一种泡沫酸对碳酸盐岩油气层的酸化作用.pdf

第 2 5卷 第 3 期 2 0 0 8年 5月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LLI NG F LUI D ＆ COMPLETI ON FLUI D Vo l _ 25 NO． 3 M a y 2 0 0 8 文 章编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 8 0 3 0 0 7 卜O 3 一 种泡沫酸对碳酸盐岩油气层的酸化作用 尧艳 陈大钧 熊颖 西南石油大学化学化工学院 ， 四川成都 摘要 通过对不同种类表面活性剂起泡能力和高分子泡沫稳定性 的比较 ， 筛选 出 了适 合碳酸盐 岩泡沫酸化 的 起 泡剂氯代 十六烷基 吡啶和 稳泡剂 P VA， 研 制 出 了一种 新型的泡 沫酸体 系配方 ， 并对 其性 能进行 了室 内评价 ， 探 讨 了泡沫酸对碳 酸盐岩 的酸岩反 应机 理。实验结果表 明， 泡沫 酸与普通液相 酸液体 系相 比， 酸岩 反应速率 较慢 ， 单 位 时间内的岩心溶蚀量较低 ， 缓速作用 明显 ， 具 有转向酸化和 缓速 酸化的优 点； 该 泡沫酸液体 系 的性 能指 标符合要 求， 使用温度为 6 O ～9 0℃ ， 体 系稳定 ， 对酸岩反应有 良好 的缓速作用 ， 有利于延长酸化有效作用距 离。 关键词 泡沫酸 酸化 防止地 层损 害 增产措施 碳酸盐岩 中图分类号 TE 3 5 7 ． 2 文献标识码 A 酸化 是油 气 田开 发 过 程 中 的一 项 重 要增 产 、 增 注 措施 。 由于重复作 业 及储层 非均 质性 等 因素 的影 响， 在常规酸化过程 中酸液优先进入高渗透层 ， 而低 渗 透层或 堵塞 严重 地 层 不 能进 酸或 进 酸 太 少 ， 致 使 高渗透层吸酸过多， 而低渗透层得不到改善。泡沫 酸是将液态酸液与泡沫流体相 结合的一种 酸液体 系 ， 具 有黏 度高 、 滤失 量小 、 管 内流动 摩 阻低 、 缓 蚀作 用 强 、 有效 作用距 离 远 、 对储 层 损 害 小 、 酸 化 后 易 返 排、 携带酸不溶物的能力强等优点- 2 ] ， 有利于清洗裂 缝通 道 ， 提 高低压 、 低 渗储层 的 渗透率 和解 决排 液难 等 问题 。以盐 酸 、 阳离 子 表 面活 性 剂 和 合 成 高 聚物 为基础 配方 ， 研制 出 了一种泡 沫 酸体 系 ， 并 对其 性能 进行 了评价 。结 果表 明 该 泡 沫 酸 具 一 定 耐温 耐 盐 性 ， 能显 著 降低岩 心 的 溶 蚀率 ， 减 缓 酸岩 反 应 速 率 ， 增大酸液有效作用距离 ， 提高低渗透层渗透率。 1 实 验 部 分 1 ． 1 泡沫酸配方 1 ． 1 ． 1 酸 浓度 的确 定 称取 一定 量 的碳 酸盐 岩 粉 末 粒 径 不 大 于 1 6 0 m ， 加 入 足 量 的 盐 酸 中 ， 在 常 压 下 静 态 反 应 4 h 后。将反应剩余的碳酸盐岩粉末依次用乏酸 、 蒸馏 水冲洗 、 过滤 、 干燥 1 1 0℃ 后称量记重 。根据反应 前、 后碳酸盐岩粉末质量计算盐 酸对碳酸盐岩的溶 蚀 率 ， 并 以此 来 确定 盐 酸 的最 佳 反 应 浓度 。盐 酸浓 度 与碳 酸盐 岩溶蚀 率 的关 系见 图 1 。 ＼ 褂 基 建 谨 盐酸浓度／ ％ 图 1 盐酸浓度与碳酸盐岩溶蚀率 的关系 由图 1看出， 随着盐酸浓度的增大 ， 碳酸盐岩的 溶 蚀 率逐 渐增 大 ， 达 到一 定程 度后 趋于 平缓 ， 继续 增 大盐酸浓度， 碳酸盐岩的溶蚀率略有减小。因为初 始时 ， 盐酸浓度增大 ， 溶液 中的 H 增多， 更多的 H 与碳 酸盐 岩 表 面 接 触 ， 增 大 了碳 酸 盐 岩 的 溶 蚀 率 。 随着酸岩反应 的进 行， 产生的大量盐类增大了酸液 的黏度 ， H 向碳酸盐岩表面的扩散受到抑制 ， 使碳 酸盐岩 的溶蚀 率 略 有 下 降 。在 盐 酸 浓度 相 同时 ， 碳 酸盐岩在 9 o℃时的溶蚀率高于 6 o℃， 因为高温对 酸 岩反应 有利 。在 盐 酸浓度 为 1 4 ％时 ， 碳 酸 盐岩 的 溶蚀率最大， 因此将盐酸的浓度确定 为 1 4 。 1 ． 1 ． 2起泡剂 的 优选 起泡 剂 的起 泡 能力 和稳 定性 见表 1 。 第一作 者简介 尧艳 ， 1 9 8 2年生， 西 南石 油大 学在读硕 士研 究生， 主要从事压 裂酸化液及 油 田化 学 品方面 的研 究。地址 四川省成都市新都 区西南石油大学研究生院 ； 邮政编 码 6 1 0 5 0 0 ； 电话 1 3 8 8 0 6 9 1 1 5 7 ； E ma i l g g y y k i k i s i n a ． c o rn。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 5月 表 1 各种起泡剂的起泡能力及稳定性 注 起泡剂浓 度为 o ． 2 ， 温度为 9 O℃。 从 表 1 可 以 看 出 ， 阳离 子 型表 面 活性 剂起 泡 效 果好 ， 而 阴离子 表面活性 剂 在酸 中不 稳定 ， 产 生水 解 或者与氢离子结合， 从而失去了表面活性 ， 甚至不能 产生气泡。氯代十六烷基毗啶和十六烷基三甲基溴 化铵的起泡能力和稳泡能力与其浓度的关系见 图 2 和图 3 。 舀 ＼ 螳 鼎 暑 目 ＼ 踩 起泡剂浓度／ ％ 图 2 起泡体积与起泡剂浓度关 系 起泡剂浓度／ ％ 图 3 半衰期与起泡剂浓度的关系 从 图 2和 图 3可 以看 出 ， 随着 起 泡 剂浓 度 的增 大 ， 起泡 体积 和泡 沫半衰期 均 逐渐增 大 ， 当起 泡 剂浓 度 大 于一 定 值 约 为 1 ． 0 ％ 时 ， 起 泡 体积 和 泡 沫 半 衰 期均趋 于平 稳 。这 是 由于 随 着起 泡剂 浓 度 增 加 ， 泡沫 表 面黏度逐 渐增 大 ， 使 得泡 沫更 加稳 定 ， 起泡 体 积增大， 泡沫半衰期增大。继续增大起泡剂浓度， 使 得起 泡剂在 泡沫 液膜 表面 的浓度 过大 ， 密 度增 大 ， 液 膜排液趋势增加 ， 最终引起 泡沫酸稳定性下降口 ] 。 因此 ， 泡沫 酸 的起 泡 剂 浓 度 确 定 为 1 ． 0 。且 在 相 同条件下， 氯代十六烷基吡啶的起泡能力和稳泡性 能 均优 于十六 烷 基 三 甲基 溴 化 铵 ， 因此 将泡 沫 酸 的 起泡剂确定为氯代十六烷基毗啶。 1 ． 1 ． 3稳 泡剂 的优选 以 1 4 ％盐 酸 1 ． o ％氯代十六 烷基 吡啶为 基 液 ， P VA、 C MC和 HP MC为稳泡剂 ， 考察 了 3种稳 泡 剂浓度 对泡 沫半衰 期 的影响 ， 实验结 果见 图 4 。 ．詈 舀 ＼ 踩 懈 鼎 稳泡剂浓度／ ％ 图 4 泡沫半 衰期 与稳泡剂浓度 的关系 从 图 4可 以看 出， P VA 的泡 沫 半衰 期 随稳 泡剂 用量 的 增 加 呈 稳 定 直 线 上 升 趋 势 ， 而 C MC 和 HP MC的泡沫 半衰期 则呈 抛物 线下 降 ， 故选 用 P VA 作该 泡沫 酸体 系 的稳泡剂 。结合 现 场实 践 经验 与性 价 比将 P V A用量确定为 2 ． 0 。P VA是合成高聚 物 ， 链 上带 有许 多羟 基 ， 易 溶于水 ， 并 与水 形 成氢键 ， 故分 子间 作用力 大 ， 具 有增 加液 相黏 度 的作用 ， 在 酸 液中较稳定， 泡沫半衰期较长⋯。根据以上实验， 可 将泡 沫酸 基本配 方确定 如下 。 1 4 HC 1 1 ． 0 氯 代 十 六 烷 基 吡 啶 2 ． 0 PVA 1 ． 2 泡沫酸性能评价 1 ． 2 ． 1抗温 性 在 不 同温 度 下 ， 测 定确 定 出 的泡 沫 酸 的抗 温 性 能 ， 结果 见 图 5 。 ．三 鲁 ＼ 蠖 赠 图 5 温度与泡沫半衰期关系 由图 5可以 看 出 ， 在 6 O ～9 O℃内 ， 温 度对 泡 沫 半 衰期 的影 响 不 大 ， 但超 过 9 O ℃后 ， 泡 沫 稳 定性 明 显 下降 ， 故确定 该泡沫 酸 的适用 温度 为 6 O ～9 0℃。 1 ． 2 ． 2 抗盐性 配制不 同矿化 度 m Na C I m C a C I 一 4 1 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 3期 尧艳 等 一种 泡沫酸 对碳 酸盐岩 油 气层 的酸化 作 用 7 3 的模 拟 地 层 水 ， 在 6 0。 C恒 温 下 评 价 泡 沫 酸 的抗 盐P VA 性， 结果见图 。 2 机 理探 讨 3 5 ．曼 3 O 2 5 羹 2 0 1 O 5 O 矿化度／ g ／ L 图 6矿化度与泡沫半衰期关系 由图 6可 以看 出 ， 随着 矿化度 的升 高 ， 泡 沫 半 衰 期 逐渐 减小 。这是 由于无机 离子 浓 度 的增 大加 强 了 对 泡沫液 膜双 电层 的压缩 作用 ， 使 胶 团 聚集 数增 加 ， 泡沫稳定 性 能下 降 。 1 ． 2 ． 3不 同酸 液体 系岩 心溶 蚀量 比较 分别将 一定 规格 的碳 酸盐 岩样 浸 没 于盐 酸 和土 酸体 系 中 ， 而把 相 同规 格 的岩 样 悬 挂 在 泡 沫 酸 体 系 液面 上 ， 并从 容 器底部 通 入氮气 进行 发泡 ， 保 证上 升 的泡 沫能 浸没 整 块 岩样 。在 6 O C恒 温 下 测 岩 样 的 溶蚀量 ， 结果见图 7 。 商 缝 反 应 时 J 司／ h 图 7 不同酸液 体系的岩样溶蚀量 从 图 7可 以看 出 ， 泡 沫 酸 体 系 的 酸 岩 反 应 速率 低 于普通 的液 相 酸 液体 系 ； 泡 沫 酸 在 酸 化 过 程 中具 有缓 速作 用 ， 延 长 了单位 体积 岩 石 的酸 化反 应 时 间 ， 从而 提高 了酸 液 的有 效 作 用 距 离 ， 使 酸 液 可作 用 于 低渗 透层或 更深 远地 层 。其基 本配 方如 下 。 盐 酸体 系 1 4 ％盐 酸 1 ． 5 9 ／ 5 冰 醋 酸 1 ． 0 CT1 3 土 酸体 系 1 4 盐 酸 2 ． 0 ％氢 氟 酸 1 ． 5 ％冰 醋 酸 1 ． 0 C T1 3 泡沫 酸体 系 1 4 9 ／ 5 盐 酸 1 ． 5 ％冰 醋酸 1 ． 0 氯 代十 六 烷 基 吡 啶 1 ． 0 ％缓 释 剂 C T1 3 2 ． 0 泡沫酸是 由酸 、 气 体 N 或 C O 和起 泡剂 配 制 而成的气液混 合体系 。在地 层 毛细管 压力 作用 下 ， 泡 沫先在高渗 透 层 喉道 中产 生气 阻 效应 ， 使 其封 堵 ， 从而使酸液转向低渗透层与岩石反应 ， 形成更多的溶 蚀通 道 ， 起 到转 向酸化 的 作用 。另 外 ， 在 泡 沫 酸体 系 中 ， H 只能通 过外相 向岩石 表 面传播 ， 泡沫 的表观 黏 度越 大 ， 其界 面扩 散 速 度越慢 ， 造 成 泡沫 酸 的溶 蚀 反 应速率比液相酸液体系中的低； 而内相中的氮气不参 加反应 ， 占据较 大 空 间 ， 使 单位 面 积岩 样 上接 触 到 的 H 少 ， 溶蚀率低 ， 起 到缓速 酸化的 目的。 3 结 论 与 建 议 1 ．通过 配方 优选 实 验 ， 研 制 出 了一 种新 型 的泡 沫酸 液体 系 1 4 9 ／ 5 HC 1 1 ． 0 氯 代十 六烷 基 吡 啶 2 ． 0 ％P VA。 2 ．泡沫 酸评 价实 验表 明 泡 沫 酸 与普 通 液 相 酸 液 体 系相 比 ， 酸 岩反应 速率 较慢 ， 单 位 时 间 内的岩 心 溶 蚀量 较低 ， 缓速 作用 明显 ， 具有 转 向酸 化 和缓 速酸 化 的优 点 。 3 ．泡 沫酸 的酸 岩反 应 属 复相 系 统 反 应 ， 反应 速 率主要受 H 传质速度的影响。 4 ．考察 泡沫 酸体 系 与 各 种酸 化 添加 剂 如缓 蚀 剂 、 铁离子 稳定 剂 、 助排 剂等 的 配伍 性 ， 完善 泡 沫酸 体 系配方 。 5 ．进一 步研 究 泡 沫 酸 的酸 岩 反 应 机 理 和影 响 酸 岩反应 速 率 的因素 ， 提 高酸作 用距 离 和酸化效 果 。 参 考 文 献 [ 1 ] 李宾 飞． 泡沫酸酸化技术及其 在气井酸化 中的应用． 天 然气 工业 ， 2 0 0 6 ， 2 6 1 2 1 3 0 1 3 2 C 2 ] 李克 向． 保护 油气层 钻井 完井技 术． 北京 ； 石 油工业 出 版社 ， 1 9 9 3 C 3 ] 张绍东． 泡沫酸配方室 内试验 研究． 钻采工艺 ， 2 0 0 6 ， 2 9 5 9 9 1 01 C 4 ] 李晓 军． 泡 沫酸 稳定 性 研究． 石油 钻 采工 艺 ， 1 9 8 5 ， 1 2 2 7 7 81 C 5 ] 郑延成 ， 郭稚孤． 低 渗透 地层酸化 改造进展． 河南化工 ， 2 0 00， 4 3 - 5 收稿 日期 2 0 0 7 一 l 1 1 9 ； HGF 0 8 3 A8 ； 编辑 张炳 芹 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m