自生酸除垢破乳净化剂工艺性能及实验评价

王绵 ，陈军 ，赵哲军

（1.西南石油大学研究生院，四川 成都 610500；2.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川 成都 610500；3.中国石化西南油气分公司工程技术研究院，四川 德阳 618000）

自生酸除垢破乳净化剂工艺性能及实验评价

王绵1，陈军2，赵哲军3

（1.西南石油大学研究生院，四川 成都 610500；2.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川 成都 610500；3.中国石化西南油气分公司工程技术研究院，四川 德阳 618000）

针对现有药剂体系在井筒除垢、破乳等方面存在的问题，进行了自生酸破乳除垢净化药剂的研究工作，开展了自生酸净化药剂与泡排药剂复配研究，论证了净化药剂与泡排药剂配伍的可行性。该药剂兼具除垢和破乳的功能，且与泡排剂配伍性良好，可实现泡排剂破乳后的二次起泡。渗透率恢复率达87.7%,由于能不断生成H+，且能持续与污染物反应，因此，净化作用效果较好。

自生酸；除垢；破乳；配伍性；净化药剂

现有的除垢剂无法长期在气井中应用，主要原因有［1-4］：1）作用时间短。常规浓度盐酸进入井筒后，与岩屑、碳酸盐垢反应十分剧烈，酸浓度下降迅速，易造成酸液过早结束反应活性，无法达到清洗裂缝深处的目的。2）地面酸浓度高，对油套管腐蚀性强。盐酸在经过油管向下注入的过程中，会与金属管材反应，造成油管腐蚀，而进行井底净化的气井往往生产时间较长，油管腐蚀现象较为严重，在泵酸除垢的过程中，可能造成油管穿孔或断裂。3）泵注的盐酸一部分与管柱反应后，造成实际作用于堵塞物上的酸量减少。破乳剂是一种表面活性物质，它能使乳化状的液体结构破坏，以达到乳化液中各相分离的目的。原油破乳是指利用破乳剂的化学作用将乳化状的油水混合液中油和水分离，使之达到原油脱水的目的。破乳剂目前存在的问题是破乳后的液体再次起泡难度大。因此，有必要针对以上问题研制全新的药剂。

1 自生酸除垢破乳净化剂研制

为达到生成盐酸的目的，实验对比了3种反应类型，分别是：

1）烃的氯代衍生物水解形成醇和盐酸：

2）酰氯化合物水解产生盐酸和有机酸：

3）羰基化合物与金属盐的反应：

考虑到药剂成本 （羰合物1300元/t、铵盐1200元/t）、生成盐酸的质量以及反应控制难度等方面的因素，最终确定选择羰基化合物与金属盐反应的模式。羰合物A与铵盐体系产酸终质量分数近20%，且原材料价格较低，具有实际应用的可行性（见表1）。

表1 羰合物A与铵盐反应情况

2 药剂性能评价

药剂体系表面张力值仅为26.86 N/m，能够降低残酸在碳酸盐岩表面铺展程度和层内渗流阻力。

药剂可在井筒或近井带持续生酸，净化反应时间长。常规酸与岩石反应于15 min内结束，自生酸药剂反应时间是1 h 40 min。由图1可见，自生酸产生的盐酸质量分数随着反应时间的延长慢慢升高，说明自生酸药剂可以有效作用于储层裂缝深处。常规酸液反应速度过快的原因是体系本身具有的H+扩散太快，自生酸反应慢的原因是体系内发生化学反应产生H+后才扩散。

图1 盐酸质量分数随时间变化情况

自生酸药剂生成盐酸初始质量分数低，且呈现饱和性，其对管柱的腐蚀性仅为常规盐酸的25%；自生酸药剂具有持续生酸能力，低质量分数的自生酸就可以达到常规高浓度盐酸的解堵效果。另外，生成盐酸质量分数可调，最高可达20%（见图2）。

自生酸药剂与地层液体配伍性好，不会产生沉淀现象；药剂进入储层内，可使裂缝或孔隙内乳化堵塞物破乳，破乳率可达95%，达到净化目的。

图2 储层裂缝中盐酸质量分数变化

一般来说，起泡和破乳是一对矛盾体，因此井底泡排剂乳化的难题一直难以解决。但采用自生酸药剂体系后，能够较好地实现破乳，破乳后，再次泡排效果良好。而且，破乳后的液体再次加注泡排剂XHY-4K后，其起泡性能与破乳前相比，降低较小。泡沫到达模拟井筒装置上部出口时计时，测量10 min后泡沫带出的携液量，记录泡沫高度衰减一半的时间即为半衰期t1/2（见表2）。

表2 自生酸药剂对102-3井积液动态携液影响

自生酸净化药剂属弱酸性体系［5-7］，能缓慢释放出H+，H+可与污染物反应，达到净化井底的作用。为降低对管柱的腐蚀程度，该弱酸体系释放出的H+质量分数小于3%。

3 自生酸与泡排剂配伍性实验

目前已有解水锁药剂、泡排剂［8］、除垢剂及井底净化药剂，主要是对自生酸净化药剂的配伍性进行评价，评价标准主要是其携水性能。评价方法采用SY/T 6465—2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》中的动态携液评价方法。

具体操作方法：配制200 mL待测样品溶液，恒温至指定温度；向带有刻度的泡沫管柱内缓慢注入样品溶液，以20.95 mL/s的氮气流量进行测定，泡沫柱内形成的泡沫被气流带出。携液率=泡沫携带出液体体积/试样总体积×100%。

由图3可知，自生酸药剂与FA-2的复配药剂，半衰期可达100 s，而携液率也提高至40%以上。

图3 净化药剂与泡排剂配伍实验

4 复配药剂近井储层净化性能评价

采用岩心驱替法，具体操作步骤如下。

1）在同一块取心样上钻取多块岩心，切成长度大致相同的岩样，将岩样放在烘箱中105℃下烘24 h后置于干燥皿中待用，中间容器盛装井底污染物，净化时盛装复配药剂。

2）岩样建立初始饱和度并装入岩心夹持器，加上10.0MPa的围压，利用减压阀缓慢调整输入的氮气压力（每加压0.5MPa观察5 min），直到皂沫流量计中有氮气流出。此时的氮气压力为初始含水饱和度下岩心的启动压力，调整一定的测试压力，用皂沫流量计记录氮气流量，计算岩样的初始渗透率K0：

式中：K0为岩心初始渗透率，μm2；Q0为在大气压 p0下气体的体积流量，m3/s；μ为通过岩心的气体的黏度，mPa·s；L为岩心长度，cm；A为岩心截面积，cm2；p1为岩心入口压力，MPa；p2为岩心出口压力，MPa。

3）用污染液在一定驱替压力、围压下反向污染岩心2 h。

4）正向驱氮气，利用减压阀缓慢调整输入的氮气压力（每加压0.5MPa观察5 min），直到皂沫流量计中有氮气流出，测定岩样水锁后渗透率K1，计算岩心伤害率为。

5）采用复配药剂浸泡污染岩心2 h后，反向测试标准盐水渗透率K2，与初始渗透率对比，测定其岩心渗透率恢复率为。

将长度为4.22 cm，直径为2.53 cm的岩心进行复配药剂岩心渗透率、恢复率测定实验，结果见表3。对加注净化药剂前后的地层采出水进行对比，外观上来看，可将乳状液酸洗至澄清状态。

表3 净化药剂与泡排剂复配后岩心渗透率、恢复率

5 结论

1）研制出了自生酸井底净化药剂，该药剂兼具除垢和解除泡排剂乳化的功能，且与泡排剂配伍性良好，可实现泡排剂破乳后的二次起泡。

2）研制的自生酸破乳除垢药剂，具有良好的破乳、除垢性能，并且在破乳后再次加入泡排剂后，起泡效果较好。

3）室内实验表明自生酸具有良好的除垢、破乳及破乳后继续泡排的性能，净化药剂由于能不断生成H+，H+持续与污染物反应，因此，其净化作用效果最好，可填补目前净化药剂中的空缺。

［1］田军.原油破乳剂的研究应用与发展方向探析［J］.中国石油和化工标准与质量，2017，24（4）：83-84.

［2］刘敬平，刘炜，沈愉，等.硫酸锶垢除垢剂的影响因素研究［J］.石油化工腐蚀与防护，2012，29（2）：19-21.

［3］李峰，张冬冬.姬塬油田油层结垢技术处理研究［J］.辽宁化工，2015，44（6）：694-698，701.

［4］颜明，梁玉凯，宋立志，等.涠洲11-1N油田管柱结垢机理及除垢剂性能评价［J］.油气田地面工程，2015，34（1）：14-15.

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［6］孙骏，伊向艺，戴亚婷，等．酸液浓度对酸压改造效果影响实验研究：以胶凝酸为例［J］．科学技术与工程，2014，14（33）：196-200，206.

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［8］周默.抗油抗盐型自生气泡排棒研制及性能评价［D］.荆州：长江大学，2015.

（编辑 孙薇）

Performance and experimental evaluation of self-generating acid agent for descaling,demulsification and cleaning acid

WANG Mian1,CHEN Jun2,ZHAO Zhejun3
(1.School of Graduate,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;2.School of Oil and Natural Gas Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;3.Engineering Technology Research Institute,Southwest Oil and Gas Company,SINOPEC,Deyang 618000,China)

Considering the deficit and imperfect of recent cleaning drugs in some ways of wellbore descaling and demulsification,this paper researches the self-generating acid of cleaning drug and demonstrates the compatibility of cleaning drug and foaming agent.Based on the above,a new cleaning drug was prepared and the cleaning effect was evaluated through indoor experiments.The drug has the function of descaling and removing the demulsification of foaming agent,and also has good compatibility with the foaming agent,which can realize the agent′s second foaming after agent′s demulsification.Indoor experiment shows the descaling effect can achieve 100%and the permeability recovery rate is up to 87.7%.Since the cleaning drug can continuously produce H+and react with pollutants,it shows better cleaning effect than common drugs.

self-acid agent;descaling;demulsification;compatibility;purification and cleaning agent

国家自然科学基金项目“产水气井井下节流携液机理研究”（51104125）

TE357

A

10.6056/dkyqt201706024

2017-05-30；改回日期：2017-09-20。

王绵，女，1991年生，在读硕士研究生，主要从事油气田开发方面的科研工作。E-mail：1197855171@qq.com。

王绵，陈军，赵哲军.自生酸除垢破乳净化剂工艺性能及实验评价［J］.断块油气田，2017，24（6）：844-846.

WANG Mian，CHEN Jun，ZHAO Zhejun.Performance and experimental evaluation of self-generating acid agent for descaling，demulsification and cleaning agent［J］.Fault-Block Oilamp;Gas Field，2017，24（6）：844-846.