莫里清油田双二段储藏岩石矿物成分以砂岩为主，目前注水压力大幅增加。研究表明，注入水含有固体微细颗粒和微生物，且与地层水不配伍，导致近井堵塞严重，远井地有一定程度的结垢，常规的酸液不能酸化解堵深部地层。因此，需要研制适合莫里清油田双二段的酸液体系，以达到深部解堵的目的。随着油气开发不断向深层发展，传统酸化用酸不能到达地层深部，乳化酸作为酸化用酸液体系，由于其特殊的性质，近年来受到广泛关注[1-5]。乳化酸进入地层后，温度升高或遇地层高矿化度水或通过小孔道因挤压使油膜破裂，酸液才被缓慢释放出来，酸-岩反应速率比常规酸液大大降低，酸液能充分运移到地层深部，与岩石发生化学反应，提高流体在地层中的渗透空间，从而获得更好的油气增产效果[6-8]。虽然目前国内外乳化酸的应用取得了较好效果，但仍然存在一些问题，如①酸液黏度较高，摩阻较大，在低渗油藏的现场施工受到限制；②缓速效果差，酸液不能到达地层深部，深部储层改造能力降低[9-10]。因此，现有乳化酸还不能完全解决莫里清油田双二段储藏所存在的问题。针对莫里清油田双二段储藏特性和生产现状，以及目前乳化酸应用存在的问题，优选乳化酸中的油相、水相、乳化剂等，得到了一种新型的乳化酸体系，并对其性能展开了室内评价。
0#柴油、助乳化剂XC(化学纯)、Span80(分析纯)、标准土酸(12%(ω)HCl+3%(ω)HF)、天然岩心、机械搅拌器(金坛市科析仪器有限公司，JI-1)、表面张力仪(上海中晨数字技术设备有限公司，JK99B)、旋转黏度计(成都仪器厂，NXS-11A)、岩心驱替仪(海安县石油科研仪器有限公司，DOZ-II)。
室温条件下，先将一定量的油相加入容器中，并加入适量的乳化剂及助剂，使其溶解完全，然后在400 r/min的搅拌速度下，不断加入酸液，待酸液加入完成后，在此搅拌速度下，搅拌5 min，制成待测乳化酸液。
根据质量作用定律，在恒温、恒压条件下，酸岩反应速率可写为：
式中:C为反应时间t时刻的酸岩接触浓度，mol/L；$ - \frac{{\partial c}}{{\partial t}} $为t时刻的酸岩反应速率，mol/(L·s)；J为反应速率，mol/(s·cm2)；V为参加反应的酸液体积，L；S为岩石的表面积，cm2；m为反应级数，表示反应物浓度对反应速率的影响程度；K为反应速率常数，(mol· L-1)-m·mol/ (s·cm2)。
利用砂岩岩心溶蚀实验可测得在恒温条件下的C和J值，绘制曲线，采用微分法确定酸岩反应速率。$ J = [({C_2} - {C_1})/\Delta t] \cdot V/S $；通过取对数可得方程$ \lg J = \lg K + m\lg C $；反应速率常数K和反应级数m在一定条件下为常数。因此，用lgJ和lgC作图得一直线，采用最小二乘法，对lgJ和lgC进行线性回归处理，求得m和K值，从而确定酸岩反应动力学方程。
先按不同实验原理准备待测液体，根据相关实验步骤分别利用吊片法、比重计和旋转黏度计法测定土酸和选定的乳化酸在25 ℃和95 ℃时的表面张力、密度与黏度。由于25 ℃下的黏度对乳化酸十分重要，可做对比参考。
在乳化酸的优选配方条件下，采用200~450 r/min乳化，在常温下放置24 h后，观察其破乳情况。采用体视显微镜在放大倍数为90倍的条件下，观察乳化酸的微观结构。
在95 ℃、围压为6.11 MPa下，在地层水中测量每块岩心酸化前的渗透率；然后，将每块岩心联接在夹持器中，于95 ℃恒温下，挤入土酸或乳化土酸，关闭出口，让岩心酸化8 h。反向用地层水驱替出岩心中的残酸，在相同的温度下测量每块岩心酸化后的渗透率。
在95 ℃恒温下，挤入乳化土酸，关闭出口，让岩心酸化8 h，再反向用氮气驱替出岩心中的残酸，对残酸表面张力和黏度进行测定。
乳化酸中的油可以是原油、煤油、柴油、轻质油，其中，柴油性能稳定，含蜡及杂质少，配制出的乳化酸黏度低、流动性好，是目前大规模使用的乳化酸用油。综合考虑乳化酸液的穿透能力和油藏温度及地质特征，确定0#柴油为乳化酸的外相。
配制的乳化酸要求具有乳液黏度和稳定性适中，酸化后残液黏度及残液表面张力低，易返排等优点。所以，乳化剂是乳化酸配方的关键组分，对乳化酸酸化性能影响较大。一般要求选择的乳化剂既具有较强的抗酸能力和乳化能力，又具良好的化学稳定性和配伍性。通过广泛调研和筛选，综合国外选用乳化剂的成功经验以及莫里青油田双二段的砂岩油藏特性，使用复合油溶性乳化剂比较合适，选择Span80+助乳化剂XC作为复合乳化剂。助乳化剂XC为不饱和双键的聚磷酸酯，可增加界面膜强度，削弱液膜沟流和剪切导致在界面上乳化剂分布不均和出现的破乳趋向。
在30%(ω，下同)柴油+63%(ω，下同)土酸恒定条件下，确定复合乳化剂浓度。表 1表明，当Span-80乳化剂为1.5%(ω，下同)，XC助乳化剂为0.5%(ω，下同)时，乳液稳定性好，破乳时间最长，达136 min。
由于选择的复合乳化剂都是油溶性乳化剂，复合乳化剂两组分在界面吸附后，形成“复合物”，有序定向排列较紧密，界面膜为复合膜，具有协同作用，Span-80中的羟基与酸液中的H+形成氢键，大大增加了油-水界面膜的强度，因此提高了乳液的稳定性。
莫里青油田双二段储层岩石矿物成分以砂岩为主，含有一定量的黏土矿物，选用土酸(HCl+HF)，可更好地解除地层堵塞。出于对酸液成本及HF浓度过高易产生二次沉淀的考虑，选定标准土酸(12%(ω，下同)HCl+3%(ω，下同)HF)为主体酸的酸液配方体系。
在乳化剂Span-80为1.5%，助乳化剂XC为0.5%的条件下，柴油和主体土酸的总浓度不变，改变柴油和主体土酸的浓度比进行性能测试，结果见表 2。表 2表明，在30%柴油+63%土酸条件下，破乳时间最长，乳液体系最稳定。
选取最佳乳化酸解堵酸液体系配方：63%土酸+30% 0#柴油+2%复合乳化剂SX+ 5%其他助剂(1%铁稳定剂+ 3%防膨剂+ 1%助排剂)进行实验。
酸岩反应动力学数据见表 3，岩盘转速为500 r/min，温度为95 ℃，常压，在实验中，认为酸液体积不发生变化。表 3中反应速率与酸液浓度的双对数关系见图 1。从图 1可知，两者符合线性关系，反应级数m=1.130 4；lgK=-5.863 2，K=1.370 3×10-6；反应动力学方程为：J=1.370 3×10-6·C1.130 4；从该方程可知，该乳化酸体系具有明显缓速性能。
利用吊片法、比重计和旋转黏度计法分别测定土酸和选定的乳化酸在25 ℃和95 ℃时的表面张力、密度与黏度，结果见表 4。由表 4可知，乳化酸在25 ℃和95 ℃时的表面张力都较小，有利于酸液进入地层中的多孔介质，降低注入压力；在相同温度下，乳化酸的黏度比未乳化土酸略大，增加了内相H+的穿透阻力，使酸液在地层中被缓慢释放出来。此外，乳化酸在25 ℃时的黏度和密度值较小，有利于泵注施工。
在63%土酸+30% 0#柴油+ 2%复合乳化剂SX+ 5%其他助剂(1%铁稳定剂+ 3%防膨剂+ 1%助排剂)的优选配方条件下，分别在200 r/min、250 r/min、300 r/min、350 r/min、400 r/min和450 r/min下进行乳化，实验结果如图 2 (从左到右的量筒依次为200 r/min、250 r/min、300 r/min、350 r/min、400 r/min和450 r/min条件下的乳液情况)所示。从图 2可看出，均能得到稳定性较好的油包水乳液，其中以350 r/min、400 r/min、450 r/min稳定性最好，在常温下能保持24 h不分层、不破乳；在95 ℃下，2 h不分层、不破乳，4 h破乳率达5.4%，8 h破乳率达9.2%。由此可见，该乳化酸热稳定性良好，能抗95 ℃高温，完全能够满足现场施工的要求。
对在400 r/min下乳化并放置24 h后形成的乳液微观结构进行观察，如图 3所示。图 3为采用体视显微镜在放大倍数为90倍的条件下观察得到的图片，可以看出，水滴以乳液的形式被分散成细小的微粒，除有极少量粒径稍大的液珠外，绝大部分粒径分布比较均匀，从乳液微观形貌可以判断此乳液体系较稳定。
测量每块岩心的长度和横截面积，并编号，烘干。在95 ℃，围压为6.11 MPa，在地层水中测量每块岩心酸化前的渗透率；然后，将每块岩心联接在夹持器中，于95 ℃恒温下，挤入土酸或乳化土酸0.8 PV，关闭出口，让岩心酸化8 h。反向用地层水驱替出岩心中的残酸，在相同的温度下测量每块岩心酸化后的渗透率，其测量结果见表 5。由表 5可知，土酸酸化后，岩心渗透率增加2~4倍，增加较小；乳化酸酸化后，岩心渗透率增加9~10倍，增加较大。这表明，乳化酸酸化效果显然比土酸好。
出现上述原因是土酸与岩心前部分接触时浓度较大，溶蚀作用较强，而反应后的酸液到达岩心后部分时浓度大大降低，溶蚀作用降低，因而渗透率增加较小。而采用乳化酸，酸液从乳液中穿过乳化膜，溶蚀岩心，减缓了酸液释放速率，岩心前后溶蚀率相当，渗透率增加较大。
在95 ℃恒温下，挤入乳化土酸，关闭出口，让岩心酸化8 h，再反向用氮气驱替出岩心中的残酸。对乳化酸解堵实验的3块岩心的残酸进行了表面张力和黏度测定，结果如表 6所示。从表 6可知，残酸黏度约为3 mPa·s，残酸表面张力约为24 mN/m，残酸的黏度值和表面张力值较低，易于返排。
(1) 最佳乳化酸解堵酸液体系配方：63%土酸+30% 0#柴油+ 2%复合乳化剂SX+5%其他助剂(1%铁稳定剂+3%防膨剂+1%助排剂)。
(2) 研制的乳化酸表面张力较小，有利于酸液注入；其黏度比未乳化土酸略大，增加了内相H+的穿透阻力，降低了酸-岩反应速率；密度比未乳化土酸略小。
(3) 体视显微照片表明，乳液中绝大部分微粒粒径分布比较均匀，乳液体系较稳定。
(4) 岩心实验表明，乳化酸酸化后，岩心渗透率约为酸化前的10倍。乳化酸减缓了酸液释放速率，有利于储藏的深部酸化。
(5) 残酸的黏度值和表面张力值较低，易于返排。
2016, Vol. 45 Issue (2): 72-76
2016, Vol. 45 Issue (2): 72-76