自转向酸酸化体系的室内研究及现场应用

马丽萍,张 涛,杨立华,郑力军

(1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院,陕西西安710018;2.中国石油长庆油田低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安710018)

自转向酸酸化体系的室内研究及现场应用

马丽萍1,2,张 涛1,2,杨立华1,2,郑力军1,2

(1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院,陕西西安710018;2.中国石油长庆油田低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安710018)

长庆三叠系油藏非均质性强,微裂缝发育,常规酸化时酸液易进入高渗带或微裂缝,进一步扩大出水通道,酸化后含水大幅度上升。针对这一问题,研制出一种新型黏弹性表面活性剂SUA-3—Gemini季铵盐自转向酸液体系,由于SUA-3分子结构中含有两个烷基和两个季铵盐,所以用其配置的胶束流体具有良好的黏弹性。该体系在60℃时与碳酸钙反应过程中黏度能迅速达到460 m Pa·s,待体系p H值升高到6时,遇油黏度迅速降低至78 m Pa·s,在地层中能够形成自转向,达到均匀布酸,自动破胶的目的。在现场进行了初步的应用,增产效果显著。

黏弹性表面活性剂;流变性;变黏酸;自转向酸化

将黏弹性表面活性剂应用于自转向酸酸化工艺增产作业是近年来发展起来的一种新型的酸液体系,在国内外尚处于探索性研究阶段[1]。该体系由特殊黏弹性表面活性剂配制而成,因其黏度可以在油层内随着酸岩反应的进行自动增大,从而起到分流转向的作用,故又被称作“就地转向酸液”或“变黏酸”[2-3]。

针对长庆油田三叠系长2油藏碳酸盐储层低孔、低渗、储层裂缝发育的特点,自主研发的自转向酸液体系由土酸、黏弹性表面活性剂SUA-3、无机盐及其它酸液添加剂配制而成,其中黏弹性表面活性剂SUA-3分子结构中含有两个烷基和两个季铵盐。其变黏机理为:(1)随着酸液进入地层并与岩石发生反应,使得酸液浓度降低,体系pH值上升;(2)随着酸液与碳酸盐岩中的碳酸钙反应生成的钙盐进入体系中,体系p H值上升,这使黏弹性表面活性剂溶液形成具有凝胶性质的缠结棒状胶体系,酸液表观黏度急剧增高。由于残酸酸化体系在高渗层的渗流阻力增大,使得后续注入的高浓度、低黏度的酸液进入低渗层,达到酸化低渗层的目的,最终达到提高对非均质碳酸盐岩地层的整体酸化效果[4-5]。同时,酸液变为残酸后,由于酸液表观黏度急剧上升,酸液与岩石反应后生成的H+离子在酸液中的扩散速度明显减缓,因此该体系能够起到缓速酸化的目的,能有效地减缓酸岩反应速率,增加酸液的作用时间和作用的有效长度。这种体系不但可以用于非均质碳酸盐岩,也可以运用在选择性酸化进行滤失控制,为提高三叠系油藏酸化效果开辟新途径[6-7]。

1 变黏酸酸液体系的室内研发实验

1.1 试验区块的油藏物性及水质分析

长2岩性油藏埋深较深,平均油层中部深度为2 100 m,油层厚度差别较大,一般为5～15 m,平均地层温度64℃,属正常温度压力油藏。

水质分析除了常规的离子分析外,还分析其各项水质指标,表1给出了长2油层注入水和地层水的离子分析结果。水质分析表明,长2地层水的矿化度为83.222×103mg/L,具有较高的矿化度,因此研制出的自转向酸液体系必须具有抗盐的特点。

表1 长2注入水和地层水水分析结果Tab.1 The analysis result of in jecting water and formation water

1.2 黏弹性表活剂类型的筛选

经过初步的筛选,将9种初选的表面活性剂用长2地层水配制,表面活性剂实验浓度为3%,依次置于50、60、70℃烘箱中,每一温度下放置30 d,观测其对姬塬油田储层高温、高盐配伍性,以进行选择。实验结果见表2。实验结果表明,黏弹性表面活性剂SUA-1、SUA-2、SUA-3和 SUA-4具有较好的抗温耐盐性能。这四种黏弹性表面活性剂均为烷基阳离子型表面活性剂,不同之处在于:SUA-1分子结构中有3个甲基、SUA-2分子结构中有一个羧基、SUA-3分子结构中有两个季铵基、SUA-4分子结构中有一个卞基。

表2 表面活性剂配伍性实验结果Tab.2 The experiments temperature and result

1.3 黏弹性表面活性剂的优选实验

1.3.1 表面活性剂浓度的选择

表面活性剂浓度的选择,既要选择一个合适的浓度,满足体系在地面黏度较小,具有较好的流动能力,方便泵入地层,当流体进入储层后,随着酸液与储层的反应,pH值上升,体系的黏度逐渐变大,起到分流的作用,又要达到较大幅度地降低油—水界面张力,还要考虑节约使用量。按照行业标准SY/T5370—1999《表面及界面张力测定方法》,使用旋转滴式界面张力仪测定了不同浓度60℃温度条件下的界面张力。实验结果如图1所示。

图1 不同浓度表面活性剂界面张力测定值Fig.1 The interfocail tension forceof SAA under different concentration

图1为黏弹性表面活性剂SUA-1、SUA-2、SUA-3、SUA-4在浓度为1%、1.5%、2%、2.5%时的界面张力测定值,实验结果表明,这四种表面活性剂与长2地层水配制后,随着表面活性剂浓度的增大,体系界面张力均有所降低,相比较而言,由黏弹性表面活性剂SUA-3配制的水溶液在各个浓度下较其它界面张力低,尤其在浓度为2%时降至最低为0.731 mN/m。

1.3.2 自转向酸液体系的优选

实验仪器:黏度测定使用Brookfield LV流变仪、酸度计。实验条件:不同温度、170 s-1、自来水配液。实验方案:2%黏弹性表面活性剂(SUA-1、SUA-2、SUA-3、SUA-4)+土酸+4%KCl+足量CaCO3。体系优选结果如图2、图3所示。

由图2可知,由这四种表面活性剂配制的体系随着温度的变化和反应的进行黏度均有上升,最后基本趋于稳定。但是由黏弹性表面活性剂SUA-3复配的体系在与碳酸钙反应过程中黏度上升幅度较大,在50℃、170 s-1时黏度瞬间上升到460 m Pa·s,表现出了较好的变黏特性。

图2 不同复配体系酸岩反应过程的黏温曲线Fig.2 The viscosity-temperature curve of acid and rock’s reaction in different combination solution

图3 pH值与SUA-3型酸液体系表观黏度的关系Fig.3 Relation of pH valueswith apparent viscosity of SUA-3 acid

图3为由黏弹性表面活性剂SUA-3、土酸、4%KCl复配的体系与足量的碳酸钙反应过程中体系的p H值与表观黏度的关系。由图3可知,该体系的表观黏度随着体系的pH值的增高急剧增大,在pH值为3时达到最大值460 m Pa·s,随后黏度基本保持稳定,由黏度变化可以看出这种体系在高渗透层中形成的高黏流体段塞可以将随后注入的处理液转向到低渗透层去,直至p H值上升到6时,与原油混合后黏度在60 min内降低至78 m Pa·s,说明反应后的体系与原油混合,能够达到自动破胶的目的。

图2、图3表明,由表面活性剂SUA-3配制的酸液体系在酸岩反应过程中,表现出较好的变黏、自动破胶的特性,黏度增大效果显著,能够达到三叠系油藏现场使用要求的技术指标,适合酸化过程中的自转向要求。

1.4 酸液配方优化结果

从以上实验结果可以看出:2%SUA-3+土酸+4%KCl体系具有较好的耐温、变黏及自转向性能,其变黏范围出现在酸液作用的主要阶段,体系遇到原油后具有较好的破胶性能,与常规的分子类变黏酸有明显的不同。因此,该体系能满足长庆油田三叠系油藏自转向酸化设计要求,可以用于现场试验。

2 现场应用情况

基于室内研究结果与自转向酸化技术对策, 2009年7月在岭南作业区南××井进行层内自转向分层酸化试验。该井为一口采油井,根据地质设计提供的资料可知,该井地层能量充足,现场试验前产量下降,分析原因认为近井地层堵塞,同层内高渗出水、低渗堵塞,可实施自转向酸化措施。试验过程中,活性水挤入压力8 M Pa,SUA-3挤入10 min后施工压力上升到16 M Pa。试验后日产液由11.34 m3/d上升到52.10m3/d,日产油由0.63 t/d上升到3.72 t/d,含水由93.46%降到91.6%,表现出较好的有效转向作用。截止目前已累计增油580 t,现场试验效果达到预期目标。

3 结论

(1)黏弹性表面活性剂自转向酸体系SUA-3应用于自转向酸化时随着温度的升高黏度逐渐增大,待油藏温度达到60℃时黏度迅速上升到460 m Pa·s,反应完遇油后在60 min内黏度降至78 m Pa·s,表明该体系具有良好的分流能力,适合碳酸盐岩同层内自转向酸化。

(2)研发的自转向酸液体系一个显著优点是能够自动转向,在作业和恢复生产之后,产出的油气、或产出水对其有很高的破胶率和返排率,因此具有广阔的应用前景。

[1]赵增迎,杨贤友,周福建,等.转向酸化技术现状与发展趋势[J].大庆石油地质与开发,2006,25(2):68-71.

[2]汤波.黏弹性表面活性剂在酸液中的作用机理与应用[J].油气田地面工程,2009,28(2):28-29.

[3]Water N,Jairo L,Ataur M,et al.Multilayered Reservoir Stimulation:Case Study of Effective Acid Diversion Achieved Using the Associative Polymer Treatment Diverting Agent in Khuff Carbonate Reservoir Wells in Saudi A rabia’s Ghawar Field[C]. SPE123442,2009.

[4]刘彝,陈馥,王大勇,等.VDA变黏酸机理[J].天然气工业, 2008,28(11):88-90.

[5]刘宝和,沈平平,魏宜清,等.中国石油勘探开发百科全书——开发卷[M].北京:石油工业出版社,2008:642-646.

[6]姜继水.提高石油采收率技术[M].北京:石油工业出版社, 1999:114-150. [7]David A,Qi Qu,Richard K.The Development and Sucessful Field Use of Viscolastic Surfactant-based Diverting Agents for Acid Stimulation[C].SPE80222,2003.

The laboratory research on self-diverting acidizing and itsapplication in oilfield

M a Liping1,2,Zhang Tao1,2,Yang Lihua1,2,Zheng Lijun1,2
(1.Petroleum Research Institute of Petrochina Changqing Oilfield Com pany,Xi’an710018;2.State Key Engineering Laboratory of Low-Permeability Oil and Gas Exploration&Development, Petrochina Changqing Oilfield Com pany,Xi’an710018)

Severe heterogeneity andmicrofractures developed in Changqing Triassic reservoir,acidizing fluid enters into high permeability zoneormicrofracture in ordinary acid treatw hich expandswater passageway, and water content ratio increases enormously after acid treat.In view to the p roblem,a new self-diverting acidizing of viscoelastic surfactant SUA-3(Gemini quaternary ammonium salt)w as developed,as a result of SUA-3 molecular structure has two alkyl and quaternary ammonium salt,the formulation fluid of SUA -3 has favorable viscoelastic behavior.The viscosity increases to 460 m Pa·s rapidly reacting w ith calcium carbonate at 60℃,and w hen the pH value increases to 6,the viscosity decrease to 78 m Pa·s rapidly after meeting w ith crude oil.So the system is self-diverting in place and acid can distribute uniform ly and break viscosity voluntarily.It was applied in oil field w ith a remarkable stimulation effect.

viscoelastic surfactant;rheological p roperty;variable-viscosity acid;self-diverting acidizing

book=73,ebook=40

TE357.46

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.03.073

1008-2336(2010)03-0073-05

2010-03-17;改回日期:2010-06-09

马丽萍,1982年生,女,2007年毕业于西南石油大学油气田开发工程专业,现从事提高采收率方面的室内研究与现场应用。E-mail:maliping-cq@petrochina.com.cn。