延長(zhǎng)油田注水井在線增注酸液體系評(píng)價(jià)與應(yīng)用

王海洲 ，羅然昊

（1.延長(zhǎng)油田股份有限公司志丹采油廠，陜西延安 717500；2.延長(zhǎng)油田股份有限公司研究中心，陜西延安 717600）

延長(zhǎng)油田某區(qū)塊開發(fā)層系以三疊系長(zhǎng)6 段為主，該區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖石類型以細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，含有少量的巖屑石英砂巖[1]。碎屑巖長(zhǎng)石含量為30.0%～51.2%，石英含量為18.0%～30.6%、黑云母含量為1.2%～20.0%，儲(chǔ)層整體物性較差，為細(xì)喉道低孔–低滲特低滲儲(chǔ)層，滲透率主要分布在0.1×10-3～2.0×10-3μm2，孔隙度主要分布在2.02 %～22.03 %[2–3]。在長(zhǎng)期注水開發(fā)過程中，因地質(zhì)和開發(fā)因素影響，地層中微粒運(yùn)移以及注水中懸浮物、水垢、機(jī)械雜質(zhì)、氫氧化物沉淀等導(dǎo)致地層出現(xiàn)不同程度的堵塞[4–6]，造成注水井注水壓力逐步增加，注水量逐年下降。對(duì)高壓欠注井降壓增注措施主要有酸化、壓裂、洗井等，但洗井效果不佳，壓裂施工復(fù)雜且周期長(zhǎng)，而在線酸化增注是快速有效的措施。常規(guī)酸化解堵施工程序依次為注入前置液、處理液、后置液三個(gè)階段[7]，酸化前后需要泄壓和排液，占井時(shí)間長(zhǎng)、有效期短、泄壓和排液造成油層激動(dòng)、激化微粒運(yùn)移等問題[8–9]。同時(shí)，常規(guī)土酸由12%HCl和3%HF組成，酸液進(jìn)入地層后與巖屑中的碳酸鹽質(zhì)、石英等在近井地帶快速反應(yīng)，在酸化過程中，易產(chǎn)生CaF2、Na2SiF6、Na3AlF6、Fe（OH）2、Fe（OH）3等二次、三次沉淀[10–11]，且隨反應(yīng)酸不斷消耗，pH值升高，進(jìn)一步增加沉淀產(chǎn)生的可能[12–13].。此外，酸化措施前，注水井需泄壓，起下管柱，措施后需要返排放噴，作業(yè)工序復(fù)雜。針對(duì)上述問題，確定研制酸化體系技術(shù)路線如下：選用鹽酸、氟硼酸、多元有機(jī)酸等進(jìn)行復(fù)配，以延緩酸液與地層反應(yīng)速率，增加酸蝕作用距離，避免巖石骨架過度溶蝕。在酸液體系中加入絡(luò)合金屬離子的螯合劑來抑制沉淀產(chǎn)生，措施后無需返排，簡(jiǎn)化酸化工序。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

通過將鹽酸、氟硼酸、多元有機(jī)酸、螯合劑、緩蝕劑等進(jìn)行復(fù)配，開發(fā)出一種新型增注酸液XYLS–1體系并進(jìn)行性能測(cè)試。

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

鹽酸：質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%～38%，分析純，濟(jì)南天泰化工有限公司；氫氟酸：質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%，分析純，濟(jì)南天泰化工有限公司；CaCO3、NaSiO3·9H2O：分析純，亞泰聯(lián)合化工有限公司；FeCl3·6H2O、AlCl3·6H2O：分析純，上海彤源化工有限公司；巖心：延長(zhǎng)油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂巖巖心；N80掛片：西化儀科技有限公司；水浴鍋：室溫至100 ℃，±1 ℃，南通華泰試驗(yàn)儀器公司；電子天平：0.000 1 g，上海精密儀器儀表有限公司；數(shù)顯游標(biāo)卡尺：0.01 mm，德清盛泰芯電子科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

評(píng)價(jià)巖心溶蝕率：采用延長(zhǎng)油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖心，粉碎后過孔徑0.45 mm的實(shí)驗(yàn)篩，取2.5 g篩后巖樣、50 mL增注酸XYLS–1，依據(jù)SY/T5886–2012《緩速酸性能評(píng)價(jià)方法》在60 ℃下分別評(píng)價(jià)常規(guī)土酸和增注酸XYLS–1的巖心溶蝕率。

評(píng)價(jià)對(duì)CaF2抑制率：分別取20 mL土酸、增注酸XYLS–1，加入3.5 g碳酸鈣，隨后放入60 ℃下加熱2 h后，過濾烘干，稱取沉淀質(zhì)量。

評(píng)價(jià)對(duì)Na2SiF6抑制率：分別取20 mL土酸、增注酸XYLS–1，加入1 mol/L的硅酸鈉溶液2 mL，隨后在60 ℃下加熱2 h，過濾烘干，稱取沉淀質(zhì)量。

評(píng)價(jià)對(duì)Na3AlF6抑制率：分別取20 mL土酸、增注酸XYLS–1，加入2 g氯化鋁，然后加入1 mol/L的氫氧化鈉溶液5 mL，隨后放入60 ℃下加熱2 h，過濾烘干，稱取沉淀質(zhì)量。

評(píng)價(jià)對(duì)Fe（OH）3抑制率：分別取20 mL土酸、增注酸XYLS–1，將酸液pH值調(diào)至1，然后加入0.5 mol/L的氯化鐵溶液5 mL，隨后放入60 ℃下加熱2 h，過濾烘干，稱取沉淀質(zhì)量。

緩蝕性能評(píng)價(jià)：采用N80掛片，根據(jù)SY/T 5405–1996《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》評(píng)價(jià)不同酸液體系在60 ℃的腐蝕速率。

地層水配伍性評(píng)價(jià)：依據(jù)《SY/T 5523–2016 油田水分析方法》分析延長(zhǎng)油田試驗(yàn)區(qū)塊長(zhǎng)6儲(chǔ)層水主要離子，并與增注酸XYLS–1分別按照1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、5∶1、4∶1、3∶1、2∶1混合后，在60 ℃下放置72 h，觀察沉淀產(chǎn)生情況。

1.3 沉淀抑制率計(jì)算公式

CaF2、Na2SiF6、Na3AlF6、Fe（OH）3等沉淀抑制率按如下公式計(jì)算：

式中：w為沉淀抑制率，%；m1為在土酸溶液中產(chǎn)生的沉淀量，g；m2為在增注酸XYLS–1溶液中產(chǎn)生的沉淀量，g。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 巖心溶蝕率

常規(guī)土酸和增注酸XYLS–1在60 ℃下的巖心溶蝕率實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 兩種酸液體系的巖心溶蝕率

由表1可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，兩種酸液體系的溶蝕率均增加，但增加幅度逐漸減小。土酸反應(yīng)15 min時(shí)，溶蝕率為30.07%；反應(yīng)45 h時(shí)，溶蝕率為43.08%。增注酸XYLS–1反應(yīng)15 min時(shí)，溶蝕率為21.60%；反應(yīng)4 h時(shí)，溶蝕率為31.79%。結(jié)果表明，相同反應(yīng)時(shí)間下，增注酸XYLS–1的溶蝕率低于土酸，表現(xiàn)出較好的緩速性能，能延長(zhǎng)酸液和地層的有效作用時(shí)間。

2.2 沉淀抑制率

2.2.1 對(duì)CaF2抑制率

常規(guī)土酸、增注酸XYLS–1對(duì)CaF2沉淀抑制率實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可知，增注酸XYLS–1與鈣離子反應(yīng)后產(chǎn)生沉淀明顯低于常規(guī)土酸，對(duì)CaF2的抑制率為95.32%，沉淀抑制性能良好，由于酸液體系中主劑含有多個(gè)羥基、磷酸基，可以和金屬離子配位[4]，產(chǎn)生多核絡(luò)合物，與鈣離子形成了穩(wěn)定的、可溶解的絡(luò)合物，抑制沉淀產(chǎn)生，具有較好的阻垢抑垢性能。

表2 對(duì)CaF2抑制性能

2.2.2 對(duì)Na2SiF6抑制率

常規(guī)土酸、增注酸XYLS–1對(duì)Na2SiF6沉淀抑制率實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可知，增注酸XYLS–1體系與硅酸鹽反應(yīng)后產(chǎn)生的沉淀遠(yuǎn)低于常規(guī)土酸，對(duì)Na2SiF6的抑制率為84.72%。主要由于常規(guī)土酸中HF含量高，HF與鋁硅酸（黏土和長(zhǎng)石） 反應(yīng)生產(chǎn)SiF4，但隨著酸化作業(yè)的進(jìn)行，HF與SiF4反應(yīng)生成H2SiF6、H2SiF6繼續(xù)與黏土礦物反應(yīng)，生成硅凝膠沉淀等，形成二次反應(yīng)沉淀物。而增注酸XYLS–1體系中HF是在酸化過程中緩慢釋放產(chǎn)生的，因此，可有效地避免產(chǎn)生二次沉淀，沉淀抑制性能良好。

表3 對(duì)Na2SiF6抑制性能

2.2.3 對(duì)Na3AlF6抑制率

常規(guī)土酸、增注酸XYLS–1對(duì)Na3AlF6沉淀抑制率實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知，增注酸XYLS–1與鋁離子反應(yīng)后產(chǎn)生沉淀低于常規(guī)土酸，對(duì)Na3AlF6的抑制率為89.74%，能有效地防止砂巖酸化施工中Na3AlF6沉淀的產(chǎn)生，避免儲(chǔ)層堵塞。

表4 對(duì)Na3AlF6抑制性能

2.2.4 對(duì)Fe（OH）3抑制率

常規(guī)土酸、增注酸XYLS–1對(duì)Fe（OH）3沉淀抑制率實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。當(dāng)酸液pH值調(diào)至1時(shí)，在增注酸XYLS–1溶液中，F(xiàn)e（OH）3產(chǎn)生的量遠(yuǎn)低于常規(guī)土酸，增注酸XYLS–1對(duì)Fe（OH）3的抑制率為98.87%，由于酸液體系中高效螯合劑與鐵離子絡(luò)合，抑制沉淀效果好，在酸化施工中可有效避免后期反應(yīng)殘液pH值升高而產(chǎn)生Fe（OH）3沉淀。

表5 對(duì)Fe（OH）3抑制性能

2.3 與地層水的配伍性評(píng)價(jià)

長(zhǎng)6儲(chǔ)層地層水離子分析結(jié)果如表6所示。由表6可知，長(zhǎng)6儲(chǔ)層水總礦化度為66 777.29 mg/L，屬于CaCl2水型，評(píng)價(jià)與地層水配伍性實(shí)驗(yàn)中，長(zhǎng)6儲(chǔ)層水與增注酸XYLS–1與地層水按不同比例混合后，混合液無分層、無渾濁、無沉淀，說明配伍性良好，能夠有效避免酸液進(jìn)入地層后產(chǎn)生渾濁、沉淀后傷害儲(chǔ)層。

表6 長(zhǎng)6儲(chǔ)層地層水離子分析

2.4 緩蝕性能

酸化增注增產(chǎn)過程中要求酸液具有一定的防腐蝕性，常規(guī)土酸和增注酸XYLS–1同時(shí)復(fù)配緩蝕劑，常規(guī)土酸和增注酸XYLS–1對(duì)N80管材的腐蝕速率如表7所示。由表7可知，該增注酸XYLS–1對(duì)N80管材的腐蝕速率明顯低于常規(guī)土酸，遠(yuǎn)低于行業(yè)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)3 g/（m2·h），具有良好的緩蝕性能，避免酸化施工過程中酸液對(duì)注水設(shè)備及管材的腐蝕。

表7 不同酸液體系的腐蝕性能

2.5 巖心流動(dòng)酸化評(píng)價(jià)

選用延長(zhǎng)油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步評(píng)價(jià)酸化效果，用模擬地層水飽和巖心，實(shí)驗(yàn)溫度為60 ℃，巖心圍壓為2.5 MPa，用模擬地層水驅(qū)替10倍孔隙體積，并測(cè)巖心滲透率（K），隨后注5倍孔隙體積增注酸XYLS–1，注酸結(jié)束，關(guān)閉2 h后用模擬地層水驅(qū)酸，待驅(qū)替狀態(tài)穩(wěn)定后結(jié)束。注酸后巖心滲透率變化結(jié)果見表8。由表8可知，注入增注酸XYLS–1后巖心滲透率逐步升高，1號(hào)巖心注酸后滲透率增加為原來的10.663倍，2號(hào)巖心滲透率增加到原來的1.818倍，說明巖心酸化改造效果顯著。

表8 注酸前后巖心滲透率的變化

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

永X井位于何川沙盤子區(qū)長(zhǎng)6油藏東部，于2012年底壓裂投產(chǎn)，投產(chǎn)初期日產(chǎn)油2.2 t，因自然能量衰減，2014年底，該井轉(zhuǎn)注，轉(zhuǎn)注后注入正常。2015年底該井注水壓力逐步上升，2018年出現(xiàn)欠注問題，目前油壓20.8 MPa，套壓20.8 MPa，日注水4.0 m3，日均欠注16.0 m3。為補(bǔ)充區(qū)域地層能量，提高水驅(qū)開發(fā)效果，采用新研發(fā)的增注酸XYLS–1體系對(duì)該井實(shí)施降壓增注，恢復(fù)注水能力。

該井采用泵酸撬進(jìn)行在線酸化施工，設(shè)計(jì)酸液10 m3，將酸液與注入水按照1∶1比例泵注，泵注酸液排量為1.2 m3/h，泵注清水流量為1.2 m3/h，施工過程中壓力先由17 MPa上升至21 MPa，然后降至16.6 MPa，實(shí)際注酸10.0 m3，注水9.7 m3。酸液泵注結(jié)束后不停注、不返排，繼續(xù)注水?，F(xiàn)場(chǎng)施工曲線如圖1所示。該井措施后，注水油壓為16.6 MPa，壓力下降4.2 MPa，實(shí)際注水為20.0 m3/d，增注16.0 m3，現(xiàn)場(chǎng)達(dá)到配注要求?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后6個(gè)月累計(jì)注入3.49×10 m3，平均日注入19.4 m3，注入效果良好。

圖1 永X井在線酸化施工曲線

4 結(jié)論

（1）研制的注水井在線酸化體系增注酸XYLS–1具有良好的緩速和緩蝕作用，60 ℃下，反應(yīng)4 h，增注酸XYLS–1溶蝕率為31.79%，對(duì)N80鋼材的腐蝕速率為0.6381g/（m2·h），遠(yuǎn)小于行業(yè)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)3g/（m2·h）。

（2）新型增注酸XYLS–1體系具有良好的二次、三次沉淀抑制性能。對(duì)CaF2、Na3AlF6、 Na2SiF6、Fe（OH）3等沉淀的抑制率均大于84%，巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)效果良好。

（3）新型增注酸XYLS–1體系對(duì)延長(zhǎng)油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層高壓欠注井在線酸化后，注水壓力下降4.2 MPa，日注水量增加16 m3，達(dá)到配注要求，降壓增注效果顯著，且酸化后無需返排，簡(jiǎn)化了施工工序。