深 部 缓 速 酸 完 井 液 技 术

陈万钢, 罗陶涛, 孙全力, 李锐敏, 昌 桑, 杨 琦

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.川庆钻探工程有限公司 钻采工程技术研究院，四川 广汉 618300；3.川庆钻探工程有限公司 钻井液技术服务公司，重庆 401147；4.川庆钻探工程有限公司 长庆钻井总公司，甘肃 庆阳745000)

1 实验及步骤

1.1 实验药品及仪器

实验药品：缓速酸RE-Acid体系、CaCl2、NaCl、甲酸钾、CaCO3粉(300目)。

实验仪器：三角烧瓶、SHA-B型水浴恒温振荡器、水式循环真空泵、恒温烘箱、玻璃棒、分析天平、滤纸、秒表、PHB-1型便携式酸度计、1 000 mL抽滤瓶。

1.2 实验步骤

溶液pH值变化测定：将缓速酸RE-Acid体系在三角烧瓶配置好后，放入已设定好温度的水浴恒温振荡器中开始震荡，并每隔20 min用pH酸度计测一次溶液的pH值变化。

溶液溶蚀率性能评价：将缓速酸RE-Acid体系配置完后混合CaCO3粉(液固质量比为10∶1)共5～7个样，放入已设定好温度的水浴恒温振荡器中开始震荡，每隔一段时间取出一个样迅速真空抽滤，并采用蒸馏水清洗至中性，烘干称重后根据CaCO3粉的减少量与原质量之比，计算出缓速酸在该时间段的溶蚀率。

泡沫性能测定：起泡剂溶液Waring Blender高速搅拌器，在10 000 r/min高速搅拌1 min后迅速倒入带有刻度的透明量杯中读出泡沫的体积，并根据泡沫体积量与基液量的差值与泡沫体积量之比计算出泡沫质量，同时计量泡沫排液到一半所需的时间计为泡沫半衰期。

2 实验结果及分析

2.1 缓速酸性能评价

缓速酸在地表常温下pH值为中性，到达地层后，在井底温度下逐步生成盐酸，与地层深部的堵塞物或石灰石反应，改善储层的渗透率。在缓速酸RE-Acid总质量分数为12%的水溶液中采用pH计测定在不同时间下的pH值变化(图1)。

图1 12%的缓速酸RE-Acid在不同时间段下的pH值变化Fig.1 pH values of 12% RE-Acid (retarted acid) in different periods

图2 缓速酸RE-Acid在不同时间段的溶蚀率Fig.2 The dissolution rate of RE-Acid in different periods

从图1可以看出，缓速酸RE-Acid水溶液随着时间的延长pH值在下降，随着温度的升高生成酸的速度迅速增加。在高温(>70℃)下，100 min后溶液pH值都能降到1以下，具有强酸性；90℃条件下70 min溶液pH值降到1左右。在缓速酸溶液中加入CaCO3粉，液固质量比10∶1，参照SY/T5886-93行业标准(以下各溶蚀实验类似)，在70℃条件下测定CaCO3在缓速酸溶液中不同时间段溶蚀率如图2所示。从实验结果可以看出，缓速酸随着浓度增加溶蚀率显著增加，12%的缓速酸最终溶蚀率可达7%，22%的缓速酸最终溶蚀率可达10%以上；随着时间的延长(>200 min后)，溶蚀率也逐步趋于稳定，说明此时缓速酸已消耗完毕成为乏酸。

2.2 缓速酸盐水完井液评价

在完井施工过程中，为了平衡地层压力，加入盐水提高施工液体的密度，常用盐有NaCl，CaCl2和甲酸钾。将这3种盐配成1.30 g/cm3的水溶液，加入12%的缓速酸RE-Acid，在70℃条件下，测定混合溶液在不同时间段的pH值变化，如图3所示。

图3 12%的缓速酸RE-Acid盐溶液在不同时间的pH值Fig.3 pH values of 12% RE-Acid mixed with salt solutions in different periods

从图3可以看出，NaCl和CaCl2对缓速酸RE-Acid生成酸的速率影响较小，但在甲酸钾溶液中溶液的pH值下降幅度较小。这是由于甲酸盐属于有机盐，缓速酸生成的H+与甲酸根结合形成有机酸，抑制了溶液pH值下降。在70℃条件下，在含有12%的缓速酸RE-Acid密度为1.3 g/cm3盐水溶液中，测定CaCO3在盐溶液中不同时间段溶蚀率如图4所示。

图4 12%的缓速酸RE-Acid盐溶液在不同时间的溶蚀率Fig.4 The dissolution rate of 12% RE-Acid mixed with salt solutions in different periods

从图4可以看出，CaCO3在缓速酸完井液中随着时间的增加溶蚀率均逐步提高。由于CaCl2溶液本身含有高浓度的Ca2+，抑制了酸与CaCO3反应，所以CaCl2盐水的溶蚀率最低。甲酸钾溶液溶蚀率最高，最终溶蚀率可接近20%。这是由于甲酸盐容易与酸化后生成的钙镁离子相结合，加强了酸与碳酸钙镁的反应程度。当时间达到125 min后，溶蚀率也逐步趋于稳定，说明此时缓速酸已消耗完毕成为乏酸。

2.3 缓速酸泡沫完井液评价

对于低压储层，为了降低流体密度，常常使用泡沫流体作为工作液。采用1.3%的泡沫处理剂AFM-1，在50℃条件下，加入12%的缓速酸RE-Acid测定混合溶液在不同时间的pH值变化和泡沫半衰期，实验结果如图5所示。

图5 缓速酸RE-Acid泡沫完井液的泡沫性能Fig.5 The foam properties of the foaming completion fluids added with RE-Acid

从图5可以看出，但随着pH值降低，泡沫半衰期有所降低，但均能保持在150 s以上，这说明泡沫处理剂的AFM-1具有一定的抗酸性能。另外，实验结果还表明泡沫质量(气体的体积分数)在80%～ 82%，说明缓速酸对泡沫质量影响较小。在1.3% AFM-1泡沫基液中，测定缓速酸对CaCO3不同时间段溶蚀率如图6所示。

图6 12%的缓速酸RE-Acid泡沫基液在不同时间的溶蚀率Fig.6 The dissolution rate of 12% RE-Acid in AFM-1 in different periods

从图6可以看出，缓速酸RE-Acid在泡沫处理剂AFM-1基液中的溶蚀率可达到16%，泡沫基液对缓速酸性能的影响较小。和图2实验结果一样，在时间>200 min后，缓速酸已消耗完毕成为乏酸。

2.4 缓速酸动态缓速性能评价

采用驱替装置将2组3个模拟CaCO3岩心串连，并由液体注入方向由近到远分别编号，在70℃条件下分别注入0.8 PV的12%缓速酸或12%盐酸后继续用水驱替0.2 PV，在70℃条件下恒温保存200 min后测定每个模拟岩心的渗透率。对比缓速酸和盐酸对每个模拟岩心渗透率的改变量如图6所示。实验结果表明，盐酸改变渗透率主要在第一段岩心，渗透率可增加3.5倍以上；第二段岩心有小幅度增加，仅增加1.2倍；第三段岩心渗透率却微微降低，这是由于前面反应生成的钙离子在第三段岩心再次沉淀形成堵塞。缓速酸对第一段模拟岩心改变较小，改变渗透率主要表现在第二段和第三段岩心，渗透率分别增加2.5倍和1.7倍，能够改善深部储层。

图7 缓速酸和盐酸酸化岩心的渗透率改变Fig.7 Comparison of the permeability of the acidified cores treated by RE-Acid and hydrochloric acid

3 结 论

a.缓速酸RE-Acid在低温下生成酸的速率很低，在高温条件下能够快速生成酸，pH值可达到1以下，具有较高的溶蚀率；22%的缓速酸最终溶蚀率可达10%以上；可以根据这些特性引入到完井液中形成缓速酸完井液。

b.缓速酸RE-Acid在盐水加重完井液中能够保持缓速性能和良好的溶蚀性能，特别是甲酸钾溶液中，缓速性能更强，溶蚀程度也高，最终溶蚀率可接近20%。

c.缓速酸RE-Acid在泡沫完井液中不仅能够保持泡沫的性能，而且具有良好的缓蚀性能，时间大于200 min后，溶蚀率可达到16%。

d.盐酸主要改造第一段岩心，渗透率可增加3.5倍以上，但对第二、第三段岩心改变很小，甚至由于钙镁离子析出而降低渗透率。缓速酸主要改造第二段和第三段岩心，渗透率能够分别增加2.5倍和1.7倍，具有很好的深部改造作用。

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