ADSA环保固体酸在某气田酸化压裂中的应用

2024-01-10周彪豆连营王洪斌

山东化工 2023年22期

周彪,豆连营,王洪斌

(中海油田服务股份有限公司油田生产事业部,天津 300459)

酸化压裂技术是碳酸盐岩油气藏储层改造的重要方式[1]。酸压增产效果主要受储层裂缝长度和裂缝导流能力影响。前者受酸液滤失性、酸岩反应速度、酸液流速和酸液类型等影响,后者受裂缝闭合、酸岩反应的溶蚀形态等影响[2]。常规酸压技术存在反应速度过快,体系滤失严重,致使酸蚀裂缝长度短,储层改造效果不佳等问题[3]。此外,常规酸对场地、储运等要求高,容易对环境造成潜在风险。固体酸酸压技术可有效克服以上缺点,已在国内油气田实现推广使用,表现出良好的应用前景[4-5]。但固体酸室内研究相对缺乏,尤其缺少与油气井常规酸的对比。

为进一步探究固体酸的室内性质及推广固体酸酸化的现场应用,开发了“ADSA环保固体酸”储层改造剂及工艺技术。该固体酸含有酸酯成分,固体时没有腐蚀性,遇水溶解后,在水解催化剂的作用下水解形成相应的有机酸,对碳酸盐岩进行有效溶蚀,但反应速度缓慢,不破坏储层岩石骨架。可对储层中的特殊堵塞物产生物理化学作用,酸溶后可形成“可溶性的络合物或可溶盐”,实现储层改造或解堵的目的。同时,现场泵入可以以“固体粉末/颗粒直接携带”或“混配溶解成液体”两种形式注入。产品不含氧化剂、有机氯以及苯、醛、醚、酚、无毒无害,按常规返排液处理或者直接注入无需处理,是一种环保型固体酸储层改造剂。

对ADSA环保固体酸的酸性质、大理石溶蚀实验和钢片腐蚀进行了室内评价,该酸液具有低腐蚀、酸岩反应慢、缓蚀率良好等特性,通过现场应用试验,效果较好,具有进一步探究的价值。

1 仪器与材料

1.1 材料

ADSA环保固体酸,由中海油田服务股份有限公司提供。盐酸,氢氧化钠,酚酞,由中国国药集团提供。大理石块,钢片(N80),无水乙醇,分析纯。

1.2 分析测试仪器

分析天平,FA2004N,浙江赛德仪器设备有限公司。鼓风干燥箱,DHG-9070A,上海一恒科学仪器有限公司。恒温水浴锅,HH-4,上海博迅医疗生物仪器股份有限公司。

1.3 有效酸浓度测定

称取一定量的ADSA环保固体酸加入到蒸馏水中,加热至60 ℃完全溶解;取1 mL酸液,用20 mL蒸馏水稀释,加入2滴酚酞做指示剂,用浓度为0.1 mol/L的NaOH滴定固体酸溶液的H+含量,并折算成等效的盐酸浓度。

1.4 大理石溶蚀实验

参考标准《QSH1020 2744—2019酸化解堵液技术要求》,配制100 mL 20%盐酸作为对比酸样,并配制40%ADSA环保固体酸,将两份30.0 g大理石块(过量)于100 mL烧杯中,分别加入100 mL 20%盐酸和40%固体酸后封住烧杯口,在90 ℃下反应,并记录酸液反应完全时间,过滤溶解后残渣干燥称量计算溶蚀能力。

1.5 钢片腐蚀实验

参照石油与天然气行业标准SY/T 5886—2018酸化工作液性能评价方法,把固体酸工作液放入广口瓶中,并采用90 ℃恒温水浴加热。将金属挂片吊挂在广口瓶中,反应4 h后取出挂片,将试片立即用水冲洗,再用丙酮、无水乙醇逐片洗净,并将试片放在干净的滤纸上用冷风吹干,再放在干燥器内干燥20 min后称量,精确至0.000 1 g。腐蚀速率采用下述公式(1)计算:

(1)

其中,Vi为常压静态腐蚀速率[g/(m2·h)],△m为挂片腐蚀质量(g),△t为反应时间(h),Ai为挂片表面积(m2)。

2 实验结果与讨论

2.1 ADSA环保固体酸酸性质结果

2.1.1 ADSA环保固体酸酸浓度测定

对ADSA环保型固体酸进行了酸性质基本测试,根据酸碱滴定原理,该固体酸在不同温度下水中溶解性和有效酸浓度如表1所示。由表1可知,在常温下,随着固体酸加量的增加,溶解度呈现先增加后降低的趋势,溶解度最高约21%,说明固体酸不能完全溶解,折合盐酸质量分数约7%左右。当温度升高时,ADSA环保型固体酸溶液度提高。但50 ℃下,仍然不能完全溶解。当温度上升至90 ℃以上时,可实现完全溶解。且当固体酸加量40%时,可以达到20%盐酸质量分数。

表1 ADSA环保型固体酸在不同温度下水中溶解性和有效酸浓度

2.1.2 ADSA环保固体酸生酸速率

ADSA环保固体酸遇水溶解后,在水解催化剂的作用下水解形成相应的有机酸,才会发生酸蚀作用。90 ℃条件下,40%ADSA固体酸水溶液生酸速度结果图1所示。可知15 min内酸浓度小于10%、75 min后有效酸浓度增加缓慢,105 min时酸浓度达到最大值21.45%。因而在现场作业时,可根据生酸速度选择合适的作业时间。

图1 40%ADSA固体酸水溶液生酸速度

2.2 ADSA环保固体酸大理石溶蚀效果

90 ℃下质量分数20%盐酸和40%ADSA固体酸对大理石的溶蚀能力如表2所示。从表2中可以看出,质量分数40%固体酸对大理石的溶蚀能力与质量分数20%盐酸溶液相当,在3 h内可溶蚀质量分数75%左右的大理石。但二者溶蚀速率不一致,盐酸与大理石反应速度较快,这与二者的反应机理有关。固体酸需要先分解再溶蚀,而盐酸可以直接与大理石反应[6]。同时,质量分数40%ADSA固体酸残酸pH值偏中性,而盐酸仍然偏酸性,说明ADSA环保固体酸反应更彻底,对环境更友好。

表2 不同酸液对大理石的溶蚀能力

2.3 ADSA环保固体酸缓蚀性能

对高浓度的ADSA环保型固体酸的缓蚀性能评价结果如表3所示。该固体酸在90℃高温下分解出大量有机酸,具有一定的腐蚀性。从表3可以看出,固体酸用量越大,腐蚀速率越大。加入一定量的缓蚀剂,可以有效降低腐蚀速率。当使用40%ADSA+0.3%缓蚀剂酸液体系下,平均腐蚀速率为1.764 7 g/(m2·h)。该酸体系在未加缓蚀剂的情况下低温腐蚀速率是盐酸的1/3左右,在高温下加入配套的有机酸专用缓蚀剂,缓蚀效果完全满足产品技术要求。

表3 ADSA环保型固体酸的缓蚀性能评价

2.4 现场应用评价

该固体酸在鄂尔多斯盆地某气田4 000 m碳酸盐岩储层1应用,施工过程中高压注酸采用12%固体酸+0.2%缓蚀剂+0.1%稠化剂,注入液共81 m3。作业后关井3.5 h后开井放喷;24 h内返排率超过60%,48 h内返排率超过80%,最终返排率为87.8%。返排液pH值范围5.5～6,说明酸液反应彻底,残酸比例低。储层1的施工曲线如下图2所示。储层1日产气量56 269 m3/d,超过同平台采用其他酸化工艺的邻井。