一种适用于低渗透油藏的复合缓速酸作用机理研究

温平安，王伟林，唐述凯，段 凡，李美蓉

（1.胜利油田东胜精攻石油开发集团股份有限公司，山东东营 257015；2.中国石油大学（华东）理学院，山东青岛 266580）

随着探明的低渗透油藏储量的增加，低渗透油藏储量占总储量的比重越来越大，加大对低渗透油藏的开采力度成为必然的发展趋势。对低渗透油藏进行酸化改造[1]的目的是改善由于成岩作用等造成的储层渗透率的伤害并解除钻井时泥浆在近井壁带的污染。低渗透储层具有物性差，渗透率低，非均质性强，粘土矿物含量高，地层敏感性强等特点，因此研制适用于低渗透油藏的具有深穿透性的缓速酸，并对其作用机理进行研究，不仅为改善低渗透油藏的低效开发状况提供技术支持，同时为其它类似油藏的开发提供理论依据。

1 酸化配方研制及效果验证

针对储层特征及流体性质分析，研制出一种低伤害、深穿透的复合缓速酸化配方[2-3]。该复合缓速酸活性成分主要为乙酸、盐酸和氢氟酸，可溶解碳酸盐、硅酸盐、泥质等无机物和蜡、胶质和沥青质等有机物，以减轻对储层和油井造成的伤害，还复配了防膨剂、缓蚀剂、表面活性剂和铁离子稳定剂等酸液添加剂[4]，能有效避免因粘土水化膨胀和运移[5-6]、腐蚀、乳化和残酸中铁沉淀等二次伤害的产生。

通过岩心驱替实验，对比酸化前后岩心渗透率的变化，验证酸化效果，结果（见表1）。

表1 酸化前后岩心液测渗透率

从表1 可以看出，经过复合缓速酸酸化后，不同区块的岩心渗透率均有了不同程度的提高。其中牛25 区块属于一般低渗透砂岩储层，渗透率由13×10-3μm2提高到255×10-3μm2，渗透率提高1 861.5 %，酸化效果显著；而博9 区块属于特低渗透碳酸盐岩储层，渗透率由0.01×10-3μm2提高到0.018 1×10-3μm2，渗透率提高幅度为81 %。

2 酸化机理研究

2.1 复合缓速酸作用机理

该复合缓速酸由无机酸、氟化物及有机酸[7-8]等组成。无机酸、氟化物在地层中能够缓慢生成HF，HF 的生成增加了活性酸的穿透深度。有机酸具有弱电离性，在地层条件下缓慢释放氢离子，可以避免过度溶蚀，保持骨架结构的完整及强度；酸与地层岩石矿物作用后的残酸能保持较低的pH 值，避免了氟硅酸盐和铁沉淀等二次沉淀的生成，有效地恢复和提高地层的渗透率。

2.2 酸化反应机理

2.2.1 砂岩酸化反应机理 砂岩储层由砂粒和粒间胶结物组成，骨架结构主要为石英和长石，胶结物主要是粘土和碳酸盐等。砂岩储层酸化通常是用酸液溶解胶结物、孔隙中充填的粘土矿物或堵塞物, 从而改善储层渗流能力。砂岩储层酸化一般采用HCl 和HF 进行。HCl 主要溶解碳酸盐胶结物，HF 几乎可以溶解所有砂岩矿物，尤其是对粘土矿物和胶结物具有高的溶解性，并形成良好的酸蚀孔道。

HF 与长石的反应：

钾长石：

钙长石：

钠长石：

HF 与粘土矿物的反应：

高岭石：

伊利石：

由于粘土表面积比同等质量的砂料表面积大200倍以上，所以该反应几乎是瞬间完成。

2.2.2 碳酸盐岩酸化反应机理 碳酸盐岩主要矿物成分为方解石和白云石。酸液主要通过溶蚀裂缝中的充填物、裂缝中的泥浆堵塞物等来达到改造储层、油井增产的目的[9-10]。

酸液与方解石的反应：

酸液与白云石的反应：

酸液与伊利石的反应：

2.3 X 射线衍射分析

依据《沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X 射线衍射定量分析方法》（SY/T6210-1996），使用D/max-2500PC 衍射仪（分析温度23 ℃，湿度50 %RH）对不同区块的岩石进行X 射线衍射粘土矿物分析和X射线衍射全岩矿物分析，结果（见表2、表3 和表4）。

表2 不同区块岩心粘土矿物分析结果/%

从表2 可以看出，牛25 区块粘土矿物主要为高岭石，它属硅铝酸盐矿物，具有两层构造，由于其晶间结构不紧密，是一种速敏矿物，在液流的冲刷下易于迁移，堵塞油层喉道；博9 区块粘土矿物主要为伊利石，伊利石呈叶片状、丝发状等贴附于颗粒表面或充填于粒间孔隙内，片状等微晶把孔隙分割成许多小孔隙，增加了迂回度；丝发状的容易被水冲移，堵塞孔隙和吼道，降低孔隙度和渗透率。两个区块均存在伊/蒙间层矿物，蒙脱石具有很高的吸水膨胀性，当遇到淡水时极易发生水化膨胀，堵塞孔隙喉道，故酸液中应添加防膨剂。

表3 牛25 岩心酸化前后全岩矿物变化/%

从表3 中可以看出，酸化前，牛25 区块砂岩骨架颗粒主要是石英、斜长石、钾长石，胶结物多为粘土和方解石，骨架结构占94 %，粘土矿物含量少。矿物含量在5 %～20 %时需添加防膨剂，酸液中应添加防膨剂；酸化后，钾长石和斜长石部分被溶蚀，骨架结构保持较好；粘土矿物发生了转化，并形成一定的溶蚀颗粒，从而提高地层渗透率。

表4 博9 岩心酸化前后全岩矿物变化/%

从表4 可以看出，酸化前，博9 地层岩心的骨架颗粒主要是方解石和铁白云石，由于粘土矿物含量较高需添加防膨剂，因此酸液中应添加防膨剂；酸化后，方解石完全被溶蚀，铁白云石大量被溶蚀，形成溶蚀孔隙，从而提高地层渗透率，粘土矿物发生了转化，骨架结构石英和斜长石及粘土矿物明显增加。

2.4 岩心扫描电镜分析

分别取酸化前后的牛25 区块岩心和博9 区块岩心做扫描电镜，结果（见图1 和图2）。

从图1（a）和（b）中可以看出，酸化前孔隙直径分布大约在20～95 μm 左右，而酸化后孔隙直径分布为54.2～151 μm，孔隙明显增大；从图1（c）和（d）中可以看出，酸化前石英晶体呈近等轴状六角多边体，形状规则，酸化后自生石英被溶蚀，并形成许多溶蚀孔隙；从图（e）和图（f）中可以看出，酸化前长石形成规则的片层状多重紧密连生体，酸化后长石大量被溶蚀，形成溶蚀孔隙，从而提高渗透率。

从图2（a） 测出孔隙直径分布大约在0.961～2.81 μm 左右，明显小于牛25 砂岩储层，说明碳酸盐岩由于胶结致密致使地层渗透率较低；图2（b）是白云石和方解石的形貌特征；从图2（c）中观察到方解石和石英形貌；图2（d）可以看到呈片层状的伊利石充填于粒间孔隙中，使地层渗透率降低。

图2 酸化前博9 岩心扫描电镜

从图3（a）中看到附着在样品表面的大量的盐析出，这是由于地层渗透率过低，且孔隙极小并胶结致密造成的；从图3（b）中看到石英晶体被溶蚀，形成细小的溶孔；从图3（c）和（d）中看到大量溶蚀颗粒和溶蚀孔隙，说明经过酸化后，形成一定数量的溶蚀孔隙，从而提高地层渗透率，使储层得到改善。

3 认识与结论

图3 酸化后博9岩心扫描电镜

（1）针对低渗透油藏研制的复合缓速酸活性成分主要为乙酸、盐酸和氢氟酸，具有深穿透性，并复配了多种酸液添加剂，能有效避免因粘土水化膨胀和运移、腐蚀、乳化和残酸中铁沉淀等带来的二次伤害。

（2）该复合缓速酸对砂岩储层的作用机理是：通过对长石的溶蚀，使其结构变得疏松，产生裂缝并形成新的渗透通道；通过对粘土矿物的溶蚀，生成一定数量的溶孔，从而提高地层渗透率。

（3）该复合缓速酸对碳酸盐岩储层的作用机理是：主要溶蚀地层中的碳酸盐胶结物，包括白云石和方解石，并形成大量的溶蚀颗粒和溶蚀孔隙，使储层得到改善。

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