低渗砂岩油藏深度酸化技术研究

《低渗砂岩油藏深度酸化技术研究》论文发表期刊：《当代化工》；发表周期：2021年02期

《低渗砂岩油藏深度酸化技术研究》论文作者信息：师静静（1986-），女，工程师，陕西渭南人，硕士，研究方向：从事油藏动态分析研究工作。

　　摘要：随着油田开发的深入，油井产量面临着衰减，以往大都采用酸化或者压裂的方式进行增产。近年来由于技术的不断提高，各大油田也在不断探索新的增产措施，酸压工艺技术的成熟度越来越高，新型高效深度酸化技术成为了重点研究方向。通过一系列的实验，探究了酸岩反应、酸液配方优选等问题，并将研究的成果应用到现场的油田作业中。运用多氢酸体系进行实验分析，获得了深度酸化处理效果，能够弥补土酸等砂岩储层酸化酸液体系的缺点。与此同时，低渗砂岩油藏深度酸化技术实施效果也受注水并地层参数影响，因此实际应用过程需要结合酸液体系和注水井储层情况。

　　关键词：低渗砂岩;酸化技术;深度酸化;酸液体系

　　Abstract: With the development of oilfield, the production of oil well is decl ining. In the past, acidizing or fracturing was used to increase production. In recent vears, due to the continuous improvement of technology, new stimulation measures have been used in major oil fields, the maturity of acid fracturing technology is getting higher and higher, and the new efficient deep acidizing technology has become a key research direction. In this paper, through a series of experiments, the acid-rock reaction and the optimization of acid solution formula were explored, and the research results were applied to field operations. By using the multi hydrogen acid system for experimental analysis, the effect of deep acidizing treatment was obtained, which can make up for the shortcomings of acidizing acid system of sandstone reservoir such as earth acid. At the same time, the implementation effect of deep acidizing technology in low permeability sandstone reservoir is also affected by the formation parameters of water injection well. Therefore, the actual application process needs to combine the acid system and the conditions of water injection well reservoir

　　Key words: Low permeability sandstone; Acidizing technology; Deep acidizing, Acid system

　　由于砂岩储层矿物较碳酸盐储层矿物要复杂得多，因此传统的酸化解堵实际应用效果不佳，此时低渗砂岩油藏深度酸化技术的完善和应用就成了必然的趋势[。目前各大油田在低渗砂岩油藏深度酸化技术的实施上已经有了大量的经验，随着深度酸化技术的广泛应用，给油田开发带来了巨大的经济效益[2]，众多研究成果结果表明，在某些条件下砂岩储层进行酸压之后砂岩岩心结构仍然完整，导济能力维持较好，有助于油田实现增产。一般而言，酸化是一项系统的工程，低渗油藏酸化更是工程中的难点所在，选井、酸液、施工、残酸返排多个技术环节对整个技术的优化都具有重要作用。低渗砂岩油藏油层多、层间产液不均、剩余油相对集中、油层的温度低、水型单一等多种因素影响下，低渗油田的酸化改造问题也比较严峻，但是低渗砂岩油藏的增产潜力大，因此根据实际情况采取相应的施工参数十分必要[5]

　　黄晖(2011)针对我国松辽盆地新民油田进入中高含水期、油层堵塞较为严重、重复酸化措施效果变差这一问题，从结垢机理、酸化工作液分析入手，从岩石的敏感性、酸化工作液体系、配方体系、酸化工艺参数设计、选井选层等方面着手研究，并在矿场应用过程中形成了一系列技术，创造了不少经济效益。

　　刘红现等(2005)曾进行过大量的酸压实验，主要目的是研究砂岩油藏非活性硝酸粉末液，实验顺利进行并发现非活性硝酸粉末液具有解除无机物堵塞、穿透深、二次污染小等优点，同时通过溶蚀实验、酸蚀裂缝导流能力实验等验证了在砂岩油藏进行酸压的可行性。

　　汤元春等(2014)对江苏油田的复杂小断块，独立地针对低渗砂岩油藏酸化工艺进行研究，与此同时细分为五大技术环节，最后通过系统工程结合具体油水井的特点进行优化组合与应用。

　　赵立强等(2008)针对砂岩储层酸压的工艺和酸液体系的应用进行了一系列的实验，并对现场的施工工艺进行了改进，通过多口井的试验之后取得了较好的增产效果。

　　综上所述，对于低渗砂岩油藏深度酸化技术在国内已经开展了大量的研究，当油田的产量逐渐减少的时候，酸化压裂作为常用增产方式被不断广泛应用[10。本文针对低渗砂岩油藏深度酸化技术的完善优化问题，在探究酸岩反应特征的基础上，重点分析了酸液配方优选方案，最终通过现场应用的情况反馈方案的优劣，并提出相应的措施建议["

　　1酸岩反应特征

　　1.1砂岩酸压特征

　　通过对酸岩反应的机理进行研究才能进一步确定影响酸岩反应的因素，最终实现酸化压裂的优化设计。砂岩储层矿物复杂，主要的成分是胶结物和砂粒。

　　土酸或者HF酸能够溶解砂岩储层中的硅质等胶结物，但是砂岩储层进行酸压需要具备一定的条件首先，要考虑酸蚀裂缝导流能力大小及分布会极大地影响酸压效果。其次，还要注意砂岩酸化后酸岩反应的储层剥落情况、二次沉淀等。最后，酸液的选择也是影响酸压成功与否的重要条件之一。

　　常规的酸化存在两大问题，首先是反应速度过快;其次是二次沉淀对地层产生了新的伤害。但是本文探究的多氢酸酸液体系就能够有效解决常规酸化出现的问题。多氢酸是一种新型的低渗砂岩储层酸化酸液体系。氟盐与特殊复合物发生氢化反应，在不同化学计量条件之下释放出多个氢离子，极强的吸附能力、分散性以及防垢性能使得多氢酸在增产措施当中脱颖而出，它不仅能够很好地控制硅酸盐沉淀，而且能保持地层的水湿性。

　　1.2酸岩化学反应

　　在HF酸注入储层之前一般会先注入盐酸进行预处理，目的是溶蚀部分碳酸盐岩以及避免地层水中的离子与HF酸反应产生沉淀。图1为菱铁矿和方解石矿物样本，盐酸与碳酸盐岩的反应包括：

　　在盐酸反应之后，整个酸化还要进行三次反应。一次反应是氢氟酸和铝硅酸盐的反应，准确来说是氢氟酸与黏土和长石进行反应，从实验数据来看整个反应过程氢氟酸与HF的浓度形成平方关系，图2为实验用氢氟酸样品。在一次反应之后，次生的氟硅酸会进一步与黏土和长石进行反应，形成硅凝胶沉淀，这个过程属于二次反应的内容。最后的第三次反应是含氟多的氟铝配合物与铝硅酸盐进行反应，其反应的速率往往与温度、反应时间息息相关。

　　2酸液配方优选

　　2.1 设计目的及要求

　　在进行简单的实验之后不难发现，以往采取的酸液对于砂岩储层的增产虽然具有一定的作用，但是经济效益会随着各种因素的变化而不断降低，因此提出新的优化酸液配方十分必要。

　　1)明确酸液选择的标准，包括矿物标准和酸液选择的一系列其他标准。其中要考虑的一个重要因素是酸液与岩石的配伍性，即随着地层与酸液接触的深入渗透率不下降。

　　2)关于酸液类型的研究要更加全面，包括常规酸中的盐酸、氢氟酸、氟硼酸、土酸等，并在室内试验的过程中形成科学的配方体系。

　　3)除此之外，还要明确酸液选择的方法和原则，即酸液能够高效地消除损害和提高渗透率。其次就是合理使用酸液添加剂以达到优化反应过程的目的，包括缓蚀剂、表面活性剂、增稠剂等。

　　2.2酸液选择标准

　　酸液选择标准包括矿物标准以及酸液的其他选择标准。矿物标准要考虑到地层敏感性、岩石结构。酸液选择的其他标准要考虑到渗透率、采出液、井的物理条件等。总的来说，酸液选择的标准要包括矿物组成、地层损害以及岩石物性、消除机理等条件。地层的敏感性主要由岩石的成分和结构决定;矿物的实际溶解度受岩石结构的影响;沉淀物产生的损害程度受渗透率的影响;地层的损害会受生成物溶解度与离子之间反应的影响，硅、铝、钾、钙等离子会在某一温度下沉淀，当超过了生成物的溶解度时，地层会受到损害。

　　2.3酸液类型

　　不同的酸液具有不同的形状和特点，能够针对砂岩储层的不同情况以及实际应用进行反应。低渗砂岩油藏深度酸化技术的改进离不开酸液类型的选择以及体系优化。在实验的过程中不难发现，盐酸比较适合用于处理砂岩储层中的灰质成分;氢氟酸与盐酸混合能够形成最普通的“土酸”，不同的比例应用于不同的地层矿物;氟硼酸有些时候能够代替土酸完成油气井的酸化作业(表1)，总而言之，根据不同类型的酸液特点能够在现场应用的过程中找到合适的配方体系。

　　2.4酸液添加剂

　　酸液体系的优化除了要考虑酸液的类型选择，还要根据实际应用的需要选择不同的添加剂辅助反应的进行，包括缓蚀剂、增稠剂等。缓蚀剂能够抑制阴极腐蚀、抑制阳极腐蚀以及在金属表面形成一层保护膜，进而减缓局部电池的腐蚀作用;表面活性剂可以降低酸液的表面张力，在井底附近地层能够吸附的数量大，酸岩的反应速度降低;增稠剂是为了降低酸液中氢离子向岩石的表面扩散速度，也是服务于酸岩反应速度的降低(表2)，不同的酸液添加剂在不同的油井反应中会发挥不同的作用，但总的来说都是为油藏的增产而服务。

　　2.5酸液配方优选

　　砂岩储层的一个重要特点是矿物含量变化大，需要通过室内实验才能进一步确定酸溶性体积。实验表明，酸液体系中的氢氟酸溶解能力随着酸浓度的变化而变化。低渗砂岩油藏深度酸化技术处理过程中最常用的酸液体系为氢氟酸体系，但是其存在的问题是氢氟酸与黏土矿物的反应迅速，酸液穿透的距离短，可能导致储层垮塌。因此，本文的实验还探究了氟硼酸、多氢酸、土酸与砂岩的反应情况。最终发现，多氢酸对于砂岩的矿物溶蚀能力远小于氢氟酸和土酸等酸液，溶蚀率随着反应时间的增加是缓慢上升的，由此可见多氢酸能够减少二次沉淀出现的几率。另外，本文还进行了不同温度下多氢酸与砂岩反应中H浓度的变化情况实验，高温条件下，多氢酸电离H'的性能显著增强(图3)。最后，为了探究不同酸液对于黏土的溶蚀情况，本文对不同的酸液都进行了黏土溶蚀率测试，结果表明多氢酸体系对黏土的溶蚀率是最低的，而且由于自身的物理吸附作用，多氢酸更加易于吸附在黏土表面。无论是处理胶结疏松的储层，还是黏土的溶蚀、多氢酸相较于其他酸液都有可取之处。

　　总的来说，多氢酸深度酸化的效果最佳，因此为了取得更好的酸化效果，建议在现场的油井作业中使用多氢酸酸液体系。

　　3 现场应用

　　经过一系列的实验，结合各类酸液类型的特点以及实验效果的反映，将前文的研究成果运用到现场，即在注水井1、注水井2和注水井3采用优化的多氢酸酸液体系。其中，重点关注注水井1和注水井2的参数对比。注水井1的储层岩样为岩屑长石石英砂岩，具体的石英质量分数在33%-70%之间，方解石质量分数为1.5%-4%;注水井2石英质量分数在30%-60%，白云石质量分数在1%-3%。注水井1酸压前日注水量为16 m，酸压后日注水量为24 m，注水井2酸压前日注水量为10m，，酸压后日注水量为25m'，酸压的时间为3个月，同时酸压过程中会详细记录注水压力。

　　表3为现场应用过程中3口注水井酸压效果数据对比。其中酸压前后注水压力对比、增注量与酸液的配比和用量相关联。到目前为止，除了3口注水井有明确的数据显示之外，其余还有注水井4和注水井5近期施工有待观察。

　　根据现场应用效果可以看出，针对部分注水井，酸化有些时候难以解决暂堵的问题，而酸压能够获得比较好的增注效果。只要裂缝导流能力是一个比较高的数值，那么可以考虑进行酸压改造。为了改善注水井参数，可以采用多氢酸体系进行酸压以获得深度处理效果，能够弥补土酸等砂岩储层酸化酸液体系的缺点，是目前来说比较科学的酸液体系，也是本文重点探究并推广的酸液选择。最后，注水并进行酸压比生产井酸压成功的几率更高。

　　4结束语

　　通过实验分析研发了新的深度酸化酸液体系，实验分析可得，多氢酸深度酸化的效果最佳，能够弥补土酸等砂岩储层酸化酸液体系的缺点，取得更好的酸化效果，具有一定的推广价值。除此之外，低渗砂岩油藏深度酸化技术的应用还要考虑作业过程中注水井的各项参数，之后合理地运用酸液体系才能实现最佳的增产效果。

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