多敏性砂岩储集层酸化解堵方法研究及应用——以胜利樊家油田Es3 砂岩油层为例

□万绪新 张守鹏 尹玉梅 李彦操 贺文卿

李彦操，胜利油田分公司石油工程监督中心;贺文卿，胜利油田分公司石油工程监督中心

以我国东部渤海湾地区为代表的大部分油田与陆相断陷湖盆相联系。油气储集层以陆源碎屑沉积物组成的砂砾岩为主，黏土矿物是最普遍的填充成分，其多样性对储集层的孔隙和渗透性能影响极大。

提高低渗透储层渗透性能的主要工艺方法是采用酸化解堵，但实际结果是在孔喉中黏土矿物有效溶除之前，储层骨架已被溶解，经常进一步加深渗透率的伤害程度。低渗透砂岩油层的有效酸化增产是提高难动用储量采出率的关键，此问题的解决直接关系到油区的增储上产。本文以胜利樊家低渗透砂岩油层为例，采用岩石矿物微区测试(光学显微分析与电子扫描技术)与工艺化学原理相结合的分析方法，研制优选了一种缓蚀酸实施分步酸化，使得在针对铝硅酸盐类矿物(主要是黏土矿物)填堵的砂岩储集层进行酸化解堵时，砂岩骨架颗粒的溶解速度小于填隙物的溶解速度，达到有效地溶除孔喉中矿物微粒并扩展渗流空间的目的。

一、多敏性砂岩储集层的渗透性伤害

低渗透砂体的埋藏深度相对较大，在济阳和东濮坳陷一般埋深于3，000m 以下，经历了漫长的成岩作用过程，常常由与山间盆地相联系的滨、浅湖三角洲、辫状河道、冲击扇、浊积扇等砂体组合而成。原始孔隙率的损失经历了压实、压融、黏土充填、化学胶结、矿物结晶加大等复杂的地质演化过程。尽管在某一特定时期和特定环境下矿物相可能由于地下热液或有机酸的介入而发生一定程度的溶解，有增孔扩喉的作用，但砂岩中的次生孔隙发育带往往又被后期成岩作用再次填堵。根据砂岩储集性与油气运移规律的综合研究发现，油气进入储集层的时期对应于烃源岩中有机酸的普遍分解析出并产生次生孔隙的过程，同时黏土矿物中的蒙脱石、伊/蒙混层矿物等在弱酸性介质环境中开始转化为自生的、具有良好晶形的高岭石。所以，高岭石发育带与相对高孔渗带和油气富集带往往是对应的。但在此成岩期之后，随着有机酸的枯竭，地下介质环境开始向弱碱性转化，高岭石、绿泥石等黏土成分也向伊利石转化，孔隙率再次降低，储集层内部连通孔隙的喉道被大量针、片状伊利石“搭桥”堵塞，原油被阻滞于储集层内部孤立的孔隙中成为“不可动油”，而此时的储集层已演变成为低孔低渗多敏性储集层。

以胜利樊家油田Es3 砂岩油层为例，储集层中黏土矿物总量占据了12%，其中对油层潜在伤害最大的是占相对含量60%的自生“假六边形”片状高岭石和对酸极为敏感的绿泥石矿物(图1)。除黏土矿物外，斑块状碳酸盐胶结物对储集层渗透性也存在潜在伤害。

图1

因此，樊家油田Es3 砂岩油层原油不能顺利采出的原因可以归结为:储集岩经强烈的压实成岩作用后，多种黏土(来源于原始沉积物和塑性颗粒的脱落成分)和化学胶结物基本上占据了储集层的孔隙和喉道空间，仅残留了部分微孔隙。复杂的黏土成分和碳酸盐矿物可以使油田在开发中同时具备排液速度敏感性、盐酸敏感性、氢氟酸敏感性和水敏感性。而任何一种敏感性的发生都可以导致原油产出受阻，多种敏感性同时存在对原油的产出更为不利。有时，针对某几类填隙矿物的酸化解堵方案相互抵触，很难奏效。

表1

储集层中自生高岭石在低流速作用下，迁移能力较弱，但当排液流速达到该储集层的临界流速值(3.5ml/min)以上时，其“假六边形”晶片开始分散，很容易钳堵于喉道入口处，降低储集层渗透性。如果使用盐酸解堵，碳酸盐胶结物有一定的溶蚀量，溶出空间约5% ～10%，高岭石溶蚀率小于1%，绿泥石溶解程度可以达到100%。但随着酸液耗尽，PH 值回升，由含铁碳酸盐和绿泥石中溶离出的Fe2+、Fe3+很快被络合为Fe(OH)3↓，该沉淀物呈絮凝状，其体积将会完全占据先前碳酸盐胶结物溶出的空间，致使酸化效果不明显。如果使用氢氟酸解堵，砂岩碎屑骨架颗粒、黏土矿物均会不同程度地被溶蚀，但碎屑颗粒的溶解速度远远大于黏土充填物的溶解速度，当有利于液相渗透的岩石骨架被破坏时，作为填充成分的黏土溶蚀率却很有限，往往不能达到酸化解堵的目的。同时，氢氟酸遇到碳酸盐胶结物，会产生CaF2↓，该沉淀物呈微粒状，在低渗透储集层中极易堵塞渗流喉道。如果使用土酸(常用12%HCl+3%HF)解堵，砂岩储集层中碎屑颗粒、黏土矿物、碳酸盐胶结物均会不同程度地溶解，但随着酸液耗尽，Fe(OH)3↓和CaF2↓两类沉淀会同时生成，其副作用仍然影响着酸化效果。另外，淡水作用液的使用也会使储集层中的某些次要黏土成分发生微弱膨胀，更加剧储集层渗透性的破坏。

二、酸化解堵理论模式的建立

由于储集层中高岭石占据了黏土矿物中的多数，因此酸化的有效性应重点针对易分散、迁移的高岭石。依据矿物化学反应原理和现场实施效果得到的数据，对主要有高岭石充填的砂岩储集层，有效的用酸步骤为:用3% ～5%浓度的NH4CL 前置注入储集层，形成酸性无副作用介质环境，并稳定高岭石。再用8%浓度配置的氟硼酸后置进行针对高岭石的缓慢补给性酸溶。这是一个氟硼酸水化分解自生氢氟酸的过程，当前期酸液耗尽时，又有不断从氟硼酸中分解的氢氟酸补给，直到氟硼酸耗尽为止，并进一步固化黏土，扩宽孔隙度。这一作用原理是因为氢氟酸对颗粒的溶解效果优于对高岭石的溶解，如果一次性注入足够量的氢氟酸，则会使颗粒骨架首先遭受破坏、而黏土溶解量很低。缓慢补给性酸溶是充分利用高岭石较高的比表面积，以与酸液有很大的接触面积抗衡酸液对颗粒的相对高溶解速度，达到在保护储集层格架的同时改善储集层孔隙率，缓速的作用在于颗粒始终得不到足够的溶解酸液，而全部被黏土晶格占据［5］。

如果砂岩储集层中单纯存在绿泥石，则有效的用酸步骤为:用10% ～15%的盐酸配适量异抗坏血酸(铁螯合作用)注入储集层，绿泥石被迅速溶解，在酸液耗尽之前(保持ph 值＜4)将反应液与反应物同时返排，扩大储集层孔隙率。当酸液耗尽时，如没有得到及时返排，随着ph 值的回升，绿泥石中溶离出的铁离子与氢氧根结合形成氢氧化铁沉淀，有再次堵塞储集层孔喉的可能，孔隙率有可能变得更低。但使用辅助剂异抗坏血酸，则可以抑制Fe2+、Fe3+的络合沉淀。针对碳酸盐胶结储集层的酸化也可以使用该方法，但使用浓缩磷酸或氟磷酸深部缓蚀效果将会更好。储集层如果得到有效酸溶扩孔，则微量黏土发生的膨胀将不足以伤害储集层。

根据上述原理，樊家油田樊128 井区Es3 砂岩油层的酸化方案应设计为:一是利用3%NH4CL 洗井，在不引发黏土膨胀的同时，清除井底落物。洗井液的选配与后期用液在性质上配伍;二是利用12%盐酸添加适量柠檬酸(有抑制铁离子沉淀之功效)前置注入地层，溶解斑块状胶结的碳酸盐矿物，并力求无副产物生成;三是8%氟硼酸作为后置主体液注入储集层，缓慢溶解高岭石并稳定大部分黏土微粒，添加适量异抗坏血酸防止绿泥石中溶离出的铁离子发生沉淀;四是注液后根据反应原理候凝3 小时为宜，不宜过长，利用气举等方式返排，立即转抽投产。排液速度对比速敏实验的临界值3.5ml/min，即用12mm 油嘴抽吸日排量不超过15 方。

三、现场实施效果

对樊128 井区Es3 砂岩储集层射孔试油时，普遍在工艺实施的当时能够求得一定产量，但减产速度极快，几小时至数日内就可减至工业品级以下，甚至无液产出。这一现象吻合了上述分析结论。

按酸化设计方案对樊128 -2 井储集层实施改造后，当日获17t/d 高产工业油流，按照敏感性发生的临界流速值大小，后调整为14t/d 的产出量，且实现了稳产的目的。

四、结语

多类杂基充填的低渗透砂岩油层，采用酸化措施改善其渗透性的方法应视储集层性质而定。一般而言，针对储集层岩石结构与矿物成分的配置关系采用不同用酸分步酸蚀的方法常常奏效，且每一步酸溶的有效性一定要结合岩石孔喉骨架结构的变化加以判断。试图寻求一种固定不变的、且长期有效的砂岩酸化液是不科学的，这归因于储集层性质的多变性。

［1］(美)M J 埃克诺米德斯，K G 诺尔蒂;康德泉，等译.油藏增产措施［M］.北京:石油工业出版社，1991:549 ～590

［2］张守鹏，李怀渊，张成玉，等.岩石微观分析判识油层伤害的技术方法与应用［J］.石油学报，2000，21(5):52 ～57

［3］张守鹏，王伟庆，夏云，等.提高油层渗透率的酸—岩作用原理与油层改造应用实例［J］.石油实验地质，2000，22(1):77 ～80