氨基磺酸低摩阻冻胶酸前置液体系对某矿井改造研究

刘 畅，王 彬，肖魏媛，潘 铮，张其平，罗 镜

(四川省威沃敦化工有限公司，四川 广汉 618304)

世界上有50%的油气资源来源于碳酸盐岩储层。鄂尔多斯盆地作为我国致密砂岩、碳酸盐岩主要分布点之一，存在孔隙度低、渗透率低的特点，同时非均质性较强。针对此种地质特点，传统酸化存在酸岩反应速度快、无法压裂造缝等缺点。本文以延5××-1井为出发点，使用氨基磺酸低摩阻冻胶酸前置液体系，配合生物胶压裂液对延5××-1井进行改造，结合室内实验分析，证明该体系在压裂酸化过程中有增产的优势。延5××-1井地质情况(孔隙度、地层岩性)和测井情况如表1所示。

表1 延551-1井地层基础岩性

该井位于鄂尔多斯盆地，岩性以致密砂岩为主，为非均质砂岩地层，该井压裂采用生物胶裂液进行加砂压裂[1]。为达到连续混配、远端改造效果，需要对该井进行前置造缝、酸化改造。但是传统常规酸有以下缺点：施工摩阻大，泵注排量低，施工效率低下且无法对低孔隙度、低渗透率地层进行施工；仅有近井带解堵的效果，酸岩传质速率快，在近井带快速形成乏酸后，无法对远端地层进行刻蚀和压裂改造；黏度低，无造缝效果，对后续压裂加砂施工帮助小；需要使用盐酸配液，现场存在储运、泄漏等事故风险[2]。

基于以上问题，需要一种高黏度、低传质速率、安全有保障的前置酸液体系。本文所述的施工中使用一种氨基磺酸冻胶体系，该体系使用8%～15%氨基磺酸代替盐酸，能够达到与15%盐酸相当的岩心溶蚀效果，同时有较低的酸岩反应速率；为到达造主裂缝的效果，使用了酸液稠化剂、交联剂，使得酸液呈现冻胶状，有较好的造缝效果，为后续压裂加砂施工提供更多导流通道，达到更大的改造体积和产气量的目的。

1 材料和方法

1.1 实验材料

有机酸稠化剂(公司产品，WLD75B)，氨基磺酸(HGT 2527 工业氨基磺酸标准)，缓蚀剂(公司产品，WLD31F)，交联剂(公司产品，WLD77C)，助排剂(公司产品，WLD27)，套管钢片(N80，山东省阳信县晟鑫科技有限公司)，乙醇(分析纯，成都市科龙化工试剂厂)，丙酮(分析纯，成都市科龙化工试剂厂)，氢氧化钠(分析纯，成都市科龙化工试剂厂)，40mm×20mm×20mm大理石样块，山西组岩心。

1.2 仪器设备

六速旋转粘度计(ZNN-D6B)，超声清洗仪(CH-10BM)，水热反应釜。

1.3 实验方法

基液配制，按照8%～15%氨基磺酸+0.2%WLD75B+2%WLD31F+1%WLD27的配方组成，在 500 r/min的搅拌速度下配制基液，搅拌至少 20 min。使用滴定法测定当量酸浓度，使用精制水和 0.1 mol/L 氢氧化钠标准溶液滴定8%～15%氨基磺酸水溶液，得到生酸浓度。在上述基液中按照0.3%～0.5%比例加入交联剂，搅拌均匀。搅拌过程中记录成胶状态，进行交联剂加量优选实验。使用玻璃棒对交联后的液体进行挑挂性测试，通过六速旋转黏度计进行交联后的黏度测试。使用流变仪测试体系的耐温耐剪切性能，测试条件为使用RotorP38转子，剪切速率 170 s-1，温度 90 ℃。腐蚀速率按照SY/T 5405《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》中方法进行评价。使用山西组岩心使用粉和山西组岩心样块(40 mm×20 mm×20 mm)、大理石样块(40 mm×20 mm×20 mm)，通过失重法测定缓速率[3]。

2 结果与讨论

2.1 冻胶酸体系交联剂配方优选

取配制基液，使用六速旋转黏度计测试，基液黏度为15 mPa·s。该体系交联剂配方选用有机锆交联剂，考察交联剂用量对胶液交联状态的影响，具体结果如表2，图1中所示。

表2 交联剂加量和交联状态表格

a.配方基液+0.3%WLD77C；b.基液+0.2%WLD77C；

c.基液+0.1%WLD77C

图1 交联状态图

根据实验结果可知，在交联剂添加量为0.3%时即可达到较好的交联效果，在0.2%添加量时，虽然已经形成冻胶状，但成胶耐挑性能较差；0.1%添加量时，仅为弱交联状态。具体原因为交联剂与聚合物的交联比例未达到最佳比例，导致羟桥离子中心强度未达到最大。

2.2 缓蚀剂加量配方优选

按照15%氨基磺酸+0.2%WLD75B+2%WLD31F+1%WLD27的配方配制基液。在缓蚀剂中加入1%～5%硫脲，以改善氨基磺酸对钢片产生的腐蚀[4]，考察不同添硫脲的加量对腐蚀速率的影响。

对比表3数据和图2中钢片状态可知，WLD31F缓蚀剂对钢片腐蚀有较好的抑制作用，在硫脲添加量为3%～5%时，可在 90 ℃ 条件下有效抑制钢片点蚀，同时大大降低钢片腐蚀速率。

表3 冻胶酸体系对N80钢片腐蚀速率表

a.加入5%硫脲的缓蚀剂；b.1%硫脲缓的蚀剂

2.3 氨基磺酸质量分数优选

使用不同质量分数梯度的盐酸和氨基磺酸，以酸碱滴定法测定氨基磺酸不同质量分数下的酸含量，同时使用8%～15%氨基磺酸+0.2%WLD75B+2%WLD31F+1%WLD27+0.3%WLD77C的配方加入水中，对比10%盐酸的效果。评价结果如表4。

表4 不同氨基磺酸生酸浓度和酸岩反应速率

根据数据对比，氨基磺酸具有良好的缓速效果，15%氨基磺酸与10%盐酸的岩心溶蚀率相当，但酸岩反应速率大大降低，缓速率达到88.37%。由于氨基磺酸在常温下为弱电解质，虽然显强酸性，但生酸浓度低。在 60 ℃ 以上氨基磺酸发生水解反应生成硫酸氢铵，进一步水解为硫酸，表现出较强的溶蚀能力。反应方程式如下：

HSO3NH2+H2O→NH4HSO4

(1)

(2)

氨基磺酸溶蚀效果如图3所示。

由图3看出，10%盐酸对岩心的刻蚀效果明显，在刻蚀下，产生岩心样品中部断裂，表面坑蚀较少，整体较平整；15%氨基磺酸对于该岩心样品，表面明显坑蚀较多，形成凹凸不平的表面，证明氨基磺酸对致密碳酸岩石表面可形成更加复杂的外观，在裂缝闭合之后能够有更好的形成溶蚀孔道的效果。岩心具有一定的非均质性，由于盐酸的氢离子当量较高，会优先与碳酸盐分布多的区域产生优先反应，并迅速形成乏酸，酸岩反应速率大大降低，对于低密度区域无法形成较好的溶蚀效果[5]；而氨基磺酸由于其初始酸浓度低，具有较好的缓速效果，能够在较长时间保持酸浓度，所以整体岩心形成均匀刻蚀，也能对碳酸盐分布较少的区域有一定刻蚀效果，在岩心表面产生大面积坑蚀。

a/b.刻蚀前的山西组岩心；c.10%盐酸对山西组岩心刻蚀效果；

2.4 现场施工效果

图4中曲线中标注段为冻胶酸泵注阶段，结束泵注后，降低排量到1.5m3/min。泵注生物胶作为隔离液，冻胶酸进入地层后，有较明显的地层破裂响应，导致压力从19 MPa降低至17 MPa；冻胶酸完全进入地层后，酸岩反应导致2～3 MPa酸降，说明冻胶酸具有压开地层的能力和较好的岩心溶蚀效果，而不仅是在近井带进行解堵和初步酸化。前置液泵注程序见表5。在压裂施工完后，产气情况如表6所示。

图4 施工曲线图

表5 该井施工前置液泵注程序

表6 产气量表格

试气时的产气量从 8670 m3/d 提升至 22302 m3/d，提升率为157%，说明冻胶酸体系可以良好配合生物胶压裂液体系，达到良好的增产助产效果。

3 结论

1)根据室内实验，得到了优化后的冻胶酸配方为：15%氨基磺酸 + 0.2%WLD75B+2%WLD31F+1%WLD27。其中，缓蚀剂中需添加至少3%硫脲，以保证能在90℃条件下抑制钢片表面点蚀。

2)通过实验证明，该体系对山西组岩心有较好的刻蚀效果。通过相近溶蚀率情况下的酸岩反应速率对比，冻胶酸比传统盐酸酸化液具有更低的生酸速率，更高的缓速率，缓速率可达88.37%；同时氨基磺酸的使用和运输相比盐酸更具安全性。

3)在施工泵注过程中，由于长链聚合物的添加，施工摩阻低，泵注排量3m3/min时施工压力仅为 19 MPa，且表现出良好的造缝和酸化效果。

综上所述，针对山西组致密砂岩碳酸盐岩地层，冻胶酸可作为一种低摩阻、缓速、安全高效的压裂酸化前置液，起到良好的助产和增产效果。