FF-01环保酸体系综合性能评价

侯彬彬，董丽娜，高利军，候文阁，罗蕴鑫，田川川，徐 磊

（1.陕西延长石油（集团）有限责任公司延长气田采气二厂，陕西榆林 718500；2.青海锂业有限公司，青海格尔木 810000）

酸化压裂是目前国内外油田碳酸盐岩储层广泛采用的一项增产措施，酸压施工多采用盐酸（HCl）体系酸液，但HCl对人的呼吸道、皮肤、眼睛等存在伤害；返排的残酸可能造成环境污染；与石灰岩反应速率快，不利于酸蚀有效裂缝延伸，影响酸压效果；残渣含量较高，容易堵塞地层，残渣返排后不能自然降解[1-7]。另外，HCl对金属的腐蚀也较严重，因而迫切需要寻找一种新型低毒环保酸替代HCl[8-10]。目前国内外对酸压所用酸液体系做了大量研究，研究表明，酸液的反应速率及滤失是影响酸蚀裂缝长度和闭合裂缝导流能力的主要因素，控制反应速率是实现深度酸压的技术关键[11-12]。

高效缓速酸体系是以FF-01酸为主体酸，用于石油行业的增强型HCl的替代品，该酸是美国EarthBorn Clean公司研发的一种有机酸，其pH可以低至0.5。FF-01酸能酸化溶解碳酸盐物质和结垢，提高油井产量，也可解决HCl反应速度快、反应后残渣含量高、残渣返排后不能自然降解等问题，且该酸是一种环境及设备友好型产品[13-16]。通过深入研究FF-01的各项优点，有助于提高酸液体系整体性能，更大地发挥其在油气田开发中的优势，为油田油气增产提供研究思路和技术支持。

1 实验部分

1.1 原料

延长油田岩心(孔隙度 4.71%)；FF-01酸（EARTHBORN CLEAN公司）；HCl(分析纯，北京化工厂)；胶凝酸、支撑剂陶粒(20～40目)，均为市售。

1.2 仪器

101型电热鼓风干燥箱(北京科伟永兴仪器有限公司)；FA2004型电子天平(上海上平仪器有限公司）；NF-Ⅱ型裂缝导流能力试验仪（南通仪创实验仪器有限公司）；SFT-A2型表面张力仪（北京哈科试验仪器厂）。

2 结果与讨论

2.1 岩心溶蚀分析

2.1.1 不同酸液体系溶蚀速率对比 以延长油田岩心为主，淄博博山马家沟组岩心为辅，进行FF-01酸、胶凝酸及HCl体系的溶蚀实验。

将岩屑过10～20目筛子，放入电热鼓风干燥箱105℃恒温4 h后放入干燥器中自然冷却至室温，称取三份岩屑待用；分别量取三份各300 mL质量分数20% 的HCl、胶凝酸和FF-01环保酸样品倒入3个玻璃烧杯中，用保鲜膜封住玻璃杯口并将其放入90℃的恒温水浴锅中，待酸液温度至90℃时，将岩屑分别放入酸液中，反应一段时间后取出岩屑，用水冲洗2-3遍，然后烘干、冷却、称重、记录。

不同酸液体系溶蚀速率对比见表1。当酸液用量及反应温度相同时，HCl反应0.1 h的溶蚀速率就达到了77 810.86 g/(m2·h)，而胶凝剂体系反应0.5 h的溶蚀速率还不到HCl反应0.1 h的1/6，在同样条件下反应0.5 h，FF-01体系的溶蚀速率约为胶凝酸体系的1/5。可见FF-01溶蚀速率约是HCl的1/30，溶蚀速率较低。FF-01环保酸具有良好缓速溶蚀性质，可避免在近井地带形成过度酸蚀，利于酸化压裂裂缝延伸，增强布酸能力。

2.1.2 FF-01质量分数对岩心溶蚀质量的影响 纯FF-01及不同FF-01环保酸质量分数对岩心的溶蚀质量影响见图1。

表1 不同酸液体系溶蚀速率数据对比Table1 Data comparison of dissolution rate of different acid systems

图1 纯FF-01及25%FF-01环保酸对岩心的溶蚀质量的影响Fig.1 The effect of pure FF-01 and 25%FF-01 acid on corrosion quality of core

由图1可知，纯FF-01与岩心经1 h反应共溶蚀掉14.1 g岩心，经48 h反应，岩心溶蚀掉14.5 g，可见经过1 h反应后溶蚀速率变缓慢。25%FF-01环保酸对岩心的溶蚀质量较纯FF-01环保酸及其他质量分数FF-01环保酸的少，故25%FF-01环保酸可起到较好缓速溶蚀的作用。

2.1.3 反应时间对岩心溶蚀率的影响 25%FF-01环保酸在不同岩心反应时间对岩心溶蚀率的影响见表2。由表2可知，随着反应时间的增加，岩心溶蚀率也逐渐增大。当反应0.5 h时，FF-01环保酸的溶蚀率达到31%，而当反应1.0 h时，此时溶蚀率增加13.5%，而后随着反应时间的加长，溶蚀率增率降低，当时间为48.0 h时，溶蚀率仅为53%，进一步证明25%的FF-01环保酸具有缓速溶蚀作用。

表2 反应时间对岩心溶蚀率的影响Table2 Effect of reaction time on the dissolution rate of core

2.2 岩心导流能力分析

2.2.1 不同酸液体系对岩心渗透率的影响 不同酸液体系对岩心渗透率提高幅度对比数据见表3。对渗透率相差不大的岩心进行导流能力测试，结果显示，采用FF-01环保酸处理后的岩心渗透率提高幅度为288%，而采用HCl体系时提高幅度仅为1.35%。可见FF-01环保酸具有增强岩心导流能力的作用，由于FF-01环保酸溶蚀能力较差，故在施工过程中能够延伸裂缝长度，又因其缓速性，更容易在地层中“酸蚀蚓孔”，因而会增大岩心导流能力。

表3 不同酸液体系对岩心渗透率提高率对比Table3 Comparison of core permeability increase rate of different acid fluid systems

2.2.2 闭合压力对岩心裂缝导流能力的影响 不同闭合压力对岩心裂缝导流能力KWf的影响见表4。由表4可见，20.002 MPa时FF-01环保酸酸化后导流能力达到 1 544.586 μm2·cm；34.075 MPa下，导流能力为 1 145.225 μm2·cm，估算渗透率为 349 mD，为中渗透。随闭合压力增加，裂缝导流能力降低。闭合压力增大，注酸变困难，在相同排量下，注酸功率一定，闭合压力越大，酸液需要克服做功越多，造成注酸量越少，对岩心溶蚀也越少，导流能力降低。总体而言，FF-01环保酸对岩心溶蚀效果优于HCl，主要是FF-01环保酸溶蚀慢，酸液可推进到裂缝深处；酸液滤失量低，促使裂缝延伸，沟通了远井地带与井筒的渗流通道，从而增大地层导流能力。

表4 不同闭合压力对岩心裂缝导流能力的影响Table4 Influence of different closing pressures on fracture conductivity of core

2.3 岩心伤害分析

2.3.1 残渣质量 FF-01环保酸与盐酸残渣质量见图2。加入足够酸液使之与岩屑完全反应，反应后FF-01酸残渣质量为20%HCl环保酸残渣质量的1/6，残渣量较少，可有效解决HCl残渣质量较高、容易堵塞地层等问题。

2.3.2 溶液性质 FF-01反应残酸较HCl残酸清澈，不易形成悬浊状且残酸不溶物少，满足返排要求，有助于保护地层。

2.4 钢材缓蚀分析

2.4.1 腐蚀速率 FF-01环保酸对管件设备的腐蚀速率的影响见表5。按照标准《SY/T 5405-1996》，一级缓蚀剂腐蚀速率不大于 5 g/(m2·h)。由表5可知，FF-01环保酸对P110S油管、N80油管、混砂车搅拌缸材料、连续油管和封隔器胶筒的腐蚀速率都非常低，施工过程中能最大限度地降低对设备和管柱的腐蚀，完全满足酸化压裂施工需要。

2.4.2 酸溶解度 表6为FF-01环保酸对支撑剂陶粒(20～40目)的酸溶解度的影响。由表6可知，采用3种酸对支撑剂陶粒进行了酸溶实验，当反应时间为0.5 h时，土酸溶解率最高，为FF-01酸溶解率的3.6倍，是20%HCl酸溶解率的3倍，破坏率较强，而FF-01酸溶解率为1.41%，是最低的，说明FF-01环保酸对支撑剂陶粒具有较好的保护作用，选用FF-01酸可以更大程度地提高压裂效果。

图2 残渣质量对比Fig.2 Comparison of residue amount

表5 FF-01环保酸对管件设备腐蚀速率的影响Table5 The effect of FF-01 environmental acid on corrosion rates of pipe fittings

2.5 残酸性质分析

2.5.1 表/界面张力 25%FF-01酸液反应前后的表/界面张力见表7。由表7可知，25%FF-01环保酸中含有表面活性剂成分，然而酸液反应前后的表面张力和界面张力基本没有变化，且数值较低，说明当采用25%FF-01环保酸进行酸化压裂施工后，残酸表界面张力比较低，容易返排。

2.5.2 酸液反应前后表观黏度 FF-01酸液反应前表观黏度为0.75 mPa·s，反应后表观黏度为0.90 mPa·s，表观黏度增长不大，FF-01环保酸残酸表观黏度较低，可明显提高返排效果。

表6 FF-01环保酸对支撑剂陶粒的酸溶解度的影响Table6 The acid solubility of FF-01 environment-friendly acid to proppant

表7 酸液反应前后的表/界面张力Table7 Surface tension before and after acid reaction

3 结 论

（1）FF-01环保酸溶蚀速率较低，能够避免在近井地带形成过度酸蚀，利于酸化压裂裂缝延伸，增强布酸能力。

（2）FF-01环保酸处理后的岩心渗透率提高幅度为288%，且FF-01环保酸可增强岩心导流能力；随闭合压力增加，裂缝导流能力降低。

（3）FF-01环保酸对钢材的腐蚀速率及对支撑剂陶粒的酸溶解度均较低；酸液反应后表/界面张力和残酸黏度较低，易返排。FF-01环保酸可完全满足酸化压裂施工需要。