胶凝酸体系的性能研究及应用

刘 炜，张 斌，常启新，肖佳林

(中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院，武汉 430035)

碳酸盐岩储层压裂酸化成功与否主要取决于两个因素:一是最终酸压裂缝的有效长度，二是酸压后酸蚀裂缝的导流能力。由于盐酸的反应性强，酸－岩反应速率快，酸液滤失严重，酸压裂缝的有效长度达不到施工要求。因此，碳酸盐岩储层压裂酸化用酸液体系在地层温度下应具有优良的缓速性能，同时酸化改造时还应选择合适的工艺。

胶凝酸的黏度高、滤失性低，以及胶凝剂在岩石表面的吸附，降低了H+向岩面的扩散速度，减缓了酸的反应速率，起到缓速作用，可以实现深部酸化［1－3］。

涪页HF－1井大安寨大一亚段少量岩性为泥质粉砂岩、泥灰岩、粉砂质泥岩、粉砂岩，绝大多数岩性为石灰岩，孔隙度平均值1.90%，渗透率平均值0.04×10－3μm2，基质物性差，裂缝发育，适合酸压改造。

本研究优选出耐温抗剪切性能和防腐性能好，且具有明显缓速效果的胶凝酸体系，并成功应用于涪页HF－1井。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

盐酸，胶凝剂，铁离子稳定剂，助排剂，缓蚀剂，黏土稳定剂，均为工业品。

FS－Ⅲ高温高压闭式动态腐蚀仪，石油大学仪表厂;RS－600旋转流变仪，德国哈克公司;TX－500界面张力仪，美国彪雄工业公司;JB90－D型强力电动搅拌机，上海标本模型厂;分析天平，潜江正泰机电有限公司。

1.2 胶凝酸的制备

在室温条件下，将一定量的盐酸和水倒入烧杯中，加入各种添加剂，搅拌，缓慢加入胶凝剂，保持一定转速搅拌30 min，制得胶凝酸。

1.3 胶凝酸性能评价

参照《SY/T 5405—1996酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》等标准，在一定温度下，考察胶凝酸体系的耐温抗剪切性能、缓蚀性、流变性及缓速性能。

2 结果与讨论

2.1 耐温抗剪切性能

利用RS－600旋转流变仪，在70℃，170 s－1条件下，考察胶凝酸的耐温抗剪切性能，实验结果如图1所示。

图1 胶凝酸的耐温抗剪切曲线

由图1可知，胶凝酸体系在70℃，170 s－1条件下剪切2 h，黏度仍保持在20 mPa·s以上，满足现场施工要求。

2.2 缓蚀性

将20%盐酸和制备的胶凝酸分别与BG80钢片在70℃下反应4 h，测定其对钢片的腐蚀速率，结果见表1。

表1 胶凝酸与常规盐酸的腐蚀速率对比

由表1可看出，胶凝酸具有明显的缓蚀效果。这是由于配制胶凝酸时，使用了胺类添加剂。其缓蚀机理为，胶凝酸在金属表面以物理或化学吸附方式形成膜，将水或其他腐蚀介质屏蔽或遮盖，从而达到防腐的目的。特别是在强酸性介质中，阳离子表面活性剂具有很好的缓蚀作用，胺和酸性溶液中的质子发生反应生成阳离子(RNH+3)，被腐蚀的金属由于表面阴极部分的静电力而发生物理吸附，抑制了阴极反应，起到了防腐作用。

2.3 流变性

胶凝酸体系的流变参数K和n按假塑性幂律流体公式计算:

式中:τ——剪切应力，Pa;

K——稠度系数，mPa·sn;

γ——剪切速率，s－1;

n——流动指数。

对式(1)两边取对数:

利用RS－600旋转流变仪，测定胶凝酸体系在70℃时、不同剪切速率下的剪切应力，得到τ和γ值，通过式(2)计算K和n值，作拟合曲线(见图 2)。胶凝酸体系在 70℃下，K值为0.773 9，n值为0.362 0，为一种假塑性流体。剪切速率关系曲线

图2 胶凝酸体系的剪切应力与

2.4 缓速性

将胶凝酸体系与大安寨大一段的灰岩岩心进行反应，测定不同反应时间后的酸－岩反应速率，并与未加胶凝剂的空白盐酸对比，实验结果如表2所示。

表2 胶凝酸体系缓速性能实验结果

从表2可以看出，胶凝酸体系具有明显的缓速效果，在 70℃下反应 60 min，缓速率高达70.10%。这是由于胶凝酸具有一定的黏度，降低了H+向岩石表面的扩散速度，减缓了酸岩反应速率，从而可以达到深部酸化的效果。

3 现场应用

目前，研制的胶凝酸体系已完成涪页HF－1井自流井组大安寨段大一亚段的酸压施工，现场应用获得成功。

涪页HF－1井于2012年10月14日进行酸压施工，施工井段2 321.0～2 333.0 m，入井总酸量501 m3，其中前置酸 50 m3，胶凝酸 427 m3，闭合酸24 m3。施工压力曲线如图3所示。

图3 涪页HF－1井大一亚段酸压施工曲线

由图3可以看出，注前置酸期间，随着排量增加，施工压力呈明显爬升趋势;注胶凝酸期间，施工压力平稳，表明人工裂缝顺利延伸，酸液有效作用距离增强;挤闭合酸后，施工压力逐步下降，说明沟通近井筒裂缝系统，裂缝导流能力提高。

施工结束后，关井待酸反应，然后控制油管针阀放喷，出口气点燃，焰3～5 m，且见油。目前累计排液 350 m3，累计出油 25 m3，返排率达69.86%，说明研制的胶凝酸体系适合于该区块酸压施工。

4 结论及建议

(1)研制的胶凝酸体系在70℃，170 s－1下剪切2 h，黏度仍保持在20 mPa·s以上，满足现场施工要求。

(2)该体系70℃时的稠度系数为0.773 9，流动指数为0.362 0，属假塑性流体。

(3)该体系防腐效果和缓速性能较好，在70℃，8 MPa条件下对BG80钢片的腐蚀速率仅为1.78 g/(m2·h);在70℃下反应60 min，缓速率高达70.10%，可以达到深部缓速的效果。

(4)胶凝酸体系应用于涪陵区块大安寨段大一亚段酸压获得成功，说明该体系适用于此区块及类似储层的酸压改造。

［1］Lewis R N.Properties and Early Field Results of A Liquid Gelling Agent for Acid［R］.SPE 7834，1978.

［2］陈赓良.酸化工作液缓速作用的理论与实践［J］.钻井液与完井液，2004，21(1):51.

［3］Nasr－El－Din H A，Al－Mohammad A M，Al－ Aamri A M，et al.Reaction Kinetics of Gelled Acids with Calcite［R］.SPE 103979，2006.