楊軍偉，孫林，熊培祺, 楊淼

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

國(guó)內(nèi)外研究認(rèn)為，在井底有70%的能量消耗在以井筒為中心的3 m圓周內(nèi)，改造近井地帶的導(dǎo)流能力, 對(duì)提高油井產(chǎn)能至關(guān)重要[1]。酸化是通過(guò)井眼向地層注入一種或幾種酸液體系，使酸與地層中礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶蝕儲(chǔ)層中的孔隙或裂縫壁面，以及井筒附近地層內(nèi)的堵塞物。酸化的處理半徑通常在1～3 m范圍內(nèi)，在地層能量消耗最嚴(yán)重的區(qū)域，增加孔隙、裂縫的滲流能力，從而實(shí)現(xiàn)油水井增產(chǎn)、增注的目的。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了多項(xiàng)研究，針對(duì)不同儲(chǔ)層、不同堵塞類型，采用相應(yīng)的酸化解堵體系，取得了較大進(jìn)展[2-7]。但在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用上，也出現(xiàn)了部分油水井酸化后，產(chǎn)量或注水量不增反降的情況，尤其是部分具有酸敏性砂巖儲(chǔ)層的區(qū)塊。因此，對(duì)于酸敏性砂巖儲(chǔ)層的酸化增產(chǎn)，有以下問(wèn)題值得我們思考：能否進(jìn)行酸化；如果可以實(shí)施，需要注意什么問(wèn)題；需要采用什么類型的酸液體系。所以開(kāi)展酸敏性砂巖儲(chǔ)層酸化技術(shù)研究，具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

1 酸敏性儲(chǔ)層傷害原因

酸敏感性是指酸液與儲(chǔ)層礦物接觸發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀或釋放出顆粒，導(dǎo)致儲(chǔ)層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象[8]。其損害機(jī)理有注入酸與地層流體不配伍；酸與地層礦物反應(yīng)直接生成沉淀以及反應(yīng)產(chǎn)物的二次沉淀；酸與地層礦物反應(yīng)后膠結(jié)物溶解引起的顆粒運(yùn)移等。常見(jiàn)的酸敏成因，有下述兩種。

1.1 化學(xué)成因傷害

酸巖反應(yīng)不是簡(jiǎn)單的溶解作用，在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)釋放出大量的離子，在一定條件下這些離子生成二次沉淀，從而堵塞孔隙吼道，對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重傷害。

鹽酸處理地層時(shí)，最易產(chǎn)生的是氫氧化物沉淀，在進(jìn)行酸化處理時(shí)，隨著酸液的消耗，孔隙流體的pH值將會(huì)逐漸升高，地層中含鐵、鋁礦物釋放出的Fe3+、Al3+，在pH值達(dá)到3.2和4.5時(shí)便產(chǎn)生Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀。

砂巖儲(chǔ)層采用土酸酸化時(shí)，主要的酸敏性礦物為蒙脫石、綠泥石、高嶺石、含鐵礦物及長(zhǎng)石等。由于HF的存在，有可能引起比鹽酸更嚴(yán)重、更復(fù)雜的二次沉淀，反應(yīng)中的一次沉淀有CaF2和MgF2，二次沉淀主要是被酸溶解釋放出的金屬離子與氟硅酸或氟鋁酸結(jié)合生成的氟硅酸鹽或氟鋁酸鹽沉淀，其次為氫氧化物沉淀及其他無(wú)機(jī)垢[9-11]。

1.2 物理成因傷害

砂巖地層中的黏土礦物蒙脫石、高嶺石、伊利石，在酸化過(guò)程中有可能導(dǎo)致儲(chǔ)層傷害。蒙脫石易吸水膨脹，高嶺石易分散運(yùn)移，伊利石易脫落，造成微粒分散運(yùn)移。以上礦物在酸巖反應(yīng)過(guò)程中，同時(shí)會(huì)伴隨有不溶于酸的顆粒和反應(yīng)殘?jiān)尫?。?chǔ)層中固有的黏土礦物及酸巖反應(yīng)產(chǎn)生的顆粒及殘?jiān)?，在地層中分散運(yùn)移，堵塞孔隙喉道，從而使?jié)B透率降低。

2 酸敏評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的局限性

但現(xiàn)有的酸敏性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中判斷方法存在局限性[13]：

1）首先酸液中沒(méi)有加入添加劑，可能導(dǎo)致相關(guān)傷害。如酸液中不加入黏土穩(wěn)定劑，可能導(dǎo)致黏土膨脹分散運(yùn)移；酸液中不加入鐵離子穩(wěn)定劑，可形成Fe(OH)3沉淀。

2）酸液類型和酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇不合理：只規(guī)定15%HCl和土酸(12%HCl+3%HF)兩種酸液類型，并不能代表其余酸型或其他濃度的酸液會(huì)造成儲(chǔ)層傷害。

3）模擬關(guān)井時(shí)間不合理：標(biāo)準(zhǔn)中砂巖反應(yīng)時(shí)間1 h，但酸巖反應(yīng)時(shí)間需要根據(jù)儲(chǔ)集層巖石學(xué)特征、地層溫度、酸液類型等因素綜合確定。

4）注酸量不合理：標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定注入0.5～1.0倍孔隙體積酸液，但現(xiàn)場(chǎng)對(duì)地層進(jìn)行酸化時(shí)需要根據(jù)儲(chǔ)集層特征、酸液類型、地層傷害情況等因素綜合確定注酸量。因此，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，也需要設(shè)計(jì)不同孔隙體積倍數(shù)酸液的預(yù)案，在無(wú)儲(chǔ)層參數(shù)作為參考的狀況下，才使用標(biāo)準(zhǔn)推薦的酸液體積。

如果在酸化改造時(shí)，注意控制可能給儲(chǔ)層帶來(lái)的傷害因素，則酸敏效應(yīng)可以得到不同程度的避免，酸敏性儲(chǔ)層也可能收到較好的改造效果。

3 酸敏傷害控制方法

3.1 化學(xué)成因傷害控制方法

3.1.1 鹽酸體系傷害控制方法

采用鹽酸體系處理地層時(shí)，隨著酸巖反應(yīng)的進(jìn)行，酸液被逐漸消耗，pH值升高至一定水平后，最易產(chǎn)生的是氫氧化物沉淀。當(dāng)儲(chǔ)層中含有較多綠泥石、菱鐵礦、輝鐵礦等含鐵礦物時(shí)，鐵離子會(huì)產(chǎn)生不溶性的氫氧化物沉淀，酸巖反應(yīng)過(guò)程中易形成鐵的氫氧化物沉淀[14]，堵塞孔隙喉道。此外在酸化作業(yè)過(guò)程中，井筒和施工管柱會(huì)發(fā)生一定程度的腐蝕反應(yīng)，產(chǎn)生鐵離子，隨酸液進(jìn)入地層。因此在酸液中加入鐵離子絡(luò)合劑或還原劑，降低Fe3+和Fe2+傷害，防止Fe(OH)3的生成。常用的鐵離子穩(wěn)定劑包括及其適用范圍如表1。

2.3 本次研究中，12例屬于低度危險(xiǎn)性腫瘤，13例屬于中度危險(xiǎn)性，15例屬于高度危險(xiǎn)性，沒(méi)有極低度危險(xiǎn)性患者。13例患者進(jìn)行復(fù)查，1例患者半年后轉(zhuǎn)移到腹腔，2例患者出現(xiàn)肝臟轉(zhuǎn)移，5年內(nèi)沒(méi)有發(fā)生其他變化。

表1 鐵離子穩(wěn)定劑適用溫度

3.1.2 土酸體系傷害控制方法

采用土酸體系對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行酸化時(shí)，其一次反應(yīng)產(chǎn)物的沉淀，主要為土酸中的F-與Ca2+、Mg2+反應(yīng)生成不溶性的CaF2、MgF2。土酸與儲(chǔ)層礦物的一次反應(yīng)產(chǎn)物，可繼續(xù)反應(yīng)生成二次沉淀[15]，如氟硅酸鹽、氟鋁酸鹽和水化硅凝膠等，二次沉淀堵塞孔隙喉道，導(dǎo)致滲透率下降，帶來(lái)嚴(yán)重的地層傷害。因此在對(duì)地層進(jìn)行酸化處理時(shí)，使用5%～15%鹽酸作為前置液，溶解地層巖石中的鈣質(zhì)，避免采用土酸直接處理地層。另一方面通過(guò)加入有機(jī)膦酸類螯合劑[16]，與金屬離子發(fā)生螯合反應(yīng)，起到抑制沉淀的作用。

目前，在以鹽酸和土酸為主要成分的酸液體系中，通常加入有機(jī)酸，如甲酸、乙酸、磷酸等，使有機(jī)酸與其酸巖反應(yīng)產(chǎn)物形成緩沖溶液，酸液可保持在較低的pH值范圍內(nèi)，有效防止Fe(OH)3、Al(OH)3等沉淀的產(chǎn)生。

3.2 物理成因傷害控制方法

針對(duì)酸敏損害中的物理成因，在進(jìn)行酸化設(shè)計(jì)時(shí)，一方面應(yīng)對(duì)主體酸濃度進(jìn)行優(yōu)化。若酸液對(duì)地層溶蝕率過(guò)高將造成儲(chǔ)層孔隙坍塌，破壞巖石骨架，從而降低儲(chǔ)層滲透率，因此酸液對(duì)巖屑的溶蝕率通常在15%～25%為宜，防止酸液對(duì)地層造成過(guò)度溶蝕，破壞巖石骨架。另一方面還應(yīng)注意酸巖反應(yīng)過(guò)程中釋放出的黏土顆粒，為了穩(wěn)定黏土微粒，避免其發(fā)生膨脹、運(yùn)移，在酸液體系中加入黏土穩(wěn)定劑，常見(jiàn)的黏土穩(wěn)定劑為季銨鹽類表面活性劑。

此外為了實(shí)現(xiàn)快速將酸液從地層排出，減少殘酸對(duì)地層的損害，在酸液中加入破乳助排劑，促進(jìn)酸液的破乳，降低表界面張力，促進(jìn)殘酸的返排。

4 酸敏性儲(chǔ)層酸化案例及認(rèn)識(shí)

針對(duì)酸敏性儲(chǔ)層的酸化措施，國(guó)內(nèi)一些油田開(kāi)展了相關(guān)的研究，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用，取得了顯著的效果。

長(zhǎng)慶安塞油田屬典型的低滲、低壓致密砂巖油藏，該儲(chǔ)層的敏感性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%以上，主要有綠泥石、方解石、濁沸石等[17]。通過(guò)油層污染因素攻關(guān)，證實(shí)其主要潛在的傷害因素為酸敏，并伴有弱速敏、弱水敏及強(qiáng)水鎖效應(yīng)。針對(duì)安塞油田的特點(diǎn)，研制出由有機(jī)弱酸，低表面張力的助排劑等組成的復(fù)合型酸液體系。該酸液體系在與地層礦物反應(yīng)過(guò)程中能保持較低的pH值，并且其中含有乙酸成分，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生的鐵離子有穩(wěn)定作用。采用弱酸性物質(zhì)并輔以其他助劑組成的酸液體系，在安塞油田成功進(jìn)行了酸化作業(yè)，并提高近井地帶的滲流能力，達(dá)到增產(chǎn)的目的[18]。

勝利油田濱南采油廠，主要敏感礦物有綠泥石、濁沸石等，使用鹽酸和氫氟酸酸化后生成氫氧化鐵、偏硅酸膠等沉淀，為中等-弱酸敏儲(chǔ)層。因此在常規(guī)的酸液體系中加入甲酸等有機(jī)酸控制pH值的升高，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)形成了由三種酸組成的復(fù)合酸液體系，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，增注效果明顯[19]。

中海油南堡油田也曾進(jìn)行過(guò)針對(duì)酸敏性儲(chǔ)層酸液體系的優(yōu)選工作。該油田黏土礦物主要為高嶺石、蒙脫石，其次為伊利石，伊蒙混層、綠泥石，通過(guò)巖心敏感性實(shí)驗(yàn)，證實(shí)它屬于中等-強(qiáng)酸敏儲(chǔ)層，常規(guī)的土酸體系（12%HCl+3%HF）會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成影響，但使用低濃度土酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(12%HCl+1%HF)[20]，發(fā)現(xiàn)影響幾乎為零。劉長(zhǎng)松等人在文南油田酸液體系的研究中，也發(fā)現(xiàn)酸敏損害程度也與氫氟酸使用濃度有關(guān)[21]。分析認(rèn)為高濃度的酸液體系會(huì)造成地層中黏土礦物的脫落、運(yùn)移，對(duì)巖心產(chǎn)生新的堵塞，而低濃度的酸液體系可以顯著降低該現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

1）儲(chǔ)層的酸敏性評(píng)價(jià)通常參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，只是對(duì)鹽酸和土酸進(jìn)行考察，研究表明，對(duì)鹽酸和土酸具有酸敏性的地層，酸化也能取得好的效果。

2）酸敏性儲(chǔ)層并非不能酸化，關(guān)鍵在于酸液體系的選擇，不同酸液體系，酸敏程度存在差異，部分體系并不會(huì)產(chǎn)生酸敏傷害。

3）不同的儲(chǔ)層，導(dǎo)致酸敏的礦物及其含量不同，根據(jù)儲(chǔ)層的特點(diǎn)，可以通過(guò)調(diào)整主體酸配方、優(yōu)化主體酸濃度，向體系中加入有機(jī)弱酸、鐵離子穩(wěn)定劑、破乳助排劑、黏土穩(wěn)定劑等措施進(jìn)行解除。

4）酸液必須具有下述性能：與巖石配伍性好、與流體配伍好、溶蝕率適度、鐵穩(wěn)能力強(qiáng)、防膨能力強(qiáng)等。