自转向土酸在青海油田储层改造中的应用

自转向土酸在青海油田储层改造中的应用
王浩儒;王世彬;郭建春
【摘要】针对青海油田花土沟和尕斯区块储层多为薄互层,且层数多,跨度大,纵向非均质性严重,泥质含量较高等特征,为了消除储层突出的层间和层内矛盾,有效地改造油层,获得更好的产吸液剖面,通过室内实验形成并评价了以土酸为主体酸的自转向酸体系.该体系具有良好的增黏能力,能有效实现暂堵转向的目的,并且具有良好的耐高温流变性,与地层原油接触后能迅速破胶加快酸液返排.现场试验表明,土酸自转向酸酸化取得了明显的效果.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2014(014)015
【总页数】4页(P177-180)
【关键词】自转向土酸;非均质性;暂堵转向;酸化
【作者】王浩儒;王世彬;郭建春
【作者单位】西南石油大学研究生部;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都610500
【正文语种】中文
【中图分类】TE357.2
青海油田花土沟油田和尕斯库勒油田分别位于柴达木盆地西部坳陷朵斯库勒断陷亚
区内狮子沟构造花土沟高点和柴达木盆地茫崖坳陷区尕斯断陷亚区红柳泉跃进一号断鼻带上。

储层有“薄、多、散、杂”的特点。

除少数油层在平面连片分布以外，多数油层在平面上连续性较差，表现为零星分布。

无论是纵向上还是横向上，油层非均质性非常强。

部分井前期由于采取了笼统酸化措施，加剧了层间矛盾，导致吸水剖面很不均匀，高渗层突进现象严重，层间矛盾突出，形成了注水井吸水层位单一，水驱效果差的现象为此必须实现酸化解堵调剖面［1，2］。

目前在花土沟和尕斯油田基质酸化时，主要使用的酸液体系有常规酸、胶凝酸、乳化酸、泡沫酸等，但这些酸液是首先进入高渗透层，而很难进入低渗透的微裂缝和孔隙，因此，在对储层进行基质酸化时，一般要使用各类转向剂和机械转向技术，但是，这些转向技术都无法使酸液在储层深部进行转向，达不到对非均质性储层的全面改造的目的，同时，这些转向剂在酸化过程中可能形成残渣而对储层造成伤害，机械转向技术对施工井况要求严格，且费用高作业复杂［3］。

自转向酸由于其优越的转向性能、良好的控滤失性能和对储层的无伤害性等优点，近年一直是国内外研究的热点。

该酸液体系在与岩石反应前，鲜酸的黏度与普通酸相当或稍高，但随着酸岩反应的进行，酸浓度不断降低，钙镁离子浓度不断增高，残酸在酸蚀的孔、缝、洞表面形成凝胶，增加了酸液在高渗透层的渗透阻力，从而使鲜酸继续向深部穿透和转向其他的低渗透层。

酸液作业后返排时，高黏冻胶在接触含有烃类的有机物如原油等，又会彻底破胶，无需外加任何破胶剂，破胶后的黏度相当于清水，返排时无任何残留物，对改造的储层具有良好的保护作用，从而达到对储层的高效改造。

1 室内实验
1.1 主体酸的选择
X-线衍射全岩及黏土矿物分析结果(表1、表2)表明取样的花土沟、尕斯油田三口
井岩样碳酸盐岩成分较少，硅质成分超过了50%;Ⅱ号样品黏土中的伊利石含量达
到50%以上，Ⅰ、Ⅲ样品伊利石、蒙脱石含量较高。

若单纯用盐酸对储层进行改造，酸对岩石溶蚀性能较差，遂考虑用土酸作体系的主体酸。

表1 X-射线衍射全岩定量分析结果Table 1 X-ray diffraction quantitative analysis of whole-rock mineral样品编号－2所属区块矿物百分含量/×10黏土
总量石英正长石斜长石方解石白云石Ⅰ 花土沟14.43 47.78 13.64 16.94 5.63 1.57Ⅱ 花土沟28.48 30.81 2.35 18.81 17.31 2.24Ⅲ 尕斯17.15 30.95 28.59 15.17 6.99 1.15
表2 X-射线衍射黏土矿物分析结果Table 2 X-ray diffraction analysis of clay minerals－2样品编号所属区块矿物百分含量/×10伊利石(I)蒙脱石(S)伊/蒙(I/S)
高岭石(K)绿泥石(C)30.6 39.5 0 7.5 22.4Ⅱ 花土沟58.6 0 21 4.1 16.4Ⅲ 尕斯Ⅰ
花土沟24 55.6 0 5.1 15.3
目前国内外还未见将转向剂引入到土酸中的报道，为了确认转向剂加入到土酸体系中不影响酸液的溶蚀性能，实验测定了18%HCl+4%转向剂、18%HCl+3%HF+4%转向剂、18%HCl+4%HF+4%转向剂三种酸液分别对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号样品岩心粉末进行不同反应时间下的溶蚀率测定实验。

实验结果如图1～图3所示。

图1 18%HCl+4%转向剂的酸液溶蚀率变化曲线Fig.1 Dissolution rate of acid containing 18%HCl and 4%diverting agent
图2 18%HCl+3%HF+4%转向剂的酸液溶蚀率变化曲线Fig.2 Dissolution rate
of acid containing 18%HCl，3%HF and 4%diverting agent
实验结果表明只用盐酸为主体酸对岩粉的溶蚀率极低，基本处于没有溶蚀的状态，说明岩粉中碳酸盐成分非常低，这由表1中X-线衍射分析结果也可以得到佐证。

加入HF酸后对岩粉的溶蚀率大大提高，但溶蚀率依然不是很高且随反应时间的增加溶蚀率变化不大，在一个很窄的范围内波动。

3%HF酸浓度下岩粉的溶蚀率大
致在27%、20%、23%左右。

而继续增大HF浓度至4%后，酸液对岩粉溶蚀率也
随之增大。

1.2 增黏性能
图3 18%HCl+4%HF+4%转向剂的酸液溶蚀率变化曲线Fig.3 Dissolution rate
of acid containing 18%HCl，4%HF and 4%diverting agent
图4 为自转向土酸黏度随盐酸浓度的变化曲线，随着酸浓度的不断下降，酸液黏
度先增高后减小，在酸液浓度为12%时黏度达到最大，近180 mPa·s，与基液有150 mPa·s的黏度差，具有较好的封堵大孔道、实现强非均质储层转向能力。

图4 不同盐酸浓度下自转向土酸黏度变化(HCl+3%HF+4%转向剂)Fig.4 Variation of viscosity as a function of the concentration of self-diverting mud acid
图5 与图6分别是盐酸浓度为15%和10%的自转向酸动态光散射实验结果。

由于动态光散射实验对酸液黏度的要求，在酸液配置过程中必须控制转向剂的加量。

所以该实验中采用了转向剂的加量仅为1%。

实验结果显示在15%和10%盐酸浓度
下的胶束水动力学半径分别为58.1 nm和75.3nm。

如果聚集体以球形胶束存在，其水动力学直径应该在几纳米，而若以长蠕虫状胶束存在，尺寸可达到微米级［4，5］。

所以在该转向剂加量下胶束主要以短棒状胶束存在，这是因为转向剂浓度太低，没有达到临界交叠浓度，相应的如果增加转向剂的浓度，胶束不断生长乃至相互缠绕就可以达到更大的缔合尺寸。

实验结果显示胶束尺寸变化与酸液黏度测试数据(图4)有很好的对应关系，从微观
机理说明该转向酸体系具有较强的变黏转向能力。

图5 盐酸浓度为15%自转向酸胶束水动力学直径Fig.5 Hydrodynamic diameter of the micelles in self-diverting acid with 15%HCl
图6 盐酸浓度为10%自转向酸胶束水动力学直径Fig.6 Hydrodynamic diameter of the micelles in self-diverting acid with 10%HCl
1.3 流变性能
变黏后残酸的黏度保持能力决定了转向酸在地层能否实现降低酸液滤失以及暂堵转向的能力，为此室内测试了地层温度下，反应后变黏的残酸的流变性能(图7)。

图7 90℃下自转向土酸的流变曲线Fig.7 Rheology data of self-diverting mud acid at 90℃
流变测试结果表明，在地层温度条件下酸液在剪切90 min后黏度依然保持在60 mPa·s以上，酸液具有很高的黏度，同时取出残酸样发现，酸液还具有一定的黏弹性，这非常有利于酸液的降滤和暂堵转向。

1.4 转向性能测试
转向酸在地层能否实现分流转向以及降低酸液滤失的能力，是转向酸最关键的性能指标，室内采用流动实验测试了转向酸的转向性能，从图8可以看出，注盐水过程中压力变化较小，在注入转向酸时，注入压力比(注酸压力与注盐水稳定后压力之比)持续上升，表明酸液黏度变化形成一种暂堵段塞，表现出很好的转向性能。

同时未在岩心端面看到凝胶成分的存在，说明转向酸主要在岩心内部发生了分流转向。

图8 注入压力比随注入孔隙体积的变化曲线Fig.8 Variation of pressure ratio as function of pore volume injected
1.5 破胶性能测试
图9 为自转向酸残酸凝胶与青海油田轻质原油混合后黏度随时间的变化曲线。

油样1和油样2分别取自花土沟和尕斯区块。

从图中可以看出，两个区块的油样与转向酸接触后，能有效破坏胶束较大的聚集形态，使体系黏度迅速下降，在与原油接触120 min后黏度就下降到16 mPa·s左右，达到了破胶的目的，有利于酸液的返排。

图9 自转向酸残酸与原油混合后破胶性能测试Fig.9 Viscosity reduction of
spent acid with crude oil
2 现场应用
尕斯油田N1-12-1井共射孔15.8 m，储层跨度54.6 m，平均孔隙度21%，平均渗透率100.7 mD，渗透率极差47 mD。

该井段内跨度较大，为多小、薄层井段，且小层之间物性差异极大，对井段内的均匀布酸存在极大的挑战。

并且储层对土酸均存在中等的敏感性，容易产生二次伤害。

为了实现储层纵向均匀布酸，横向深部改造，降低储层二次伤害，提高酸化效果的目的，在注土酸自转向酸前后分别采用了挤前置酸和后置酸来对储层进行预处理、溶蚀CaCO3和保持储层返排过程中酸性环境，防止HF酸的二次污染。

该井酸化前日产液量0.5 t，日产油量0 t，酸化后初期日产液量11.63 t，日产油
量5.79 t，目前累计增油524.19 t;取得了较好的酸化效果。

3 结论
(1)该自转向酸体系具有良好的增黏转向性、耐高温流变性、与地层原油接触能快
速破胶等性能。

(2)在自转向酸中引入HF酸不会影响整个体系的性能，且能更好地溶蚀储层岩石。

(3)自转向土酸体系适合高含泥质的且跨度较大具有严重非均质性的储层的酸化作业，以实现均匀布酸的目的。

可以考虑在花土沟和尕斯区块推广该体系的使用。

参考文献
【相关文献】
1 李超，包玉薇.青海油田花土沟油田开发现状及发展趋势探讨．中国石油和化工标准与质量，2013;(7):191 Li Chao，BaoYuwei.Probe of status and development of Huatugou oilfield in Qinghai oilfield.China Petroleum and Chemical Standard and Quality，2013;(7):191
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