延长油田注水井缓速酸配方体系研究

周 凯，陈西泮，宋珈萱

（1.长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710061；2.延长油田股份有限公司勘探部，陕西 延安 716000；3.陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西 西安 710075）

缓速酸酸化技术是指通过降低酸岩的反应速率，增加反应时间，有效地扩大酸的穿透距离，最终酸化深层，提高酸化效果的技术。缓速酸酸化技术研究对于提升含油岩心渗透率进而提高油层采收率具有重要的意义，近5年来，许多油田科研人员针对缓速酸酸化技术与缓速酸配方等相关领域开展了大量的研究工作。Sayed M提出了一种新型的缓速酸体系，用于高温碳酸盐岩油藏的增产。所提出的技术减少了系统中的游离水，从而防止了酸的完全分解。通过在另一种易溶于酸的有机化合物存在下设计酸配方，成功地降低了酸系统中的游离水。在哈萨克斯坦西部前里海和曼格斯套含油省份的碳酸盐岩油田钻探中运用了新型单相缓速酸体系，有效克服了常规酸体系在基质酸化和酸压的效果的缺陷，实现了产能指数（PI）的持续提高。有研究了一种新型阳离子gemini表面活性剂在HF/HCl泥浆酸体系砂岩酸化中的缓蚀性能。采用30.48 cm长、粘土含量非常高的Scito砂岩岩心进行了岩心驱油试验。在此基础上，利用校正后的模型预测了新型表面活性剂对钻井液酸渗透和提高渗透率的影响。有提出了2种新的醇基缓速酸体系（re1，re2），对气井进行基质酸化处理，消除近井渗透率损害（地层损害）。本工作涉及在气田酸化作业中使用一些醇组分作为缓凝剂，以降低酸对碳酸钙（白云石MgCa（CO））的溶解速率。对山西临汾区块8口井的实验矿泥样品进行了X射线衍射分析，发现堵塞物的主要矿物成分是一种能与酸发生反应的矿物。采用西南固体酸和土壤酸配方测定了堵塞物的溶解速率和腐蚀速率。通过对实验结果的比较，找出了西南固体酸的优点和可用性。通过大量试验，筛选出性能优良、经济有效的缓速酸液配方。

延长油田储层中部深度2 265 m，有效孔隙度14.5%，气体渗透率5.2×10µm，温度90 ℃说明该油田是典型的低孔、特低渗、低丰度储层。传统的酸化方法酸岩反应速度快，渗透距离短，效果差。为了兼顾酸化目标明确、成本低的优点，同时避免上述缺点，有必要开展缓速酸化技术研究，优化相关配方，针对延长油田储层物性差、渗透率低、吸水能力弱的特点，探索新的降压增注途径。该体系能扩大酸的作用范围，降低近井区压力，提高注水效果。

1 缓速酸配方研究

1.1 主剂的确定

通过测定酸与天然岩心粉反应过程中pH值的变化，观察氢离子随时间的衰减规律，计算储层温度下的反应速率，评价该药剂的缓酸化效果。90 ℃下pH值的测定结果指出草酸、氨基磺酸、氢氟酸、氟硼酸、泥酸等具有较强的酸性和一定的缓蚀作用，所有的反应都能持续8 h以上。

在储层温度下，通过测定不同反应时间的酸对芯粉的腐蚀率，可以确定增渗效果。结果表明：6种酸在反应8 h后腐蚀率较高，由大到小依次为：泥酸、盐酸、氢氟酸、氯乙酸、氟硼酸、氨基磺酸。另外，醋酸对铁试剂的形成有很好的稳定作用，可以适当地加入到主剂中。

根据不同酸在天然芯粉上的反应结果，消除了乙二胺四乙酸、癸二酸、苯甲酸和硼酸的超低溶解性，使pH值在短时间内迅速升高，缓凝效果差；磷酸和多磷酸因吸收严重而废弃；甲酸甲酯和醋酸甲酯在储层条件下水解酸性较弱，不能产生理想的腐蚀性，因此被废弃；氯乙酸本身的刺鼻气味和不良的延缓作用使其得以消除。因此，选择盐酸、氢氟酸、氨基磺酸、氟硼酸和乙酸作为复配剂的可选酸。采用复配酸进行腐蚀实验，可确定各酸的浓度。表1为90 ℃以下不同酸的腐蚀率。

表1 不同酸对天然岩心的腐蚀率Tab.1 Corrosion rates of different acids on natural cores

由表1和图1可知，腐蚀率随酸浓度的增加而增加，当酸浓度超过一定值后，腐蚀率的增加趋势变缓。综合考虑天然岩心的腐蚀率、酸液的溶解性、酸值、试剂成本等多因素，主剂的最终组成为：1%醋酸+2%磺胺酸+3%氟硼酸+0.8%氢氟酸+4.2%盐酸。

图1 不同酸对天然岩心的腐蚀比曲线Fig.1 Corrosion ratio curves of different acids on natural cores

1.2 缓蚀剂的研制

缓蚀剂作为酸化剂，可以延缓酸岩反应速率。通过测定反应48 h后pH值的变化，确定相同浓度的表面活性剂在酸液中的缓蚀效果，从而筛选出该配 方的最佳缓蚀剂，如表2所示。

表2 加入表面活性剂后，天然岩心粉上酸液的pH值变化Tab.2 Change of pH value of acid on natural core powder after adding surfactant

由表2可知，几乎所有的表面活性剂都有一定的缓凝作用。而AJF和SZM 2种酸液pH值增长相对较慢。因此，选择这2种表面活性剂复配，最终配方为：0.4%AJF+0.6%SZM。分别对缓速酸和非缓速酸的氢离子浓度下降趋势进行了比较，结果如图2所示。

图2 缓蚀剂对酸液反应速率的影响Fig.2 The effect of corrosion inhibitor on acid reaction rate

1.3 缓速酸配方的测定

通过主剂、阻垢离子抑制剂、增渗剂、粘土稳定剂、阻聚剂、缓蚀剂的复配、筛选和优化，研制出一种适合高温环境的综合性能良好的缓堵剂配方。该缓蚀剂的组成为：1.0%醋酸+2.0%磺胺酸+3.0%氟硼酸+0.8%氢氟酸+4.2%盐酸+3.0%缓蚀剂+1.0%粘土稳定剂+0.4%增渗剂+3.0%成垢离子抑制剂。该配方具有以下特点：

（1）酸岩反应速度慢，缓凝能力强，可实现深部解堵；

（2）配伍性好，能消除地层中硅质、铁质、钙质、沉淀物和沉淀细菌引起的腐蚀产物堵塞；

（3）对钙、铁等结垢离子有很强的稳定性，适应性强，特别是在酸敏性地层中；

（4）良好的保护效果能有效抑制粘土颗粒的膨胀和迁移；

（5）缓蚀性能好，缓蚀酸在90 ℃时对标准N80钢板的腐蚀速率为0.488 g/m·h，能有效保护井下设备；

（6）酸化后增产稳产有效期较长。

1.4 缓速酸注入速率的优化

为保证酸化作业效果，延长酸化有效期，为现场施工提供必要的依据，优化缓速酸注入量。延长油田天然岩心储层在不同注入速率下注入缓速酸，通过测定不同注入速率下注入酸后渗透率的增加，优选出最佳注入速率。

实验方法。实验步骤如下：

（1）经过12 h的地层水对岩样饱和处理，测定延长油田储层岩心孔隙体积；

（2）分别向酸化实验装置中部注入地层水、缓凝酸溶液；

（3）将岩样放入岩心夹持器中，确保岩样中溶液流动方向与气体流动方向一致；

（4）缓慢添加围压，驱替过程中保持围压比岩心上游压力至少大1.5～2.0 MPa；

（5）开启堆芯固定器阀端部的进口，以0.50 mL/min的速度向天然岩心注入地层水；

（6）按既定的时间间隔测量压力和流量，待流量稳定后，记录试验数据，计算天然岩心的原始渗透率1；

（7）以0.10、0.25、0.50、0.75、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0 mL/min的速率向天然岩心中注入1.0 PV缓速酸；

（8）将注入缓速酸的天然岩芯置于60 ℃的箱内持续48 h；

（9）重复步骤（5）和步骤（6），计算酸化后岩心的自然渗透率；

（10）计算天然岩心的渗透率，增加天然岩心的渗透率。

1.5 实验数据与分析

注入1.0 PV缓速酸溶液在储层温度反应48 h后的渗透率大小随注入液速度的变化如图3所示，渗透率增幅先增大后减小。当注入速度在1.5～2.0 mL/min时，渗透率增长率达到最大值，注入速度在1.5 mL/min时，渗透率增长率为86.26%，因此酸液注入速度可达到1.5 mL/min。

图3 不同注入速度对渗透率的影响Fig.3 The effect of different injection rates on permeability

2 岩心驱油试验评价

2.1 实验原理

采用延长油田天然岩心在模拟地层条件下对岩心缓速酸驱油试验，改善酸液性能，调整配方。通过比较缓速酸与传统酸对天然岩心的增渗效果，评价了动态条件下缓速酸的驱油效果。

2.2 实验方法

实验步骤如下：

（1）沿延长油田天然岩心地层方向钻取长8 cm、直径2.5 cm的圆柱体岩心样品，然后清洗、干燥；

（2）岩心孔隙度测量；

（3）把岩心放进90 ℃孵育至恒重后，用盐度为6 778 mg/L的模拟地层水测定初始水相渗透率（）；

（4）向岩心注入1.5 PV配制的缓速酸液，排量1 mL/min；

（5）用模拟地层水，控制反应时间条件变量，测定岩心酸化水相渗透率；

（6）使用传统泥酸替代缓速酸，重复步骤（1）至（5）；

（7）计算渗透率提高率如下：

式中：为渗透率增长率；为初始渗透率，单位：10µm；为酸化渗透率，单位：10µm。

在模拟地层条件下，这2种酸的渗透率改善率如表3和表4所示。

表3 缓速酸渗透率增长率Tab.3 Increasing rate of slow acid permeability

表4 传统泥浆酸的渗透率增长率Tab.4 Permeability increase rate of traditional mud acid

由图4可知，缓速酸液的渗透率改善率随时间的增加而增加。传统的泥酸反应速率较高，反应时间均不超过4 h，而缓速酸具有较好的缓速效果（反应时间均在24 h以上），具有较高的增渗率。与泥酸相比，该配方具有更好的缓酸化效果。

图4 酸化液对天然岩心的渗透率增长率Fig.4 Permeability increase rate of acidified liquid to natural core

3 结语

（1）缓速酸为橙色均匀液体，具有良好的粘土稳定性和铁离子稳定性；

（2）优选的缓蚀剂能有效降低酸岩反应速率，达到深度酸化的目的；

（3）缓速酸液能明显减少对井下设备的腐蚀；

（4）天然岩心驱油试验结果表明，酸化液对齐家北天然岩心48 h后的渗透率增长率为22.20%。缓速酸配方体系具有较好的酸化增渗效果。