常规酸化作业需要在注水井停注的情况下，多段塞多次注入不同工作液体系，多井次的常规酸化作业存在酸化作业时间长、作业程序复杂、作业环境要求高、动复原麻烦和协调难度大等问题。同时，需动用大量酸罐、管汇等庞大设备，进行频繁的酸化解堵作业，不仅费时费力，费用昂贵，而且进行多井次、多层次酸化作业时，常规酸化模式往往存在注液过程复杂、注液量大及酸化作业过程中停注影响正常注水作业等问题[1-2]。经过近几年的技术攻关，提出了一种新的酸化工艺即单步法酸化。2004年，U.Chike等[3]首先提出单步法酸化工艺。此后，C.Uchendu等[4-5]研制出了含HV螯合剂的单步法酸液体系，并成功地应用到尼日尔三角洲砂岩储层及印度海岸气井单步法基质酸化过程中，酸化效果显著。此外，Phil Rae等[6]在菲律宾对地热井也成功地进行了单步法酸化。经过不断的发展，H.A.Nasr-El-Din、Ahmed M.Gomaa等[7-10]研究了不同的单步法酸液体系，如螯合酸液体系、有机缓速酸液体系等，总体上单步法酸液体系必须能够有效地抑制二、三次沉淀，从而成功实现砂岩储层单步法酸化工艺。
本研究提出一种单步法在线酸化技术，该技术的核心在于酸液体系能够替代常规酸化的三段液体，集前置液、处理液、后置液的所有功效于一体，与注入水、采出水具有很好的配伍性，具有缓速、缓蚀、低伤害等特性的同时稳定黏土，不破坏岩石骨架结构。基于这些性能要求，提出一种新型单步法酸液，即——G-智能复合酸体系。该体系不仅具有以上的性能优点，能够“以一代三”，同时，酸液体系具有高效抑制二、三次沉淀能力，且体系中加入了高效有机溶剂。由于储层堵塞物一般为有机与无机相互混合包裹，此时酸液与有机溶剂共同作用，使解堵效果更为显著。
注入水、采出水取自渤海某油田；G-智能复合酸，自行研制；酸液添加剂，四川省成都安实得石油科技开发有限公司；金属离子指示剂，成都科龙化学厂；Cr13钢片，山东省阳信县晟鑫科技有限公司。
配伍性实验采用加热静置方法；对钙、镁、铁离子的螯合能力根据螯合剂的性能评价标准采用化学滴定的方法测定；缓速性能研究采用溶蚀实验；腐蚀速率测定根据国家行业标准进行。
注水井单步法在线酸化技术是将酸液泵入注水流程，随注入水一起进入储层。因此，需要考虑酸液与注入水、采出水配伍性。由此设计实验，将酸液分别与注入水、采出水按体积比(V(酸液):V(采出水/注入水))1:1、1:3、1:5、3:1、5:1相互混合，分别在室温和90 ℃的条件下静置2 h, 观察其配伍性，如图 1和图 2所示。
通过实验发现，酸液体系在室温与90 ℃下反应前配伍性很好，反应2 h后没有产生沉淀与浑浊。其中，酸液与注入水90 ℃下反应2 h后颜色变浅，酸液与采出水按体积比1:3、1:5，90 ℃下反应2 h后，颜色加深，但没有产生浑浊。总体来说，酸液体系与注入水、采出水配伍性良好，能够满足注入水伴注单步酸液体系要求。
在砂岩酸化过程中，很容易产生二次、三次沉淀。单步法酸液体系对酸液的抑制沉淀能力提出了更高的要求。G-智能复合酸是一种氨基酸类有机螯合酸，其与金属离子之间相互作用是一种螯合反应[11]。氨基酸中给电子的羰基氧以及氨基氮可与金属离子进行配位，形成一种五元或者六元环，一般氨基酸与金属离子形成的螯合物为五元环，这种结构的化学稳定性很好。此外，螯合剂由于其特殊的结构可形成多层吸附，提高了对金属离子的吸附能力，进一步阻碍金属离子与其他离子结合而形成大量沉淀。砂岩反应过程中产生的沉淀主要为金属氟化物、氢氧化物、硅酸盐等，产生的沉淀往往与金属离子有关，G-智能复合酸通过对金属离子的螯合作用，发挥对沉淀的抑制作用。为此，在室内开展了酸液对金属离子螯合能力的测试，见表 1。
由表 1可知，G-智能复合酸对金属离子的螯合能力很强，金属离子与螯合剂络合成稳定的环状结构。随着反应的进行，酸液的pH值不断升高，在酸化后期，当溶液pH值上升后，Fe(OH)3在pH值大于2.2的溶液中就开始沉淀。而螯合剂的优势还在于，在较高的pH值下，其螯合能力也会有所提高。因此，G-智能复合酸液有很好的抑制沉淀能力，能够满足单步法酸化的要求。
R.D.Gdanski于2000年[12]提出由于酸岩二次反应速度快，储层矿物组成复杂，砂岩酸化采用土酸体系存在很高风险。在高温条件下，这种风险会扩大化。同时，由于酸液会破坏伊利石与绿泥石结构，导致其发生严重的微粒运移，酸液对黏土矿物的过度溶蚀会引起岩石骨架结构的破坏与严重的微粒运移。因此，将土酸与G-智能复合酸对黏土矿物的溶蚀率进行对比。
结果(图 3和图 4)表明，土酸对多种黏土的溶蚀率均表现出很强的溶解性，0.5 h时，对黏土的溶蚀率可高达22.4%；在1 h时，达到最大值29.8%；在2 h时，对高岭石的溶蚀率甚至达到了45%。土酸对黏土的溶蚀率极高，反应速度过快，一般在反应初始阶段就反应完全。G-智能复合酸能够发生多级电离，不断释放出H+，对黏土矿物的溶蚀率较低，大部分都在30%以下。相比于土酸较慢、较弱，且在4 h的反应过程中，对黏土矿物的溶蚀率不断上升。G-智能复合酸具有良好的缓速性能，且能有效保证储层胶结物的完整性，防止因黏土被过度溶蚀而产生的微粒运移堵塞储层，同时，有利于储层的深部酸化。
酸化作业要求酸液具有低的腐蚀速率，以减小对管柱的腐蚀。图 5和图 6分别为在相同缓蚀剂加量下，G-智能复合酸液与土酸在高温下对N80钢片的腐蚀情况。
90 ℃下，G-智能复合酸体系对N80钢片腐蚀速率小于3 g/m2·h，土酸对N80钢片的腐蚀速率大于3 g/m2·h；140 ℃下，G-智能复合酸的腐蚀速率小于22 g/m2·h，土酸的腐蚀速率大于30 g/m2·h。90 ℃及140 ℃条件下，G-智能复合酸钢片腐蚀均匀，没有出现点蚀、坑蚀现象，而土酸腐蚀出现了明显的坑蚀及点蚀情况。参考SY/T 5405-1996《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价措标》，在140 ℃下，G-智能酸液体系对钢片腐蚀速率达到国家一级标准。
为验证设计的酸液体系是否有效，通过酸化流动效果评价酸液对污染岩心的渗透率恢复情况。单步法在线酸化技术是将酸液泵注进入注水流程，随注入水一起进入储层进行酸化解堵。实验选用G-智能复合酸与注入水体积比分别为1:2、1:5、1:8，所用岩心为渤海某油田天然岩心。
实验结果(图 7~图 9)表明，采用G-智能复合酸作为单步酸，G-智能复合酸与注入水按体积比1:8、1:5、1:2混配进行岩心酸化流动后，1#、2#、3#岩心渗透率显著提高。其中，1#岩心采用V(酸液):V(注入水)为1:8酸驱替后, 岩心渗透率有小幅度降低，之后渗透率逐步升高，最终渗透率提高2.89倍。2#岩心采用V(酸液):V(注入水)为1:5酸驱替后，渗透率有短时间降低，之后渗透率升高，最终渗透率提高3.7倍。3#岩心采用V(酸液):V(注入水)为1:2酸驱替后，渗透率逐渐降低幅度较大，但之后渗透率升高，最终渗透率提高6.7倍，酸化改造效果显著。
目前，酸化流动较为有效的微观分析手段是利用环境扫描电镜分析仪分析岩心酸化前后的微观特征，更清楚、深入地了解G-智能复合酸对目标井的岩心结构改善程度。
从电镜扫描(图 10)可以看出：经过G-智能复合酸酸化后岩心渗透率显著提高，没有出现脱砂问题。此岩心碳酸盐岩含量较高，酸化前岩石结构致密，基本看不到孔隙结构，酸化后出现了明显的溶蚀孔洞，且酸化流动后岩心端面附着一层薄膜状物质。从扫描电镜可看出，酸化流动后，岩石的胶结情况完好，未出现结构破坏现象，保证了骨架的完整性。
将研制的G-智能复合酸应用于渤海BZ25-1油田B4注水井进行酸化，由于初始阶段储层污染严重，调整酸液与注入水的体积比为1:2。此后，根据监测的施工压力及施工排量，不断对酸液与注水的比例进行调整，使效果最优化。通过施工曲线(图 11)可看出，酸液对地层的解堵效果很明显，即使在没有多段酸液注入的情况下，单步酸液体系也能保证酸化的有效性及高效性。在线单步法酸化后，视吸水指数由酸化前的5.88 m3/(d·MPa)增加到酸化后45.9 m3/(d·MPa)，增加幅度达到780%，降压增注效果明显。
(1) 单步法酸化以“一步”代“三步”，可大幅度简化操作，节约大量时间空间。但此酸液体系必须与采出水、注入水具有良好的配伍性，同时应具有良好的缓速性能、缓蚀性能及较强的抑制沉淀能力，才能保证单步法酸化的成功实现。
(2) 自行研制的G-智能复合酸液体系具有良好的性能，能够满足单步法酸化的性能要求。酸液与注入水体积比在1:2~1:8时，均能大幅度改善岩石渗透率。
(3) 较强的抑制沉淀能力是单步法酸液体系最关键的性能要求。性能良好的G-智能复合酸液体系通过对金属离子的高效螯合能力，有效地抑制了沉淀。
(4) 渤海某油田B4注水井应用G-智能复合酸液体系进行单步法在线酸化，酸化后，显著增加了注水井的注入能力，视吸水指数增加幅度达到780%，体现了G-智能复合单步法酸液体系的可行性、有效性及高效性。
2015, Vol. 44 Issue (3): 79-83
2015, Vol. 44 Issue (3): 79-83