/min、时间4h，腐蚀速率测试数据如下表2所示，N80钢片经140℃腐蚀测试后的外观如下图3所示。

表2 N80钢片在胶凝酸工作液140℃的腐蚀速率

续表

图3 N80钢片经140℃腐蚀测试后外观

结果表明，经腐蚀测试后的N80钢片表明光洁平整，无点蚀孔洞出现，该胶凝酸工作液配方在140℃条件下具有良好的防管柱腐蚀的作用，对酸压施工设备的保护效果是有力的。

4.现场应用

使用本文合成的低摩阻胶凝剂及相关产品，配制的胶凝酸酸化工作液已成功应用于四川盆地川中、川南等碳酸盐岩油气田区块，且取得了较好的酸化增产改造效果，后期求产取得较好的产气量。

图4 XX3-井酸化施工曲线

图5 XX4-井酸化施工曲线

XX3井与XX4井的地质构造、施工数据、产气量数据如 表3所示。

表3 XX3井、XX4井地质结构、施工数据

5.结论

（1）本文合成的反相乳液型低摩阻胶凝剂能够有效降低管路摩阻，降阻率达75.17%，作为酸液稠化剂使用具有减小施工泵压的、提升施工排量的现实意义。

（2）使用低摩阻胶凝剂复配辅剂制得的胶凝酸工作液，耐温能力良好，在140℃老化2h后粘度保持率为56%，满足酸化施工要求，同时140℃下腐蚀速率仅为29.0739 g/（m2·h），对井下管道的腐蚀影响小，该胶凝酸工作液更绿色、安全。

（3）胶凝酸工作液产品性能稳定，目前在四川川中、川南碳酸盐岩油气矿区的井次成功应用，并取得较好的施工以及储层改造效果，以XX3井和XX4井为例，使用本文办法配制的胶凝酸工作液，各自取得了145m3/d、205m3/d的产量量，增产改造效果显著，目前我国页岩气的大量探明和开采，海相碳酸盐岩的增产改造，胶凝酸具有很好的应用前景。