碳酸盐岩酸液注入段塞组合方式及其协同效应_崔波.pdf

大庆石油地质与开发 Petroleum Geology Oilfield Development in Daqing2023 年 2 月 第 42 卷第 1 期Feb.，2023Vol.42 No.1DOI：10.19597/J.ISSN.1000-3754.202112002碳酸盐岩酸液注入段塞组合方式及其协同效应崔波1 冯浦涌1 荣新明1 姚二冬2 周福建2 张强1（1.中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津300450；2.中国石油大学（北京）非常规油气科学技术研究院，北京102249）摘要：伊拉克S油田主力开发层系为中高孔、中低渗的孔隙裂缝型碳酸盐岩油藏，酸化是该油田增产改造的主要技术手段。碳酸盐岩酸岩反应速度快，为实现深部处理，酸液体系均以缓速酸为主。该油田目前使用了多种缓速酸，为了进一步降本增效，需要探索各种缓速酸最佳的段塞组合方式及其协同效应。因此选用3种缓速酸（乳化酸，交联酸，螯合酸），使用岩心流动仪和CT扫描仪，研究了单一缓速酸及其两两组合时的酸蚀蚓孔形态及变化规律，定义了一种碳酸盐岩酸液段塞组合选择方法，探索了不同酸液之间协同增效作用。实验结果表明：不同缓速酸段塞组合均具有一定的协同增效作用，主控因素为酸液类型，其中乳化酸和交联酸协同增效作用最强，协同效应达49.69%，可节省近一半的酸液用量，降本效果显著。实验结果可为酸液体系的选择及酸化工艺参数的优化提供理论依据。关键词：碳酸盐岩；段塞注入；协同效应；乳化酸；交联酸；螯合酸中图分类号：TE357.1 文献标识码：A 文章编号：1000-3754（2023）01-0100-08Combination mode and its synergistic effect of acid slug injection into carbonate rockCUI Bo1，FENG Puyong1，RONG Xinming1，YAO Erdong2，ZHOU Fujian2，ZHANG Qiang1（1.COSL Production Optimization Department，CNOOC，Tianjin 300450，China；2.Institute of Unconventional Oil and Gas Science and Technology，China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249，China）Abstract：The main development strata series of S Oilfield in Iraq is porous-fractured carbonate rock reservoir with middle-high porosity and low-middle permeability.In order to realize deep penetration，the main acid system of carbonate rocks is retarded acid.In order to reduce cost and increase efficiency，it is necessary to explore the optimal slug combination mode and its synergistic effect of various retarded acid systems.3 kinds of retarded acid system（emulsified acid，cross-linking acid and chelated acid）are selected，core flow meter and CT scanner are used to study wormhole form and change law of single retarded acid system and pairwise combination of retarded acid.A carbonate acid slug combination selection method is defined，and the synergistic effect of different kinds of retarded acid is analyzed.The experiment shows that all of the retarding acid slug combinations have synergistic effect，and retarded acid type is the main control factor.Emulsifying acid and cross-linking acid have the strongest synergistic effect，reaching 49.69%，which can save nearly half of acid volume and reduce cost significantly.The experimental results provide theoretical basis for selection of acid system and optimization of acidizing operation parameters.Key words：carbonate rock；slug injection；synergistic effect；emulsified acid；cross-linked acid；chelated acid收稿日期：2021-12-01 改回日期：2022-12-01基金项目：国家科技重大专项“中亚和中东地区复杂碳酸盐岩油气藏采油采气关键技术研究与应用”（2017ZX05030005）；国家科技重大专项“超深裂缝性气藏井筒失稳机理及转向工艺优化研究”（2016ZX05051003）。第一作者：崔波，男，1986年生，硕士，高级工程师，从事储层改造技术研究。E-mail：第 42 卷 第 1 期崔波 等：碳酸盐岩酸液注入段塞组合方式及其协同效应0引言伊拉克S油田碳酸盐岩储层温度高，酸岩反应速度快，且储层孔隙、裂缝发育，酸液作用距离有限。为获得理想的增产效果，必须实现储层深部改造。近年来，国内外逐步开发了以控滤失、延缓酸岩反应速度为目标，实现碳酸盐岩深部酸化处理的各种缓速酸体系14。其中，乳化酸、交联酸和螯合酸体系缓速性能较为优异。乳化酸体系将盐酸乳化在油相中，形成物理隔离界面，以降低酸扩散到碳酸盐岩表面的速度56；交联酸利用高黏度降低氢离子向岩石壁面的传递速度79；螯合酸中的螯合剂具有通过较慢的络合作用将金属离子包裹在一个或多个环状配体中，从而溶解碳酸盐岩中的钙镁离子，反应速度极慢10。酸化改造的关键在于酸处理后在储层岩石中形成酸蚀蚓孔，有效沟通井筒，提高储层渗透性。因此，酸液体系的选择对酸化效果至关重要。现有技术主要针对单一酸液体系在最优注入速度、最优酸量等方面开展实验来评价酸液体系性能，对不同类型酸液段塞组合的研究尚未见相关文献报道。本文采用伊拉克S油田储层模拟岩心，通过岩心流动仪和 CT 扫描仪对单一缓速酸体系及其两两段塞组合时形成的酸蚀蚓孔形态及变化规律进行了研究，探索最佳的段塞组合方式及其协同效应，对酸液体系的选择及酸化工艺参数的优化具有重要意义。1实验设计1.1实验试剂交联酸、乳化酸和螯合酸，工业品，中海油田服务股份有限公司，酸液体系配方见表 1；甲醇，分析纯，天津化学试剂供销公司；石油醚，分析纯，天津市百世化工有限公司。1.2实验岩心伊拉克S油田模拟岩心，成分为碳酸钙，直径为2.5 cm，长度为6 cm。1.3仪器设备岩心酸化流动实验仪，江苏拓创科研仪器有限公司，型号为 SH6，如图 1 所示；微米 CT 扫描仪，卡尔蔡司（上海）管理有限公司，型号为ZEISSVersaXRM500。1.4实验方法本文定义了一种碳酸盐岩用酸液段塞组合优选实验方法，包括以下步骤：（1）确定酸液段塞组合中使用的酸液体系，分别对不同的酸液体系进行岩心流动实验，确定不同注酸速率下各酸液体系的突破体积（实验温度95）；酸液突破注入量表征意义为注入酸液的体积与实验岩心孔隙体积之比，其确定方法：当酸液滤液流出岩心流动仪，且岩心流动仪入口端和出口段压差为 0 MPa 时，记录此时使用的酸液体积VAcid，然后计算得到酸液突破注入量 Qibt，计算公式为Qibt=VAcidVP（1）式中：Qibt酸液突破注入量，PV；VAcid酸液体积，mL；VP岩心孔隙体积，cm3。（2）对酸蚀后岩心的蚓孔进行量化表征，选择突破注入量最小的注入速度为对应酸液体系的最佳注入速度，对应的突破注入量为最优突破注入量，如酸液A的最小突破注入量记为QibtA，酸液B的最小突破注入量记为QibtB。（3）对不同的酸液体系进行段塞组合，第1段表1酸液体系配方Table 1 Formula of acid system酸液体系交联酸乳化酸螯合酸配方（按质量分数划分）15%HCl+1%稠化剂+2%缓蚀剂+1%铁稳剂+1%高温稳定剂+1%交联剂油相酸相=37油相：93%柴油+7%乳化剂酸相：21.43%盐酸+2%缓蚀剂+1%铁稳剂15%螯合酸基液+1%缓蚀剂+1%黏稳剂+1%助排剂+1%破乳剂图1岩心流动实验装置Fig.1 Core flow experiment equipment1012023 年大庆石油地质与开发塞选取 A酸液体系，第 2段塞选取 B酸液体系；根据每一种酸液体系在步骤（2）中确定的最佳注入速度，计算 2 种酸液体系的最佳注入速度平均值，以平均最优注入速度，注入 A 酸液体系的最优突破注入量的一半，记录酸液A的注入量QibtA，用煤油进行顶替，然后对酸蚀后的岩心的蚓孔进行量化表征（CT扫描）；再以平均最优注入速度注入 B酸液体系，记录此时酸液B的突破注入量QibtB，之后对酸蚀后的岩心的蚓孔再进行量化表征。（4）计算不同酸液体系段塞组合的协同效应，值越大，酸液的协同效应越好，节省酸液体积越多，酸液成本越低。其计算公式为=()QibtA+QibtB2-()QibtA+QibtB()QibtA+QibtB2 100%（2）式中：协同效应；QibtA酸液 A 的最小突破注入量，PV；QibtB酸液 B 的最小突破注入量，PV；QibtA段塞组合时酸液 A 的注入量，PV；QibtB段塞组合时酸液B的注入量，PV。2实验结果2.1缓速酸体系岩心流动实验对交联酸、乳化酸和螯合酸体系进行酸液岩心流动实验，确定最优注入速度，实验结果及参数见图 2 和表 2。实验结果表明，3 种缓速酸体系的最佳注入速度均集中在1.0 mL/min左右。当注入速度小于最佳注入速度时，易形成面溶蚀或锥形溶蚀；注入速度为最佳注入速度时，易形成主蚓孔；注入速度大于最佳注入速度时，易形成分枝型蚓孔1112。主蚓孔溶蚀对应酸化效率最高，此时用最少的酸液便可以形成有效穿透伤害带的流动通道，达到增产最大化的目的1316。图 3 为交联酸岩心流动实验后岩心 CT 扫描照片。交联酸在 0.25 mL/min 时未能形成蚓孔，其他3组均形成贯穿蚓孔。随着注入速度的增大，酸液突破所需注入量降低，在 1.0 mL/min 达到最小值，为 5.27 PV，之后酸液突破注入量增大。交联酸在注入速率较低时，入口端的岩心面大量溶蚀，这种溶蚀消耗了大量酸，对岩心整体渗透率改善有限，而在 1.02.0 mL/min 注入速度下，岩心中形成主蚓孔，导流提升效果较为理想。图 4 为乳化酸岩心流动实验后岩心 CT 扫描照片。乳化酸注入速度分别为 0.25、0.5、1.0 和2.0 mL/min，实验均形成贯穿蚓孔。随着注入速度增大，酸液突破所需注入量降低，在注入速度为1.0 mL/min 时达到最小值，为 2.6