固体酸棒在注水井酸化增压的应用

沈文灵 王潜龙 付超

摘      要： 针对低渗透油田注水井后期结垢、注水压力大和油田开发成本增加等问题，研发一种缓慢释放活性物质的固体酸产品，通过溶解性实验、解堵性实验、N80钢片的腐蚀性实验、室内静态评价实验和室内动态评价实验对其性能进行表征。结果表明：固体酸对于无机垢溶解效果较好，对管柱腐蚀性小，作用距离长和时间长，无残留。在现场应用中，通过不间断地投放固体酸，溶解无机杂质，增加地层的流通通道，降低注水压力，取得较好的解堵增注效果。

关  键  词：酸化解堵；固体酸；降压增注

中图分类号：TQ357.6     文献标识码： A     文章编号： 1004-0935（2024）05-0710-04

近年来，我国石油资源的需求量不断增加，人们对于石油资源的开采量和开采效率问题越来越重视。我国低渗透油藏的石油资源存储量比较大，且分布广泛，但由于低渗透油藏渗透率低，孔隙结构复杂，喉道细小，具有低孔、低渗透、低丰度、产能低下的特点，如何高效开采低渗透油藏成为研究的重点内容^[1-2]。

目前，低渗透油藏以注水开发为主，通过往地层中注入水来补充地层能量，提高油田开发的效率。但在注水过程中容易造成地层损害，进而使注水压力升高，注水量下降，严重影响低渗透油藏注水开发的效果^[3-4]。如何降低注水开发过程井口压力，改善油田注水开发效果，成为目前低渗油田中后期开发的重要问题。针对这一问题国内外诸多学者开展了大量的研究，主要对注水过程堵塞储层孔隙喉道堵塞物进行酸蚀溶解，改善储层物性，从而提高储层渗流能力^[5]。注水井解堵的有效方法有传统的酸化解堵技术主要有液体酸化、中性解堵和螯合酸解堵等，这些酸化解堵技术存在作业成本高，有效期短等缺点^[6-8]。本文研究一种缓慢释放活性物质的固体缓释产品，注水过程中投入管线中，从被动“治病”理念变成主动“防病”理念，达到防垢、解堵的目标，实现注水井长期稳注目的。

1  固体酸作用机理

1.1  固体酸的结构

将粉末酸与缓释骨架材料、缓蚀剂混合均匀，加入粘合剂后利用压制工具制成固体酸酸棒产品（长度可根据需要定制）如图1。

1.2  酸化解堵机理

当固体酸棒投放到管线中以后，水溶性高分子缓释骨架遇水溶解，在酸棒表面形成一层阻水层，阻止水分进入固体酸内部，达到阻止粉末酸快速释放的目的。随着固体酸棒进一步与水接触，骨架材料不断地溶解进入水中，粉末酸缓慢释放水中，最终实现缓释的目的。络合剂转化难溶性沉淀，渗透剂溶胀疏松堵塞物，从而达到溶解堵塞物，消除二次沉淀，不用返排的效果^[9]。

1.2.1  实验部分

1） 溶解性实验

将过量氧化铁粉末（分析纯）、硫酸钙粉末（分析纯）、碳酸钙粉末（分析纯）分别加入 100 mL

20 g 固体酸溶液 60 ℃加热 2 h。称量各反应物反应前的质量和反应后的剩余量，计算固体酸的溶解能力。

2）挂片实验

参照 SY/T 5273—2014《油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法》，通过挂片失重法模拟钢片腐蚀情况^[10]，将N80钢片放置1L固体酸溶液中，每天更换酸液，模拟10天内钢片最大腐蚀情况。

腐蚀速率：     。          （1）

式中：r_i—单片腐蚀速率， g·m^-2·h^-1；

m—挂片腐蚀失量，g；

A_i—挂片表面积，mm?；

t—反应时间，h。

3）岩心渗透率测定

参照GB/T 29172—2012 《岩心分析方法》，先将岩心洗油后抽空，恒温，首先饱和 4% NH₄Cl 溶液，测量孔隙体积及初始渗透率，反向驱替由 CaCO₃、铁屑组成的无机堵塞。再正向驱替固体酸酸液。最后用 8% NH₄CI 溶液将主体酸驱替出岩心，测定最终渗透率。用达西定律计算岩心的渗透率。

2  室内实验评价

2.1  静态溶解实验

利用酸碱滴定法测定固体酸在20 ℃和60 ℃下释放固体酸含量（见图2），20 ℃时，固体酸在20 min后开始快速释放，80 min后固体酸缓慢释放。60 ℃时，固体酸先快速释放，55 min后缓慢释放。

2.2  动态溶解实验

固体酸在不同流速下的释放情况（图3），在200 mL/min流速下，固体酸棒在第1天开始释放，溶液pH与时间呈线性关系，在150 mL/min流速下，固体酸棒在第2天开始释放，溶液pH与时间呈非线性关系，在120 mL/min流速下，固体酸棒在第4天开始释放，溶液pH与时间呈非线性关系，在80 mL/min流速下，固体酸棒在第5天开始释放，溶液pH与时间呈非线性关系。

2.3  固体酸的腐蚀性

在50 ℃时，N80钢片的腐蚀速率随着固体酸浓度降低而降低（如图4）。

当日注入量为50～100 m³/d时，单次投放为100 kg，假定固体酸1天内完全溶解，则质量分数分别为0.1%～0.2%，因此将钢片放置1 L固体酸溶液中，每天更换酸液，即可模拟10天内钢片最大腐蚀情况。

质量分数1%的固体酸，腐蚀钢片的速率为0.2 g/㎡·h，质量分数2%的固体酸，腐蚀钢片的速率为0.22 g/㎡·h。实验表明固体酸对钢片的腐蚀较小。

2.4  固体酸的解堵性评价

岩心的渗透率恢复率见表3。

室温条件下，岩心1的原始渗透率为35.68×10^-3μ㎡，恢复渗透率为33.47×10^-3μ㎡，渗透率恢复率为93.81%；室温条件下，岩心2的原始渗透率为143.37×10^-3μ㎡，恢复渗透率为135.71×10^-3μ㎡，渗透率恢复率为94.66%。通过岩心渗透率恢复率测定，本研究的固体酸的解堵性较好。

2.5  固体酸的溶解实验

2 0 g的固体酸与10 g碳酸钙反应，可溶解4.58 g的碳酸钙，溶解能力为0.229 g/g，同理，1 t固体酸可以处理229 kg碳酸钙。

20 g的固体酸与3 g氧化铁反应，可溶解1.95 g的碳酸钙，溶解能力为0.098 g/g，同理，1 t固体酸可以处理97.5 kg碳酸钙。

20 g的固体酸与5 g硫酸钙反应，可溶解3.62 g的氧化铁，溶解能力为0.181 g/g，1 t固体酸可以处理181 kg硫酸钙。固体酸的溶解能力见表4。

2.6  某油田注入水固体酸溶蚀实验

实验条件：20 ℃，水样20 mL，固体酸溶液20 mL，水样取自某油田注水井井口， 水质浑浊，含有大量油污、机械杂质，并伴有浓郁的臭味。注入水固体酸溶蚀实验见图5。

实验方法：量取20 mL水样，过滤，滤纸上可见大量机械杂质及油污。将20 mL固体酸溶液与水样1∶1混合，静置4 h，酸液可溶解大量无机杂质。

实验结论：水样固体质量浓度约1 247 mg/L，处理后固体质量浓度约149 mg/L，固体酸溶液可处理水样中88%的杂质量。

3  油田应用

3.1  总体原则

地层本身联通状况较好，因外部原因造成近井地带污染，导致注水困难的注水井。

3.2  选井依据

1）初期注水压力较低，且缓慢增长；

2）具有一定的积累注入量；

3）进行酸化作业后，明显见效仅是有效周期较短；

4）井况好，无套变、套漏；

5）经分析认为由于堵塞（无机堵塞和有机堵塞）造成的注水压力偏高井。

3.3  现场应用

某油田X井采用在线增注前，油套压为

18 MPa，日注水量在8 m³/d，注入量波动较大。2018 年7月注水压力 27 MPa，日实注 8 m³，2018 年 7 月16日开始投放固体酸棒。图6 为该井的压力注入量曲线。经过8次投放注水量达到了配注（20 m³/d）要求，并且稳定注入160天。

4  结束语

固体酸是为注水井量身打造的产品。适用于注水压力比较高的注水井，通过不间断投放固体酸，能够增加地层的流通通道，减小注水压力。固体酸的使用比较方便，具有可以降压、综合成本低、有效期长的经济优势，可以规模化应用，是一个降压增注技术中有益的补充。

固体酸的使用比较方便，可以由服务公司自行施工；固体酸价格便宜，每半年使用成本为约15万元，远远低于压裂酸化等措施的成本，具有使用方便、价格便宜的优点，使用前景广阔。

参考文献：

［1］张志坚，黄熠泽，闫坤，等.低渗透油藏渗吸采油技术进展与展望[J].当代化工，2021，50（02）：374-378.

［2］刘标，顾俊，戴晓东.低渗透油田的石油开采技术[J].石化技术，2021，28（08）：50-51.

［3］吕文斌，王博，曹耀平，等.低渗透油藏注水井纳米微乳液降压增注体系研究[J].当代化工，2022，51（02）：370-373.

［4］王鹏涛，赵琪，王小军，等.陕北低渗油藏深度酸化降压增注酸液体系研发[J].粘接，2019，40（06）：156-160.

［5］杨嫱，武常茹，聂安琪，等.低渗油田增注复合剂降压增注室内实验[J].当代化工，2021（02）：312-316.

［6］杜全庆，关健，张童，等.南翼山油田注水井酸化酸液体系优化[J].油气井测试，2020，29（04）：45-50.

［7］樊光梅.注水井中性解堵剂研究及应用[J].石油化工应用，2023，42（01）：94-98.

［8］赵立强，陈祥，山金城，等.注水井螯合酸复合解堵体系研究与应用[J].西南石油大学学报（自然科学版），2020，42（03）：123-131.

［9］杨永刚，张红岗，刘建升，等. 姬塬油田高压欠注治理技术研究与应用[C].宁夏回族自治区科学技术协会.第十五届宁夏青年科学家论坛石化专题论坛论文集.宁夏石油化工应用杂志社有限公司，2019：4．

［10］杨青霄，高辉，刘华，等.注空气对N80钢的腐蚀影响因素及响应曲面分析[J].石油规划设计，2019，30（06）：4-7.

Application of a Solid Acid Rod in Acidizing

Pressurization of Water Injection Wells

SHEN Wenling¹， WANG Qianlong²， FU Chao³

（1. Guilin University of Technology， Guilin Guangxi 541006， China;

2. Xian Shiyou University， Xian Shaanxi 710065， China;

3. CNOOC（China） Shenzhen Branch， Shenzhen Guangdong 518067， China）

Abstract：  Aiming at the problems of scaling， high water injection pressure and increasing oilfield development cost in the late stage of water injection wells in low permeability oilfields， a kind of solid acid product with slow release of active substances was developed， and its performance was characterized through the solubility experiment， plugging removal experiment， N80 steel corrosion experiment， indoor static evaluation experiment and indoor dynamic evaluation experiment. The results showed that the solid acid had good dissolution effect on inorganic scale， little corrosion to pipe string， long action distance and long time， and no residue. In the field application， the solid acid was continuously added to dissolve inorganic impurities， increase the circulation channel of the formation and reduce the water injection pressure， and good plugging removal and injection increase effects were achieved.

Key words： Acidizing plug removal;  Solid acid; Depressurizing and increasing injection

收稿日期： 2023-09-05

作者简介： 沈文灵（1998-），女，在读研究生，新疆焉耆县人，研究方向：油田化学。

通信作者： 王潜龙（1973-），男，副教授，博士，研究方向油气井工程与油田化学。