蓝 飞,陈 征,张 乐,张晓冉,宋 鑫
中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300459
针对砂岩储层酸化,由于土酸体系中的氟化氢在近井地带与储层矿物快速发生反应,致使酸液在近井地带大量消耗,达不到深层酸化的目的,影响措施预期效果[1-2]。同时,砂岩储层中含有大量黏土矿物,极易与氟化氢发生化学反应,生成可以堵塞地层的二次沉淀,从而导致储层二层伤害[3-4],因此,有必要开展对膦酸体系的研究,通过室内溶蚀实验评价膦酸体系的缓速作用及深层酸化效果。
为准确测量酸液溶蚀率,采用“样品失重法”,即计量目标样品在溶蚀反应前后的质量差值,从而计算出酸液对目标样品的溶蚀率。
砂岩矿物(主要组成为石英砂)、蒸馏水、氢氟酸(40%、分析纯)、盐酸(37%、分析纯)、定性滤纸(φ12.5、中速)、CA膦酸(有效浓度50%)、CD膦酸(有效浓度50%)、CE膦酸(有效浓度28%)、CH膦酸(有效浓度50%)、CN(分析纯)。
恒温水浴振荡器、电子天平、循环水式多功能真空泵、恒温箱、PP材质试剂瓶、PP材质量筒、PP材质烧杯、温度计、pH试纸、抽滤装置(包括抽滤锥形瓶、塑料管和抽滤漏斗)。
1)样品制备。使用标准筛(0.125~0.15 mm)筛选。将研磨筛出的样品粉末放入抽滤漏斗,用蒸馏水反复冲洗,并在105 ℃的恒温箱中烘干后,放入试剂瓶中备用。
通过电子天平对中速滤纸称质量,记录质量为G0;将试剂瓶放入电子天平中,去皮后称样品质量,记录质量G1(固液质量比选取1∶20)。
将目标酸液体系加入至密封试剂瓶中,并在恒温水浴振荡器中恒温70 ℃条件下振荡,记录时间。
反应至设定时间后,将试剂瓶从恒温水浴振荡器中取出,倒入装有中速滤纸的抽滤装置中,用大量蒸馏水反复过滤,同时用大量蒸馏水洗涤试剂瓶,将洗涤后的液体一并导入抽滤装置中过滤,直至过滤出的废液呈中性。将装有滤渣的滤纸放置在表面皿上,再将表面皿放入恒温箱中烘干,最后用电子天平对装有滤渣的滤纸称质量,记下质量为G2。
2)溶蚀率(η)计算。计算目标酸液对样品粉末的η见式(1)。
η=(G0+G1-G2)/G1×100%
(1)
式中:G0—滤纸质量,g;G1—实验前样品粉末质量,g;G2—样品粉末与酸液体系反应后残渣和滤纸的总质量,g。
在膦酸体系与砂岩矿物的酸盐反应过程中,会缓慢释放出H+和F-,逐步形成氟化氢,可以减缓反应速率,起到缓速调节作用[5-6]。因此,通过开展对砂岩样品的溶蚀试验,可准确反映膦酸体系对砂岩的缓速溶蚀效果[7]。
根据酸液体系中H+和F-的物质的量比例应为1∶1,通过计算得出A膦酸体系的理论浓度为3.5%,D膦酸体系的理论浓度为4.5%,E膦酸体系的理论浓度为4.0%,H膦酸体系的理论浓度为3.0%(膦酸体系浓度均为质量分数,下同)。
1)首先,按照理论浓度开展4种膦酸体系对砂岩矿物的溶蚀实验,验证其对砂岩矿物是否具有溶蚀作用,反应时间为3 h,结果见表1。
表1 理论浓度下膦酸体系对砂岩矿物溶蚀率的影响
由表1可以看出:4种膦酸体系均对砂岩矿物有一定的溶蚀作用,尤其H膦酸体系对砂岩矿物的溶蚀率最高,溶蚀效果最好。
2)为了验证增加膦酸体系浓度是否可以提高溶蚀率,再次开展溶蚀实验,考察4种膦酸体系在不同的体系浓度下对砂岩矿物的溶蚀率,反应时间3 h,结果见表2。
表2 不同浓度下4种膦酸体系对砂岩矿物溶蚀率的影响
由表2可以看出:在增加浓度后,4种膦酸体系溶蚀率均有提升,除E膦酸体系对砂岩矿物的溶蚀率提高幅度小以外,A膦酸体系和D膦酸体系对砂岩矿物的溶蚀率有明显提高,尤其H膦酸体系对砂岩矿物的溶蚀率显著增加,在其酸液浓度为4%时,溶蚀率为9.13%,远高于其他3种膦酸体系。
3)为验证低pH环境下膦酸体系是否对砂岩矿物的溶蚀效果更好,在理论浓度的基础上各加入12%盐酸,开展对砂岩矿物的溶蚀实验,反应时间3 h,结果见表3。
表3 加入盐酸后的膦酸体系对砂岩矿物溶蚀率的影响
由表3可以看出:在加入盐酸后,4种膦酸体系在低pH环境下,对砂岩矿物的溶蚀率并未明显提高。
综上可知,A膦酸体系、D膦酸体系、E膦酸体系以及H膦酸体系均对砂岩矿物有一定的溶蚀效果,尤其H膦酸体系溶蚀效果最好。盐酸对砂岩矿物的溶蚀作用不明显,后续溶蚀实验中无须再加入盐酸。
为了保证在对比实验中,膦酸体系和土酸体系中氟化氢有效含量一致,以土酸体系[8](氟化氢浓度为3%)作为基准,计算4种膦酸体系浓度分别为A膦酸体系浓度7.475%、D膦酸体系浓度8.595%、E膦酸体系浓度8.175%、H膦酸体系浓度6.18%,配制酸液,开展对砂岩矿物溶蚀速率对比实验,结果见表4。
表4 不同酸液体系对砂岩矿物的溶蚀率对比
由表4可以看出:在初始时土酸体系的溶蚀率大于4种膦酸体系,但随着溶蚀时间增加,膦酸体系的溶蚀率也不断提高,最终在4 h时,A膦酸体系和H膦酸体系的溶蚀率高于土酸体系,D膦酸体系的溶蚀率与土酸体系持平,而E膦酸体系的溶蚀率低于土酸体系。
1)本次实验的4种膦酸体系,对砂岩矿物均有较好的溶蚀效果,尤其A膦酸体系、D膦酸体系以及H膦酸体系溶蚀效果更为突出,4 h的溶蚀率均可达到10%以上。
2)通过本次溶蚀规律研究发现,提高膦酸浓度,可增加对砂岩矿物的溶蚀率;但在低pH环境下,膦酸体系的溶蚀率并未明显提高。
3)对比溶蚀实验中,膦酸体系具有较好的缓速溶蚀的效果,土酸体系在3 h内溶蚀率均高于膦酸体系;在3 h时后,A、D、H膦酸体系对砂岩的溶蚀率迅速提高,4 h的溶蚀率基本与土酸体系持平,尤其H膦酸体系对砂岩的溶蚀率高于土酸体系,溶蚀率达到17.29%。