淺談酸壓施工中增加酸蝕裂縫導流能力的化學物質與技術

孫秀芳

（東營職業學院，山東 東營 257091）

淺談酸壓施工中增加酸蝕裂縫導流能力的化學物質與技術

孫秀芳

（東營職業學院，山東 東營 257091）

在酸壓施工過程中，通過膠凝酸（稠化酸）、變粘酸、乳化酸、粘彈性表面活性劑自轉向酸液體系增加酸蝕裂縫導流能力，在不同的碳酸鹽巖儲層中起到了增加酸蝕裂縫的穿透深度的作用，達到了油氣田增產的目的。

膠凝酸（稠化酸）；變粘酸；乳化酸；粘彈性表面活性劑自轉向酸液體系

酸化壓裂是油氣田增產的主要措施之一，對有效的酸壓施工來說，酸壓形成的裂縫壁面必須是充分刻蝕的，在施工結束以后仍能保持其導流通道?？涛g的裂縫的導流能力受溶解的物質的量所影響。如果裂縫面是均勻刻蝕的，那么，在裂縫閉合以后，裂縫的導流能力是非常低的。

在酸壓施工過程中，研制各種酸液體系主要目的有：減緩酸巖反應速率；提高酸蝕裂縫的導流能力；控制酸液的濾失。為了獲得最大的酸蝕裂縫導流能力，已經研究了多項技術。其中，前置液酸壓是其中重要的技術之一。復合酸壓也是目前在開發研究的主要技術，通過在施工快結束時，在酸液中加入支撐劑，將近井地帶很好地支撐，可以大幅度地提高裂縫的導流能力。增加酸蝕裂縫導流能力的化學物質及技術如下：

一、利用稠化酸(膠凝酸)增加酸蝕裂縫導流能力

稠化酸是指在酸液中加入非交聯的酸用稠化劑以提高酸液粘度的酸液體系。稠化酸的最佳粘度為30～40mPa.s。稠化酸摩阻較小,一般為清水的60%。在稠化酸中若加人降阻劑,摩阻可降到清水的30%～40%。其作用機理是降濾失和緩速,屬于后期濾失控制。酸蝕縫長 20～50m。稠化酸一般適用于中高滲儲層,在低滲及返排困難的儲層使用稠化酸要慎重。國內主要在四川、長慶和塔河進行了現場試驗和應用,取得了較好的增產效果。

國內頓金婷等［1］人在對國外碳酸鹽巖儲層酸壓工藝技術調研的基礎上，結合陜北的地質情況及地質研究成果，室內開展了一系列的研究，針對陜北探區富古一井的碳酸鹽巖儲層改造特點，研制了以稠化酸為主的新型酸液配方體系。該稠化酸主要由稠化劑、高溫緩蝕劑、助排劑、穩定劑、活性劑和工業鹽酸配制而成。該稠化酸在不同溫度條件下，1～1.5%的ZJ-1稠化劑在20%的鹽酸中配成的稠化酸的粘溫特性見表1所示。

表1 文獻報道的稠化酸粘溫特性表

新疆西北石油局監理中心的滿江紅［2］報道了深井碳酸鹽巖儲層高濃度膠凝酸酸液體系的研究情況，在該文獻中，滿江紅介紹了兩種膠凝酸體系，這兩種膠凝酸的粘度測定結果如表2所示。

表2 文獻報道的膠凝酸粘度測定結果

從表2中的試驗數據我們可以看出，膠凝劑HB-2和膠凝劑GH-1配制的膠凝酸在較低的溫度下具有比較高的粘度。

利用膠凝劑GH-1、再配合其他的添加劑如緩蝕劑、破乳劑、鐵離子穩定劑、助排劑和粘土穩定劑配制成成品膠凝酸體系以后，評價測試了該膠凝酸體系的性能，測試結果如表3所示。該酸液在西北石油局TK426、TK315等油井得到了應用，取得了比較好的現場施工效果。

表3 文獻報道的配方酸液的綜合性能

Lewis R.Norman［3］報導了他們開發的一種新型的膠凝酸體系，Lewis R.Norman將1.5%的膠凝劑在15%的鹽酸中構成膠凝酸體系，這種膠凝酸體系在121℃、100s-1的條件下，粘度仍然超過60mPa.s。溫度降低以后，該膠凝酸體系的恢復性能良好。黃原膠、瓜膠和羧甲基乙基纖維素在15%的鹽酸中的性能比該膠凝劑的性能差得多。該膠凝劑在不同的使用濃度條件下，基本可以滿足從常溫到高溫油藏的酸壓施工要求。

另外，Avtar S.Pabley［4,5,6,7］在文獻中也報導了交聯鹽酸的研制和應用情況，他們研制的這種交聯鹽酸具有粘度高、濾失量小等優點。

De Rozieres［8］比較了純酸、膠凝酸和乳化酸的延遲效應對酸蝕裂縫導流能力、穿透深度和產量的影響。對于酸量基本相同的不同的純酸、膠凝酸和乳化酸，通過試驗確定的三種不同酸液的穿透深度為：乳化酸穿透深度為1100ft；膠凝酸為800ft；純酸為600ft。

二、利用變粘酸增加酸蝕裂縫導流能力

長慶石油勘探局井下技術作業處的文化武［9］等報導了變粘酸酸壓在長慶油田的施工應用和配方研制情況。變粘酸主要有酸液、酸液增稠劑、降濾劑、鐵離子穩定劑、緩蝕劑、助排劑等添加劑組份構成。當變粘酸注入到地層以后，可以與儲層中的灰巖、白云巖發生化學反應，形成酸蝕通道。由于酸液的反應和消耗使得變粘酸液體的pH值升高，當pH值達到2.0～4.0的范圍內時，酸液的粘度劇增，堵塞酸蝕孔道、減少液體濾失，活性酸可以沿裂縫延伸和裂縫作用，而不再形成酸蝕孔道，從而增加酸蝕作用距離。隨著酸巖反應的進行，酸液漸漸反應，酸液體系的pH值不斷升高，當pH值高于4.0時，這種體系開始破膠，結果，粘度就會降低到原始稠化酸基液的粘度。文化武等報導的這種變粘酸在pH值2.0～4.0的范圍內，變粘酸的粘度可以增加到一般膠凝酸的2倍，殘酸粘度可以降低到10mPa.s。該變粘酸體系在G34-12、G17-8、G18-6三口油井上面進行了試驗，通過試驗取得了一些認識和經驗，通過現場試驗認為，該變粘酸體系在低環境溫度條件下不宜施工和操作。

D.J.White,B.A.Holms［10］報導了變粘酸體系的研制和現場應用情況，該變粘酸在開始時具有比較低的粘度和摩阻，現場施工操作方便。隨著酸液與巖石反應的進行，酸液的pH值逐漸升高，酸液的粘度由開始時的30mPa.s（170s-1）左右上升到1000mPa.s（170s-1）左右，這樣變粘酸體系由于粘度的升高，可以封堵濾失的縫洞，從而達到降低酸液濾失的目的。隨著酸巖的進一步反應，酸液的pH值進一步升高，酸液的粘度又降低下來，以利于殘酸返排出地層。通過研究發現，該變粘酸體系，可以大大降低酸液的濾失，提高酸液的穿透深度和酸蝕裂縫的導流能力。根據在 North Dakota州（北達科他州）Mission Canyon carbonate formation（團峽谷碳酸鹽形成）的應用證明，該變粘酸可以大幅度地降低酸液的濾失、提高酸液的穿透深度和提高酸壓的施工效果。Taylor.K.C.and Nasr-EL-Din.H.A.［11］報導了相近的研究成果。

三、利用乳化酸增加酸蝕裂縫導流能力

根據室內研究和試驗，乳化酸在降低酸巖反應速度、降低酸液的濾失和提高裂縫穿透深度方面具有比較大的優勢。R.C.Navarrete［12］報導了他們關于乳化酸的研究成果，并在實驗室內對該乳化酸進行了流變性測試和酸蝕裂縫導流能力的測試，同時，利用該乳化酸體系在現場進行推廣試驗并取得了理想的試驗效果。通過推廣試驗，他們認為：這種乳化酸體系在121℃～177℃溫度范圍內能夠具比較好的穩定性，該乳化酸在高閉合應力條件下能夠產生比普通酸更高的酸蝕裂縫導流能力，在121℃～177℃溫度范圍內，該乳化酸延緩反應速度方面是普通酸的14～19倍，根據在現場的應用證明，該乳化酸的酸蝕裂縫導流能力是普通酸的2～6倍。

四、利用粘彈性表面活性劑自轉向酸液體系增加酸蝕裂縫導流能力

人們在不斷進行新型酸液研究的同時，也對酸液的化學置放技術、酸液的轉向和酸液的降濾技術進行了深入的研究，Alan Saxon［13］介紹了碳酸鹽巖油藏酸化過程中的酸液轉向技術。在該文獻中，他們介紹了顆粒狀轉向劑、泡沫分流轉向劑、膠凝酸轉向技術及連續油管的混合應用技術，并且將該技術在Abdel Rahman（阿卜杜勒拉赫曼）油田進行了推廣應用。通過現場應用，取得了較好的現場試驗效果。

Diedre Taylor［14］等人研制了粘彈性表面活性劑（VES）自轉向酸液體系，并且在室內評價了該酸液體系的性能。

圖1 VES自轉向酸在15%的鹽酸中粘度隨酸消耗速度的變化曲線

從圖1中我們可以看出，VES自轉向酸的粘度隨著酸液濃度的消耗，酸液的粘度在逐漸上升，當酸液的消耗量達到11.5%左右時，酸液的粘度達到最高，在170s-1的條件下，粘度達到270mPa.s左右。隨著酸液最初濃度的升高，酸液的粘度升高幅度變得越來越小。

圖2 VES自轉向酸在20%的鹽酸中粘度隨酸消耗速度的變化曲線

從圖2中我們可以看出，在20%的鹽酸中，酸液的粘度隨酸的消耗，其粘度的變化規律與15%的鹽酸中的變化規律基本相同，但粘度的最高增加值變小。

該VES自轉向酸在油藏中，遇到原油以后，粘度可以快速降低，從而達到粘度降低返排徹底的效果。

根據室內試驗的評價結果，Diedre Taylor等人在現場施工了8口井，8口油井累計提高產量53%以上，取得了良好的現場增油效果。

［1］頓金婷，等.一種新型碳酸鹽巖酸化技術-稠化酸酸化［J］.內蒙古石油化工，2001，27（2）：141-142.

［2］滿江紅.深井碳酸鹽巖儲層高濃度膠凝酸酸液體系研究［J］.新疆石油科技，2002，12（2）：43-46.

［3］Lewis R.Norman.Temperature-Stable Acid-Gelling Polymer［J］.Laboratory Evaluation and Field Results. Journal of Petroleum Technology,1984.

［4］Pabley,A.S.and Holcomb,D.L.A New Stimulation Technique：High Strength Crosslinked Acid. SPE9241 presented at the 1980 SPE Annual Technical Conference and Exhibition［C］.Dallas,Sept.21-24

［5］Pabley,A.S,Holcomb,D.L.A New Method of Acidizing or Acid Fracturing：Crosslinked Acid Gels.Paper presented at the 27th Southwestern Petroleum Short Course［C］.Texas Tech.U.,Lubbock,1980：17-18.

［6］Pabley,A.S,Holcomb,D.L.：Crosslinked Acid Gels Offer Advantages［J］.Oil and Gas Journal.1983,28(9)：286-291.

［7］Pabley,A.S,Holcomb,D.L.Crosslinked High-Strength Hydrochloric Acid GelSystem-Rocky Mountain Case Histories［J］.1983.

［8］De Rozieres.Measuring Diffusion Coefficients in Acid Fracturing Fluids and Their Application to Gelled and Emulsified Acids［J］.Paper28552-MS,presented at the SPE AnnualTechnicalConference and Exhibition,25-28 September 1994,New Orleans,Louisiana.

［9］文化武，等.變粘酸酸壓的工作原理及在長慶油田的應用［J］.低滲透油氣田，2002，7（1）：24-28.

［10］D.J.White,B.A.Holms.Using a Unique Acid-Fracturing Fluid to Control Fluid Loss Improves Stimulation Results in Carbonate Formations［J］.SPE24009.

［11］Taylor,K.C,Nasr-El-Din,H.A.Laboratory Evaluation of In-Situ Gelled Acids.

for Carbonate Reservoirs［J］.SPE71694,U.S.A.2001, Sept30-Oct3.

［12］R.C.Navarrete.Emulsified Acid Enhances Well Production in High-Temperature Carbonate Formatioms［J］. SPE50612.

［13］Alan Saxon.An Effective Matrix Diversion Technique for Carbonate Formations. SPE Drill. & Completion,2000,15（1）.

［14］Diedre Taylor,P.Santhana Kumar.Viscoelastic Surfactant Based Self-Diverting Acid for Enhanced Stimulation in Carbonate Reservoirs［J］.Paper SPE82263.

TQ047

A

1008—3340（2010）01—0068—03

2009-12-27

孫秀芳（1964-），女，東營市廣饒縣人，東營職業學院講師，理學碩士。