楊 雪，曾 勇

［1.荊州學(xué)院（原長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院），湖北荊州 434023；2.川慶鉆探長慶固井公司，陜西西安 710000］

酸化解堵是砂巖儲(chǔ)層解除井底污染、實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增注的主要手段之一[1–2]。利用酸液溶蝕巖石孔隙內(nèi)堵塞物以及部分礦物成分，改善巖石孔隙的連通性，達(dá)到提高產(chǎn)能的目的[3–5]。然而，儲(chǔ)層內(nèi)酸化反應(yīng)復(fù)雜，不同礦物成分與酸的反應(yīng)程度不一致，采用籠統(tǒng)酸化無法達(dá)到預(yù)期改造效果且可能對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。因此，匹配不同的儲(chǔ)層特征，優(yōu)選適用性好的酸液體系是提高酸化改造效果的關(guān)鍵[6~7]。

本文研究的LH油田，屬于低孔中低滲儲(chǔ)層，地質(zhì)儲(chǔ)量大，但儲(chǔ)層受污染嚴(yán)重，表皮系數(shù)達(dá)32.5，前期采出程度僅4.1%。為提高儲(chǔ)層動(dòng)用程度，開展了儲(chǔ)層傷害機(jī)理研究，明確了造成傷害的主要原因，結(jié)合儲(chǔ)層物性特征，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)優(yōu)選了最適合的酸液體系并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得較好改造效果，為同區(qū)塊或同類型儲(chǔ)層實(shí)現(xiàn)酸化增產(chǎn)提供借鑒。

1 LH油田物性特征與酸液選擇原則

1.1 儲(chǔ)層物性特征

LH油田巖石礦物以石英、長石為主，但泥質(zhì)含量高，為灰質(zhì)粉-細(xì)砂巖，且?guī)r心結(jié)構(gòu)較疏松。儲(chǔ)層溫度達(dá)117.8℃，地層水型為CaCl2型，礦化度為11 674mg/L。儲(chǔ)層前期敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果表明：儲(chǔ)層弱水敏性、無堿敏性，鹽酸敏感性弱，但對(duì)土酸敏感性表現(xiàn)為中等偏強(qiáng)，主要由于巖石中方解石等含鈣質(zhì)礦物較多，與土酸中的HF反應(yīng)產(chǎn)生CaF2沉淀造成二次堵塞，因此，常規(guī)土酸酸化體系不適用。

1.2 酸液體系選擇原則

結(jié)合儲(chǔ)層特征分析與巖心敏感性評(píng)價(jià)，儲(chǔ)層優(yōu)選酸液體系時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）儲(chǔ)層溫度較高，酸液與巖石礦物反應(yīng)速度快，進(jìn)行室內(nèi)評(píng)價(jià)時(shí)多考慮溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響。

（2）巖石對(duì)HF敏感性較強(qiáng)，且HF易造成巖石骨架松散強(qiáng)度降低，酸化后存在出砂風(fēng)險(xiǎn)，因此，不能采用含HF的酸液體系，但必須具有溶解鈣質(zhì)以及泥質(zhì)的能力。

（3）儲(chǔ)層污染較嚴(yán)重，酸液體系在具備較強(qiáng)的酸化解堵能力的同時(shí)，具有較大的作用半徑。

基于以上幾點(diǎn)原則，優(yōu)選了氟硼酸HBF4替代常規(guī)HF，主要由于氟硼酸HBF4為四步電離酸，水中發(fā)生四步水解反應(yīng)，水解產(chǎn)生HF，同樣起到溶蝕孔隙內(nèi)雜質(zhì)堵塞的作用。此外，氟硼酸HBF4水解過程導(dǎo)致其與儲(chǔ)層巖石反應(yīng)速度較慢，相比HF，氟硼酸HBF4對(duì)巖石骨架破壞小，起到深化緩速的效果，并且提高酸液作用距離，降低儲(chǔ)層二次傷害。但氟硼酸HBF4也屬于強(qiáng)酸，應(yīng)用前仍需要進(jìn)行前期適應(yīng)性評(píng)價(jià)。

2 主體酸液體系評(píng)價(jià)

2.1 酸液體系評(píng)價(jià)方法

進(jìn)行酸液體系評(píng)價(jià)主要分為酸液溶蝕能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)與巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

（1）酸液溶蝕能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

酸液溶蝕能力實(shí)驗(yàn)是以儲(chǔ)層巖屑、酸液為實(shí)驗(yàn)材料，控制實(shí)驗(yàn)溫度條件測(cè)試酸液體系溶蝕前后的巖屑質(zhì)量變化，計(jì)算酸液的溶蝕率與溶蝕速率，計(jì)算公式如下：

式中：η為溶蝕率，%；G1、G2為溶蝕前后巖屑的質(zhì)量，g。

式中：W為溶蝕速率，g/(mL·h)；V為加入酸液的體積，mL；t為反應(yīng)時(shí)間，h。

（2）巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)是利用處理后的地層巖心，配制地層水測(cè)試滲透率，再利用鉆井液等液體污染后，通入酸液解堵，測(cè)試酸化后巖心滲透率，由滲透率的提高表征酸液解除堵塞，改善污染的效果。

2.2 氟硼酸（HBF4）適應(yīng)性評(píng)價(jià)

前期調(diào)研結(jié)果同樣表明，氟硼酸HBF4化學(xué)反應(yīng)速度較慢，水解生成HF，溶解黏土能力強(qiáng)，因此替代HF效果顯著；此外，氟硼酸HBF4能在黏土表面形成隔離層起到穩(wěn)定黏土的作用，能夠避免儲(chǔ)層微粒運(yùn)移而堵塞流動(dòng)通道，提高酸化效果[8]。為評(píng)價(jià)儲(chǔ)層條件下氟硼酸HBF4的適用性，在90℃溫度下，將10%濃度HCl與不同濃度HF配制常規(guī)土酸溶液，另外與不同濃度的HBF4配制酸液體系，進(jìn)行巖屑溶蝕率對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，溶蝕4h后實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 土酸與HBF4酸溶蝕率對(duì)比

對(duì)比不同濃度的HF與氟硼酸HBF4兩種體系酸液的溶蝕率，結(jié)果表明：氟硼酸HBF4的溶蝕率隨濃度的升高而升高，但相比HF的溶蝕率稍低，8% HBF4與1.5% HF的溶蝕率差距較?。▋H為0.4%），因此，采用氟硼酸HBF4替代HF適用性較好，改變濃度可達(dá)到相似的溶蝕率。

溶蝕率表征酸液最終溶蝕效果，而溶蝕速率與酸液的作用半徑密切相關(guān)。HF溶蝕速率過快，酸化作用距離短，易造成出井筒周圍儲(chǔ)層砂二次傷害。因此，為評(píng)價(jià)氟硼酸HBF4的深化緩速效果，模擬儲(chǔ)層90℃溫度條件進(jìn)行氟硼酸HBF4與HF溶蝕速率對(duì)比測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 土酸與HBF4酸溶蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)初期HF已經(jīng)達(dá)到了較高的溶蝕率，接近氟硼酸HBF4溶蝕率的4倍，與巖屑反應(yīng)時(shí)間極短，在3h時(shí)基本反應(yīng)完全；而氟硼酸HBF4在前8h溶蝕速率較快，23h時(shí)才基本反應(yīng)完全，整體溶蝕速率較低；而對(duì)比最終溶蝕率，氟硼酸HBF4的溶蝕率與HF酸差異較小，說明其深部緩速效果較好，酸液作用距離較長，且避免了因近井筒儲(chǔ)層巖石劇烈溶蝕作用造成的巖石骨架松散的地層出砂的問題，因此，氟硼酸HBF4能夠較好地替代HF，且對(duì)儲(chǔ)層具有較好的適應(yīng)性。

2.3 主體酸液體系優(yōu)選

根據(jù)前期氟硼酸HBF4具有較好的適應(yīng)性測(cè)試結(jié)果，針對(duì)LH油田采用鹽酸HCl、氟硼酸HBF4以及改性硅酸的主體酸液體系。由于酸液濃度影響巖石溶蝕率且決定了最終酸化解堵效果，為優(yōu)選最合適的酸液體系配方，設(shè)計(jì)不同濃度的主體酸液體系的溶蝕實(shí)驗(yàn)，在90℃溫度條件下反應(yīng)4h后測(cè)試溶蝕率，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 主體酸液不同濃度配方溶蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：酸液體系中添加改性硅酸后溶蝕率明顯提高，其他酸濃度不變的條件下，改性硅酸添加量由30%降低至15%時(shí)，酸液溶蝕率降低了接近2.7%；通過提高改性硅酸濃度（15%提高至30%），氟硼酸HBF4濃度10%與8%時(shí)，酸液溶蝕率僅相差0.12%，且溶蝕率均大于20%的溶蝕指標(biāo)，因此，從溶蝕率指標(biāo)優(yōu)選10% HCl+15%改性硅酸+10%HBF4與10% HCl+30%改性硅酸+8% HBF4兩種主體酸液體系均可滿足酸化解堵需求，將進(jìn)一步通過巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)篩選出最佳酸液體系。

2.4 酸液解堵效果優(yōu)選

在鉆井、修井過程中大量鉆井液、泥漿等液體注入地層中，即使采取儲(chǔ)層保護(hù)措施，仍會(huì)污染地層造成堵塞，最直觀表現(xiàn)為滲透率的下降，因此，為優(yōu)選更適合的酸液體系，開展了巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)比兩種酸液體系的滲透率改善效果。

實(shí)驗(yàn)選取儲(chǔ)層平行樣巖心，滲透率測(cè)試分初始滲透率、污染后滲透率以及酸化解堵后滲透率測(cè)試三個(gè)階段進(jìn)行，對(duì)比兩種酸液體系的滲透率改善效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 兩種酸液體系酸化解堵效果評(píng)價(jià)

根據(jù)圖2中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，巖心受鉆井液等污染后，滲透率由26.2mD降低至17.2mD，降幅達(dá)35%，說明前期工作液對(duì)儲(chǔ)層造成極大的污染。污染后巖心經(jīng)兩種酸液體系酸化解堵后，滲透率大幅提升，說明酸化解堵效果顯著，其中10%HCl+15%改性硅酸+10% HBF4酸液體系酸化解堵后滲透率提高至28.4mD，滲透率恢復(fù)值為108%；10%HCl+30%改性硅酸+8%HBF4酸液體系酸化解堵后滲透率提高至24.7mD，滲透率恢復(fù)值為94%，均有不錯(cuò)的酸化解堵效果；而氟硼酸HBF4濃度的提升對(duì)酸化解堵效果更加明顯，不僅清除了前期工作液造成的堵塞傷害，同時(shí)改善了儲(chǔ)層滲流通道，因此，最終優(yōu)選10% HCl+15%改性硅酸+10% HBF4酸液體系作為LH油田主體酸液體系。

2.5 高溫緩蝕劑的優(yōu)選

酸液泵注過程中對(duì)地面管線、井筒造成腐蝕，導(dǎo)致金屬強(qiáng)度降低，且反應(yīng)過程中產(chǎn)生的Fe3+離子進(jìn)入地層產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，因此需要針對(duì)優(yōu)選酸液體系進(jìn)行緩蝕劑優(yōu)選降低腐蝕傷害。

緩蝕劑有GW-1高溫緩蝕劑與LAW高溫緩蝕劑兩種，實(shí)驗(yàn)采用N80鋼材，尺寸為50mm×10mm×3mm，清潔打磨后稱取質(zhì)量后，量取100mL的主體酸液并加入2%的高溫緩蝕劑，置于高溫高壓（90℃、1MPa）動(dòng)態(tài)腐蝕儀中反應(yīng)4h后取出，清潔表面后稱重并計(jì)算腐蝕速率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 緩蝕劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，90℃高溫條件下，LAW高溫緩蝕劑的緩釋效果明顯，平均腐蝕速率僅為18.59g/(m2h)，遠(yuǎn)小于腐蝕速率70g/(m2h)-1標(biāo)準(zhǔn)，因此，酸液體系優(yōu)選LAW高溫緩蝕劑作為主體酸液的緩蝕劑。

3 主體酸液體系現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為檢驗(yàn)酸液體系的酸化解堵效果，選擇LH13-10a井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)酸化實(shí)踐。LH13-10a井儲(chǔ)層以灰質(zhì)、泥質(zhì)粉細(xì)砂巖為主，滲透性較差，平均滲透率僅80mD，生產(chǎn)含水率高達(dá)96.7%。使用優(yōu)選的10% HCl+15%改性硅酸+10% HBF4+LAW高溫緩蝕劑體系酸液進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，酸化解堵作業(yè)設(shè)計(jì)如下表4所示。

表4 緩蝕劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果

LH13-10a井實(shí)施酸化解堵工藝后，增產(chǎn)效果顯著，目前累計(jì)增油近7 000m3，優(yōu)選的主體酸液體系適用性強(qiáng)，增產(chǎn)效果明顯。

4 結(jié)論

1）針對(duì)酸敏性較強(qiáng)的儲(chǔ)層，不適宜使用土酸體系酸化，而氟硼酸HBF4具有較好的適應(yīng)性，深化緩速效果顯著，能有效擴(kuò)大酸化半徑，避免儲(chǔ)層二次傷害，提高酸化解堵效果。

2）儲(chǔ)層溫度高，酸液體系反應(yīng)快，優(yōu)選的LAW高溫緩蝕劑能有效降低酸液與井筒等金屬反應(yīng)，緩蝕效果較好。

3）添加改性硅酸能有效提高酸液體系的溶蝕率，優(yōu)選的10%HCl+15%改性硅酸+10% HBF4+LAW高溫緩蝕劑對(duì)受污染儲(chǔ)層滲透率恢復(fù)達(dá)到108%，清除儲(chǔ)層污染的同時(shí)，改善了流體流動(dòng)通道，優(yōu)選的酸液體系能極大地提高LH油田產(chǎn)能，針對(duì)儲(chǔ)層條件相似的油藏具有借鑒意義。