多氢酸解堵增注技术研究应用

多氢酸解堵增注技术研究应用
卢红杰;龙波;马云瑞;李雨龙;张书荣
【摘要】油田解堵增注主要用酸液体系解除地层堵塞.常规酸液体系存在作用距离近、有效时间短、产生沉淀二次污染地层等问题,不能满足油田开发生产需要.多氢酸性能研究和解堵效果室内评价结果显示,该酸液体系具有缓速、深穿透、粘土溶蚀率低、水湿性、抑制沉淀等优点,可达到地层深部解堵的目的.现场应用结果表明,多氢酸解堵增注效果好,有效期长,是砂岩油藏基质酸化解堵较为理想的酸液体系.【期刊名称】《内蒙古石油化工》
【年(卷),期】2010(036)023
【总页数】4页(P71-74)
【关键词】多氢酸;解堵;增注;酸化;酸液体系;溶蚀
【作者】卢红杰;龙波;马云瑞;李雨龙;张书荣
【作者单位】吐哈油田公司井下技术作业公司,新疆,鄯善,838200;吐哈油田公司井下技术作业公司,新疆,鄯善,838200;吐哈油田公司井下技术作业公司,新疆,鄯
善,838200;吐哈油田公司井下技术作业公司,新疆,鄯善,838200;吐哈油田公司井下技术作业公司,新疆,鄯善,838200
【正文语种】中文
【中图分类】TE358
砂岩储层酸化解堵技术已经经历了近百年的发展历程。

进入70年代后,由于国外在酸化机理、化学反应动力学及解堵工艺方面研究的快速进步[1],使这种单一的工艺
方法发展成为一门包括多学科、多专业的综合技术。

近年来,国内多家油田在解堵
增注方面进行了大量的研究应用,并在复合酸、泡沫酸、氧化型缓速酸、ClO2、自生酸、复合解堵技术等方面取得了较大进展[2～7]。

但有些解堵工艺繁琐,并且依
然未能解决二次沉淀堵塞伤害地层的问题。

新研制的多氢酸体系与常规土酸、氟硼酸等酸液体系相比具有反应速度慢、溶解能力强、可抑制沉淀等优点,完全满足砂
岩油藏解堵增注中低伤害、深穿透、有效期长的工艺要求。

多氢酸是一种新型的HF酸液体系,为一中强酸,本身存在电离平衡,由一种特殊复合
物代替HCl与氟盐发生氢化反应。

该酸液体系可以在不同化学计量条件下通过多
级电离分解释放出多个氢离子,故得名“多氢酸”(M ulti-Hydrogen A cid)。

多氢酸体系主要由主剂SA 601和副剂SA 701组成,有如下特点:①具有很好的缓速性。

多氢酸开始与地层反应时,由于化学吸附作用而在粘土表面形成的硅酸-铝膜隔层会有效阻止粘土与HF酸的反应,并且防止地层基质被溶解,其反应速度约比其他酸液
低70%左右;②具有极强的吸附能力,能催化HF与石英的反应。

虽然反应速度比土酸慢,但随时间的增加对石英的溶解率将大幅增加,比土酸高出50%左右;③具有较
好的分散性和螯合特性,能有效延缓/抑制近井地带垢类沉淀物的生成,有利于延长注水井解堵的有效期。

酸岩反应环境中,其对硅酸盐沉淀的控制能力明显优于常规土酸、缓速土酸等;④能保持或恢复地层的水湿性。

2.1 多氢酸酸度特征分析
2.1.1 SA 601与HCl酸度曲线对比分析
从图1可看出,HCl的酸度曲线只有一个突变点且异常陡峭,近乎直线,表明HCl是一元强酸,且溶液中H+全部处于电离状态;SA 601的酸度曲线有多个突变点且变化平滑,表明SA 601是多元弱酸,溶液中H+逐步电离,在加入N aOH的过程中随着H+的消耗,新释放的H+迅速补充使溶液达到电离平衡。

H+逐步电离的特性表明SA 601具有缓速性,可使酸岩反应波及半径更大。

2.1.2 不同浓度多氢酸体系酸度曲线分析
由图2可知,不同浓度SA 601的初始pH差别不大。

随着N aOH耗量增加,SA 601浓度越高最终释放的H+越多,酸度曲线变化越平缓,说明缓速效果越好。

2.1.3 HF与铝硅酸盐酸岩反应动力学分析
反应动力学研究表明[8～10]:HF与铝硅酸盐的一次反应速率与HCl无关,与HF浓度成二次方关系。

由此可知,HF浓度越大,一次反应速率越大,即反应越快;HF浓度越小,一次反应速率越小,即反应越慢。

即在相同的反应时间内,HF浓度越低,二次反应及其产生沉淀的几率越小。

HF与铝硅酸盐的二次反应动力学的速率常数k值[11]见表1。

活化能越高,反应速率对温度越敏感。

若同时存在几个反应,则高温对活化能高的反应有利,低温对活化能低的反应有利。

由表1可知,高岭土的活化能比长石高很多,说明粘土更容易发生二次反应即更容易产生沉淀。

并且在66℃以下二次反应速率常数很低,表明高温井更容易产生沉淀。

从多氢酸的酸度曲线看出,多氢酸能长时间的保持低浓度HF,这种环境有利于抑制二次沉淀的产生,特别是在高温井和粘土含量高的地层。

2.2 多氢酸溶蚀性能分析
2.2.1 多氢酸体系与石英的溶蚀实验
实验采用土酸、多氢酸、氟硼酸在常压条件、温度70℃下与二氧化硅粉末反应,结果见图3。

多氢酸对石英的初始溶蚀率高于土酸和氟硼酸,反应进行120m in时,土酸的最终溶蚀率为8. 35%,氟硼酸为0.50%,多氢酸体系为14.78%。

实验结果表明,多氢酸具有增加酸液体系对石英的溶蚀速度和溶蚀率的能力。

这一特性有利于酸液更多溶解构成岩石基质的石英矿物质,增加储层的渗透率。

2.2.2 多氢酸体系与粘土溶蚀实验
HF与储层的粘土矿物反应非常快,这会导致酸液穿透半径短,解堵效果不好。

用HF 浓度均为3%的常规土酸和多氢酸体系在70℃下分别与粘土反应,实验结果见图4。

由溶蚀曲线看出,多氢酸与粘土的反应速率和溶蚀率远低于土酸。

这是由于多氢酸
在粘土矿物表面吸附形成一层“膜”,抑制了酸液体系与粘土的反应速度和溶蚀率。

2.3 多氢酸润湿性实验
用多氢酸和HCl+HF的混合酸液,分别试验其与粘土样品反应之后在甲苯和甲醇中
的互溶情况。

结果表明用混合酸液体系处理之后的粘土样品在甲苯中分散,在甲醇
中凝聚,说明用多氢酸酸液体系处理后的地层保持水湿性,有利于注入水进入地层深部。

2.4 静态腐蚀实验
不加缓蚀剂进行吊片反应实验,水浴恒温65℃,反应4h,结果见表2。

表2看出多氢酸的腐蚀速率明显低于盐酸。

2.5 多氢酸的分散和防垢性能分析
2.5.1 定性分析
通过多氢酸对CaCO3静态阻垢实验分析多氢酸的阻垢和分散性能。

配制四杯溶液(含有500m g/ lCa2+的溶液):①多氢酸酸液体系加碱调至中性+ CaCl2+N aHCO3,加热80℃两小时;②多氢酸酸液体系+CaCl2+N aHCO3;③CaCl2+N aHCO3,加热80℃两小时;d.CaCl2+N aHCO3。

由实验结果可知,多氢酸鳌合Ca2+后在酸性条件下是澄清透明的,到中性条件下溶
液就变得浑浊,说明多氢酸酸液体系具有很好的阻垢和分散能力。

在四种溶液中加
入钙红指示剂,含有多氢酸体系的溶液中无Ca2+存在。

说明多氢酸对Ca2+和金属离子有很好的鳌合能力。

在砂岩酸化解堵中易产生氟硅酸盐等二次沉淀,会对储层
造成永久性伤害,对解堵效果和油田开发生产影响很大。

由于多氢酸能鳌合金属离子,所以在很大程度上减少沉淀的产生,从而能减少二次污染并改善酸化效果。

2.5.2 定量分析
在蒸馏水中加入定量的CaCl2,再加入SA 601,水浴加热60℃,然后用EDTA 2N a
溶液滴定,由滴定溶液中剩余Ca2+含量可得到不同量的SA 601对Ca2+的螯合量。

从图5拟合的曲线可以看出,多氢酸对Ca2+的螯合能力即阻垢能力很强。

取温米油田岩心样,直径2.5cm,长5cm,用砂岩酸化解堵常用的土酸体系、氟硼酸
体系及新型多氢酸体系进行室内岩心流动实验。

土酸岩心流动实验结果见图6,80℃条件下测得最终渗透率比K/K0＜1.0,其中处理
液1为8%HCl +1.5%HF,处理液2为8%HCl+8%HBF4。

氟硼酸岩心流动实验结果如图7所示,在80℃条件下测得最终渗透率比K/K0≈1.0。

多氢酸岩心流动实验结果如图8所示,80℃条件下测得最终渗透率比K/K0≈3.0,明
显优于土酸和氟硼酸体系。

4.1 试验情况
2009年用多氢酸体系对4口低渗砂岩注水井进行了解堵增注试验。

4.2 试验效果
4.3 典型井例分析
温5-8井是温五区块的一口滚动扩边井,2001年11月压裂投产S13S21层,一年后转注。

4.3.1 井污染分析解堵前数次吸水剖面测试发现吸水厚度异常,尤其是厚度较大的
S13层,吸水厚度逐渐变小,相对吸水量明显降低,全井吸水剖面均匀性变差,分析认为注水过程中的无机垢沉淀、腐蚀物、固体悬浮物和细菌极其代谢产物堵塞地层是导致吸水能力下降的主要原因。

4.3.2 施工情况分析解堵施工中压力未出现突降趋势,反而有小幅上升,与常规的缓
速复合酸相比在压力反映上有明显区别,说明多氢酸具有较好的缓速和深部解堵能力。

4.3.3 解堵效果分析
应用多氢酸酸化解堵后,该层注水量由30m3/d增至63m3/d,注水压力由27M Pa 降至21 M Pa,解堵增注效果明显。

5.1 多氢酸酸液体系是一种多元中强酸体系,在酸化过程中能逐渐释放H+,可以保持溶液的pH(即酸液的HF浓度)在小范围变化,并且由于酸液体系的初始pH值较高,可减缓对管材和设备的腐蚀速率;
5.2 多氢酸酸液体系具有缓速和水湿特性,对粘土的溶蚀率低,可实现地层深部解堵;
5.3 室内实验结果表明:多氢酸电离速度慢,与砂岩作用反应速度慢,具有良好的防垢和分散性能,可抑制硅酸盐在近井地带沉淀,有效避免解堵过程中的二次伤害;
5.4 现场试验结果表明,多氢酸解堵增注效果显著,有效期长,能够有效替代目前易产生二次伤害的土酸、氟硼酸等常规酸液,是砂岩油藏基质酸化解堵较为理想的酸液体系。

【相关文献】
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