摘  要  酸化壓裂技術(shù)在鄂爾多斯盆地長(zhǎng)慶氣區(qū)部分特低滲透砂巖儲(chǔ)層改造中取得了一定的效果，但對(duì)于該工藝在酸敏儲(chǔ)層的適用性存在爭(zhēng)議。酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中所用酸液類型及濃度并不是針對(duì)具體儲(chǔ)層特征的最佳優(yōu)化結(jié)果，因此該類實(shí)驗(yàn)得出的敏感性結(jié)論并不能作為儲(chǔ)層是否可采用酸化處理的依據(jù)。為此，開展了酸液巖心流動(dòng)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)研究?jī)?chǔ)層的損害類型和分析儲(chǔ)層中礦物含量，進(jìn)而優(yōu)化出了酸化工作液體系，形成了以有機(jī)酸為主的酸液體系。巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該酸化工作液對(duì)酸敏砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行酸化是適用的，可有效地提高酸化效果。

關(guān)鍵詞  鄂爾多斯盆地  長(zhǎng)慶氣區(qū)  酸敏  砂巖儲(chǔ)集層  酸化  評(píng)價(jià)  實(shí)驗(yàn)

針對(duì)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)慶氣區(qū)開發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大、部分區(qū)塊的物性變差、采用常規(guī)加砂壓裂工藝又使單井產(chǎn)量偏低的狀況，通過(guò)室內(nèi)研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，形成了一些新的工藝，提高了單井產(chǎn)量。其中利用酸化和加砂壓裂技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的前置酸加砂壓裂工藝得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了一定效果。然而對(duì)于酸敏儲(chǔ)層該工藝的適用性，存在一定爭(zhēng)議，通過(guò)理論分析及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)酸敏儲(chǔ)層進(jìn)行酸處理的可行性進(jìn)行了分析研究，并對(duì)酸敏的預(yù)防提出了幾點(diǎn)對(duì)策。

1  酸敏成因

一般砂巖儲(chǔ)層均由石英、長(zhǎng)石、燧石及云母骨架構(gòu)成，在原生孔隙空間沉淀的次生礦物是顆粒膠結(jié)物和自生黏土。進(jìn)行砂巖基質(zhì)酸化目的就是通過(guò)酸化溶解堵塞或橋塞在地層基質(zhì)孔隙喉道的污染，以提高、恢復(fù)原始地層的滲透率。但是當(dāng)酸液與儲(chǔ)層礦物和流體接觸發(fā)生反應(yīng)時(shí)，也可能產(chǎn)生沉淀或釋放出顆粒，導(dǎo)致巖石滲透率下降，即出現(xiàn)酸敏現(xiàn)象^[1]。常見的酸敏成因有下述兩種。

1．1  酸后形成二次沉淀

酸巖反應(yīng)不是簡(jiǎn)單的溶解作用，它會(huì)因溶解釋放出大量的易沉淀離子，在一定條件下生成二次沉淀，從而引起孔喉通道的堵塞，對(duì)儲(chǔ)層(特別是低滲透儲(chǔ)層)造成嚴(yán)重地傷害。

鹽酸處理地層時(shí)，最易產(chǎn)生的是氫氧化物沉淀，在進(jìn)行酸／巖反應(yīng)后，隨著酸濃度的降低，孔隙流體的pH值將會(huì)逐漸升高，含鐵、鋁礦物釋放出的Fe³⁺、A1³⁺將在一定的pH值范圍生成氫氧化物沉淀，表1列出了幾種難溶氫氧化物產(chǎn)生沉淀的pH值范圍。氫氟酸處理地層時(shí)，產(chǎn)生的沉積物主要有不溶性氟化物、氟硅酸鹽、氟鋁酸鹽及硅膠等，這類沉淀物的生成受pH值影響較小。氟硅酸鹽與氟鋁酸鹽沉淀具有很強(qiáng)的吸附能力，容易吸附在顆粒表面，造成孔喉堵塞。氟硅酸在HF的殘酸中還會(huì)分解，并水解成正硅酸，單分子正硅酸逐漸聚合成多聚硅酸時(shí)，就易形成硅酸凝膠，這種硅酸凝膠含水量大，松軟有彈性，很容易堵塞孔隙與喉道^[33]。

1．2  引起微粒分散運(yùn)移

在酸巖反應(yīng)過(guò)程中，常常釋放出一些不溶于酸的顆粒及反應(yīng)殘?jiān)?dāng)流體通過(guò)巖石基質(zhì)時(shí)，牽引力使這些顆粒發(fā)生分散運(yùn)移，堵塞空隙喉道，從而使?jié)B透率降低。砂巖地層中黏土礦物主要為蒙脫石、高嶺石、伊利石等。蒙脫石結(jié)構(gòu)負(fù)電性強(qiáng)、晶格不穩(wěn)定，易吸水膨脹，屬膨脹型黏土；高嶺石屬非膨脹型黏土，易分散運(yùn)移；伊利石易脫落，造成微粒分散運(yùn)移^[4]。

由于酸化對(duì)儲(chǔ)層容易造成傷害，因此通常進(jìn)行酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)來(lái)判斷儲(chǔ)層是否適合采用酸化處理。

2  儲(chǔ)層酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

依據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》（SY/T 5358—2002）對(duì)長(zhǎng)慶氣區(qū)某區(qū)塊的低滲透砂巖巖心進(jìn)行了酸敏性流動(dòng)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

2．1  實(shí)驗(yàn)巖心樣分析

首先對(duì)實(shí)驗(yàn)巖心樣品進(jìn)行XRD分析，其結(jié)果見表2、3?？梢钥闯觯簬r石骨架部分以長(zhǎng)石為主，石英含量次之；黏土礦物含量較少，以綠泥石為主，綠泥石含量在50.0％～75.30％之間。

2．2  酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

依據(jù)《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》（SY/T 5358—2002）中酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)巖心樣進(jìn)行了鹽酸敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致巖心滲透率發(fā)生不同程度地降低，結(jié)果呈現(xiàn)出一定的酸敏損害程度，表現(xiàn)為弱—中酸敏，其結(jié)果見表4。

2．3  酸敏成分的實(shí)驗(yàn)分析

2．3．1  酸液選擇不合理

酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了鹽酸(15％)及土酸(12％HCl+3％HF)兩種酸液，不具有針對(duì)性。隨著酸化技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在一些新的酸液(如：有機(jī)酸、非活性硝酸、緩速酸、磷酸等)在酸化中解決了常規(guī)酸不能解決的問(wèn)題^[5]。

2．3．2  對(duì)產(chǎn)生的二次沉淀未采取抑制措施

酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)對(duì)酸巖反應(yīng)過(guò)程中可能出現(xiàn)的沉淀物未采取抑制措施，所形成的沉淀物會(huì)引起巖心滲透率下降，造成傷害。

評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中，隨著酸巖反應(yīng)的進(jìn)行，氫離子濃度不斷降低，環(huán)境pH值升高，巖心中綠泥石、高嶺石含量較高，由此可能產(chǎn)生氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀。可以考慮加入鐵離子穩(wěn)定劑，并復(fù)配反應(yīng)速率慢的有機(jī)酸抑制酸化液殘液中析出氫氧化物沉淀。

實(shí)驗(yàn)巖心黏土礦物中以綠泥石、高嶺石含量為主，鹽酸酸敏實(shí)驗(yàn)采用濃度l5％的鹽酸，高濃度鹽酸會(huì)導(dǎo)致硅酸鹽結(jié)構(gòu)破壞，從而產(chǎn)生水合二氧化硅沉淀。

2．3．3  微粒的分散與運(yùn)移

M_υAl_ωSi_xO_y(OH)_z+yH⁺→ωAl³⁺+υM^m++xSiO₂·2H₂O+(y+z-4x)H₂0

有學(xué)者研究了鹽酸與各種鋁硅酸鹽礦物的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并將反應(yīng)速度常數(shù)的對(duì)數(shù)值為50時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度(T₅₀)作為各種鋁硅酸鹽在鹽酸中保持穩(wěn)定的溫度上限，各種鋁硅酸鹽的T₅₀值如表5所示。表5同時(shí)也給出了根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的鹽酸與醋酸與各種鋁硅酸鹽礦物反應(yīng)的平衡常數(shù)?？梢钥闯?，在熱力學(xué)上，這些鋁硅酸鹽均可以溶于鹽酸，但幾乎完全不溶于醋酸；而在動(dòng)力學(xué)上，沸石在鹽酸中最不穩(wěn)定，綠泥石次之，長(zhǎng)石最穩(wěn)定。在儲(chǔ)層中占優(yōu)勢(shì)的鋁硅酸鹽礦物的T₅₀低于儲(chǔ)層溫度時(shí)，應(yīng)該考慮在酸化液中用乙酸代替鹽酸^[6-8]。

酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)注入l5％HCl，強(qiáng)酸性可能導(dǎo)致巖心中綠泥石等物質(zhì)酸蝕脫落，同時(shí)產(chǎn)生長(zhǎng)石、巖屑的蝕變產(chǎn)物，這類微粒細(xì)小、疏松，具有很強(qiáng)的遷移性，極易堵塞酸化液的前沿，引起傷害。

可考慮采用乙酸并適當(dāng)加大注酸量。乙酸為弱酸，既可均勻溶蝕礦物表面、擴(kuò)大疏通孔喉，又可避免黏土殘片脫落造成微粒堵塞喉道。

2．4  實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

通過(guò)上述分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)用酸液配方進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，形成了以有機(jī)酸為主的酸液體系，并對(duì)該體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)驗(yàn)證。

利用有機(jī)酸進(jìn)行了兩塊巖心酸化試驗(yàn)。有機(jī)酸屬于弱酸，與巖樣的反應(yīng)速度較低，尤其是在高溫地層酸化中，被用來(lái)減緩鹽酸溶液的反應(yīng)速度和腐蝕速度。同時(shí)，由于有機(jī)酸能夠使溶液維持較低的pH值，在低溫條件下，也常用作酸化工作液的鐵離子穩(wěn)定劑。

酸液配方：1％HCl+X％有機(jī)酸l+Y％有機(jī)酸2+1％緩蝕劑+0.5％助排劑+0.3％黏土穩(wěn)定劑+0.1％鐵離子穩(wěn)定劑。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6和圖l、2所示。

可以看出，采用用有機(jī)酸酸化后，巖樣的滲透率有了明顯的提高。說(shuō)明酸液配方的選擇對(duì)酸敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果可產(chǎn)生“質(zhì)變”的影響^[9-11]。

因此酸敏試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果不能作為判別儲(chǔ)層能否進(jìn)行酸化的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)優(yōu)化酸液配方，對(duì)具有酸敏性的儲(chǔ)層進(jìn)行酸化是可行的。

3  結(jié)束語(yǔ)

1)理論研究和實(shí)際應(yīng)用證明，成功進(jìn)行砂巖儲(chǔ)層酸化的關(guān)鍵在于研究?jī)?chǔ)層的損害類型和分析儲(chǔ)層礦物含量，這是酸化工作液體系優(yōu)化的基礎(chǔ)。

2)酸敏評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)得出的敏感性結(jié)論，不能完全作為儲(chǔ)層能否施行酸化和判斷酸化是否有效的依據(jù)；通過(guò)優(yōu)化酸液配方，對(duì)具有酸敏性的儲(chǔ)層進(jìn)行酸化是有效可行的。

參  考  文  獻(xiàn)

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本文作者：薛小佳  寧治軍  李志忠  呂寶強(qiáng)  范華波

作者單位：低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室  中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院  中國(guó)石油川慶鉆探工程公司長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司  中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司工程技術(shù)管理部