长期以来，长庆油田受其主力油层三叠系长6油藏“三低”物性的限制，在开发过程中，主要采用了油井高强度压裂、稳产以精细注水为基础的技术对策。随着油田开发力度的加大，水驱能量的增加，以及压裂过程、水驱过程外来流体对储层可能会产生一些伤害，在油井的长期开采过程中带来一些新的问题，如在水驱过程中，往往造成地层中细小砂体的运移堵塞出油孔道，以及地层结垢污染出油孔道现象，造成出油孔道的堵塞污染[1, 2]。为此，有必要对含油储层(砂岩油藏)进行酸化处理，以恢复或改善地层的渗透性能，降低出油阻力，从而达到增产、增注的效果，以提高原油采收率。
在常规酸化施工过程中，由于酸岩反应速度快、穿透距离短，只能消除近井地带的伤害，对地层深部很难起作用，并且其增产有效期短，对于重复酸化的井，土酸处理的效果更差。为此在已有酸化技术的基础上，研制出针对长庆油田特点的，能提高酸液的缓速及抑制二次沉淀功能的酸液体系，以便增大酸液有效处理半径，解除地层深部伤害，延长措施有效期。这不仅能给长庆油田带来巨大的经济效益，同时对国内外低渗透低压油田的开发具有重大的指导意义。
针对上述问题，为了达到深部缓速酸化，以三氯化磷、丙酮、冰醋酸等为原料合成了一种新型有机酸——聚异丙烯膦酸(IPPA)。
聚异丙烯膦酸含有多个H+，在不同的pH值环境下可以逐步电离出H+。聚异丙烯膦酸在地层高温条件下，可以逐渐电离出H+，以提供充足的H+与地层堵塞物反应，达到酸化地层的目的[3]。聚异丙烯膦酸的电离反应式如下:
聚异丙烯膦酸具有阴离子表面活性剂的性能，在任何电性的岩石上均能吸附，粘土比表面积高且常含有钙、铁、铝等元素，膦酸分子很容易优先吸附在粘土表面形成厚度约为1 μm的覆盖膜，限制氢氟酸与粘土的反应。因此，聚异丙烯膦酸在地层中的总溶蚀速率得以降低，在向地层深部推进的同时，有效的酸岩反应能够在酸处理范围内均匀分布，而不集中发生在井壁附近。
将聚异丙烯膦酸配成质量浓度为5%、10%、15%和20%的酸液，分别对SiO2岩粉进行溶蚀率实验，酸化反应体系温度65℃，反应时间4 h。其实验结果见表 1。由表 1可知, 用聚异丙烯膦酸配成的酸液具有一定的缓速性能，但与土酸溶液相比，其对岩粉的溶蚀率要低很多，因此考虑在聚异丙烯膦酸酸液中加入一定浓度的盐酸和氢氟酸，来增加酸液体系的溶蚀能力。
分别配制酸液体系IPPA－1、IPPA－2和土酸，其中IPPA－1由3%HF和5%聚异丙烯膦酸组成; IPPA－2由3%HF、5%盐酸和5%聚异丙烯膦酸组成; 土酸由12%盐酸和3%HF组成。测定它们在65℃下反应4 h后，对长庆油田岩粉及粘土(膨润土)的溶蚀率，实验结果见图 1。
由图 1可知，反应初期, IPPA酸液对岩样的溶蚀率远远低于土酸的溶蚀率，随着反应时间的增加，IPPA酸液体系的溶蚀率逐渐增长加速，这组实验数据体现了IPPA酸液体系的缓速性能，其结果是IPPA酸液体系不会像土酸一样将酸液大量消耗在井筒附近，它能进入地层深部与岩石反应，有效提高低渗透储层的基质渗透率。
IPPA酸液体系以盐酸、聚异丙烯膦酸、氢氟化铵、甲酸为主酸，添加缓蚀剂和防膨剂等酸液添加剂组成，对其综合性能进行了测试。为验证酸液配方对长庆油田地层的适应性，进行了物理模拟实验，通过岩心流动实验，测定该酸液对岩心基质渗透率提高的幅度以及对堵塞解除的程度。
进行了IPPA酸液二次沉淀测定、界面张力测定、破乳率测定和腐蚀速率测定等实验，并与盐酸和常规土酸进行了对比，实验结果见表 2。
由表 2可见，IPPA酸液对泥浆具有很强的溶蚀能力，具有界面张力低、无二次沉淀、对施工管道腐蚀速率低等特点。
采用长庆靖安油田天然岩心，按标准处理后，挤入8 PV的IPPA酸液，反应10 h，测定反应前后岩心渗透率变化。实验数据见3。
由表 3可见，采用IPPA酸液处理后，岩心的渗透率提高率平均达98.12%，说明该解堵剂能有效提高长庆油田地层的渗透率，可满足长庆油田酸化解堵的需要。
采用长庆靖安油田天然岩心，正挤泥浆至压力升高2 MPa以上，然后注入5 PV的酸液，65℃下反应10 h后，测定反应后岩心渗透率，计算渗透率恢复率及提高率。实验数据见表 4。
从表 4可见，岩心堵塞后，采用IPPA酸液处理后岩心渗透率恢复率平均达128.94%，表明该解堵剂对泥浆具有较强的解除作用，同时还可以提高基质的渗透率。
物理模拟实验表明，IPPA酸化解堵剂对长庆油田天然岩心酸化和解堵效果较好，适合于该油田地层的酸化解堵。
自2008年10月以来，在靖安油田现场试验8口井，成功率90%，酸化后产液量由施工前的平均2.99 m3/d，上升到施工后的9.04 m3/d，产油量由施工前的平均0.88 m3/d，上升到施工后3.41 m3/d，平均单井日增油2.53 m3。具体应用效果如表 5所示。
(1) 利用缓速酸液实现深部处理。低渗透油层要达到经济开采，不但要解除堵塞，同时要对低渗透储层进行基质改造，大幅度提高渗透率，否则产能很难提高。这就要求酸液在性能上要有很大程度的提高，能够满足低渗储层的基质改造需要。所以配方上就要求采用缓速酸，施工规模上要求大型化，缓速酸化技术比较适合长庆油田的低渗透地层条件。
(2) 缓速酸酸化技术和暂堵技术的结合。长庆油田三叠系长6油藏除了具有低渗特性外，同时又具有非均质性极强特点，同一井位不同层位以及同一井位同一层位中，岩石渗透率值级差较大，进行常规酸化施工，往往会造成酸化过程中酸液的“指进”现象，而使酸液不能按设计方案进入低渗透层位或污染层位[4] 。因此，酸化作业中酸液的合理分流和驱替将是酸化成功的关键环节之一，暂堵酸化技术可以提高低渗透油层的动用程度、达到深部酸化的目的，在缓速酸液中加入暂堵剂将能更好地提高长庆油田酸化效果[5, 6]。
2010, Vol. 39 Issue (5): 439-441
2010, Vol. 39 Issue (5): 439-441