LH油田酸化解堵配方体系优选

杨 雪，曾 勇

［1.荆州学院（原长江大学工程技术学院），湖北荆州 434023；2.川庆钻探长庆固井公司，陕西西安 710000］

酸化解堵是砂岩储层解除井底污染、实现增产增注的主要手段之一[1–2]。利用酸液溶蚀岩石孔隙内堵塞物以及部分矿物成分，改善岩石孔隙的连通性，达到提高产能的目的[3–5]。然而，储层内酸化反应复杂，不同矿物成分与酸的反应程度不一致，采用笼统酸化无法达到预期改造效果且可能对储层造成伤害。因此，匹配不同的储层特征，优选适用性好的酸液体系是提高酸化改造效果的关键[6~7]。

本文研究的LH油田，属于低孔中低渗储层，地质储量大，但储层受污染严重，表皮系数达32.5，前期采出程度仅4.1%。为提高储层动用程度，开展了储层伤害机理研究，明确了造成伤害的主要原因，结合储层物性特征，通过室内实验评价优选了最适合的酸液体系并进行现场应用，取得较好改造效果，为同区块或同类型储层实现酸化增产提供借鉴。

1 LH油田物性特征与酸液选择原则

1.1 储层物性特征

LH油田岩石矿物以石英、长石为主，但泥质含量高，为灰质粉-细砂岩，且岩心结构较疏松。储层温度达117.8℃，地层水型为CaCl2型，矿化度为11 674mg/L。储层前期敏感性评价结果表明：储层弱水敏性、无碱敏性，盐酸敏感性弱，但对土酸敏感性表现为中等偏强，主要由于岩石中方解石等含钙质矿物较多，与土酸中的HF反应产生CaF2沉淀造成二次堵塞，因此，常规土酸酸化体系不适用。

1.2 酸液体系选择原则

结合储层特征分析与岩心敏感性评价，储层优选酸液体系时应注意以下几点：

（1）储层温度较高，酸液与岩石矿物反应速度快，进行室内评价时多考虑温度对反应速度的影响。

（2）岩石对HF敏感性较强，且HF易造成岩石骨架松散强度降低，酸化后存在出砂风险，因此，不能采用含HF的酸液体系，但必须具有溶解钙质以及泥质的能力。

（3）储层污染较严重，酸液体系在具备较强的酸化解堵能力的同时，具有较大的作用半径。

基于以上几点原则，优选了氟硼酸HBF4替代常规HF，主要由于氟硼酸HBF4为四步电离酸，水中发生四步水解反应，水解产生HF，同样起到溶蚀孔隙内杂质堵塞的作用。此外，氟硼酸HBF4水解过程导致其与储层岩石反应速度较慢，相比HF，氟硼酸HBF4对岩石骨架破坏小，起到深化缓速的效果，并且提高酸液作用距离，降低储层二次伤害。但氟硼酸HBF4也属于强酸，应用前仍需要进行前期适应性评价。

2 主体酸液体系评价

2.1 酸液体系评价方法

进行酸液体系评价主要分为酸液溶蚀能力评价实验与岩心流动实验。

（1）酸液溶蚀能力评价实验

酸液溶蚀能力实验是以储层岩屑、酸液为实验材料，控制实验温度条件测试酸液体系溶蚀前后的岩屑质量变化，计算酸液的溶蚀率与溶蚀速率，计算公式如下：

式中：η为溶蚀率，%；G1、G2为溶蚀前后岩屑的质量，g。

式中：W为溶蚀速率，g/(mL·h)；V为加入酸液的体积，mL；t为反应时间，h。

（2）岩心流动实验

岩心流动实验是利用处理后的地层岩心，配制地层水测试渗透率，再利用钻井液等液体污染后，通入酸液解堵，测试酸化后岩心渗透率，由渗透率的提高表征酸液解除堵塞，改善污染的效果。

2.2 氟硼酸（HBF4）适应性评价

前期调研结果同样表明，氟硼酸HBF4化学反应速度较慢，水解生成HF，溶解黏土能力强，因此替代HF效果显著；此外，氟硼酸HBF4能在黏土表面形成隔离层起到稳定黏土的作用，能够避免储层微粒运移而堵塞流动通道，提高酸化效果[8]。为评价储层条件下氟硼酸HBF4的适用性，在90℃温度下，将10%浓度HCl与不同浓度HF配制常规土酸溶液，另外与不同浓度的HBF4配制酸液体系，进行岩屑溶蚀率对比实验研究，溶蚀4h后实验结果如表1所示。

表1 土酸与HBF4酸溶蚀率对比

对比不同浓度的HF与氟硼酸HBF4两种体系酸液的溶蚀率，结果表明：氟硼酸HBF4的溶蚀率随浓度的升高而升高，但相比HF的溶蚀率稍低，8% HBF4与1.5% HF的溶蚀率差距较小（仅为0.4%），因此，采用氟硼酸HBF4替代HF适用性较好，改变浓度可达到相似的溶蚀率。

溶蚀率表征酸液最终溶蚀效果，而溶蚀速率与酸液的作用半径密切相关。HF溶蚀速率过快，酸化作用距离短，易造成出井筒周围储层砂二次伤害。因此，为评价氟硼酸HBF4的深化缓速效果，模拟储层90℃温度条件进行氟硼酸HBF4与HF溶蚀速率对比测试，测试结果如图1所示。

图1 土酸与HBF4酸溶蚀实验结果对比

结果表明：实验初期HF已经达到了较高的溶蚀率，接近氟硼酸HBF4溶蚀率的4倍，与岩屑反应时间极短，在3h时基本反应完全；而氟硼酸HBF4在前8h溶蚀速率较快，23h时才基本反应完全，整体溶蚀速率较低；而对比最终溶蚀率，氟硼酸HBF4的溶蚀率与HF酸差异较小，说明其深部缓速效果较好，酸液作用距离较长，且避免了因近井筒储层岩石剧烈溶蚀作用造成的岩石骨架松散的地层出砂的问题，因此，氟硼酸HBF4能够较好地替代HF，且对储层具有较好的适应性。

2.3 主体酸液体系优选

根据前期氟硼酸HBF4具有较好的适应性测试结果，针对LH油田采用盐酸HCl、氟硼酸HBF4以及改性硅酸的主体酸液体系。由于酸液浓度影响岩石溶蚀率且决定了最终酸化解堵效果，为优选最合适的酸液体系配方，设计不同浓度的主体酸液体系的溶蚀实验，在90℃温度条件下反应4h后测试溶蚀率，测试结果如表2所示。

表2 主体酸液不同浓度配方溶蚀实验结果

实验结果表明：酸液体系中添加改性硅酸后溶蚀率明显提高，其他酸浓度不变的条件下，改性硅酸添加量由30%降低至15%时，酸液溶蚀率降低了接近2.7%；通过提高改性硅酸浓度（15%提高至30%），氟硼酸HBF4浓度10%与8%时，酸液溶蚀率仅相差0.12%，且溶蚀率均大于20%的溶蚀指标，因此，从溶蚀率指标优选10% HCl+15%改性硅酸+10%HBF4与10% HCl+30%改性硅酸+8% HBF4两种主体酸液体系均可满足酸化解堵需求，将进一步通过岩心流动实验筛选出最佳酸液体系。

2.4 酸液解堵效果优选

在钻井、修井过程中大量钻井液、泥浆等液体注入地层中，即使采取储层保护措施，仍会污染地层造成堵塞，最直观表现为渗透率的下降，因此，为优选更适合的酸液体系，开展了岩心流动实验，对比两种酸液体系的渗透率改善效果。

实验选取储层平行样岩心，渗透率测试分初始渗透率、污染后渗透率以及酸化解堵后渗透率测试三个阶段进行，对比两种酸液体系的渗透率改善效果，实验结果如图2所示。

图2 两种酸液体系酸化解堵效果评价

根据图2中实验结果可以看出，岩心受钻井液等污染后，渗透率由26.2mD降低至17.2mD，降幅达35%，说明前期工作液对储层造成极大的污染。污染后岩心经两种酸液体系酸化解堵后，渗透率大幅提升，说明酸化解堵效果显著，其中10%HCl+15%改性硅酸+10% HBF4酸液体系酸化解堵后渗透率提高至28.4mD，渗透率恢复值为108%；10%HCl+30%改性硅酸+8%HBF4酸液体系酸化解堵后渗透率提高至24.7mD，渗透率恢复值为94%，均有不错的酸化解堵效果；而氟硼酸HBF4浓度的提升对酸化解堵效果更加明显，不仅清除了前期工作液造成的堵塞伤害，同时改善了储层渗流通道，因此，最终优选10% HCl+15%改性硅酸+10% HBF4酸液体系作为LH油田主体酸液体系。

2.5 高温缓蚀剂的优选

酸液泵注过程中对地面管线、井筒造成腐蚀，导致金属强度降低，且反应过程中产生的Fe3+离子进入地层产生Fe(OH)3沉淀，因此需要针对优选酸液体系进行缓蚀剂优选降低腐蚀伤害。

缓蚀剂有GW-1高温缓蚀剂与LAW高温缓蚀剂两种，实验采用N80钢材，尺寸为50mm×10mm×3mm，清洁打磨后称取质量后，量取100mL的主体酸液并加入2%的高温缓蚀剂，置于高温高压（90℃、1MPa）动态腐蚀仪中反应4h后取出，清洁表面后称重并计算腐蚀速率，实验结果如表3所示。

表3 缓蚀剂优选实验结果

实验结果表明，90℃高温条件下，LAW高温缓蚀剂的缓释效果明显，平均腐蚀速率仅为18.59g/(m2h)，远小于腐蚀速率70g/(m2h)-1标准，因此，酸液体系优选LAW高温缓蚀剂作为主体酸液的缓蚀剂。

3 主体酸液体系现场应用

为检验酸液体系的酸化解堵效果，选择LH13-10a井进行现场酸化实践。LH13-10a井储层以灰质、泥质粉细砂岩为主，渗透性较差，平均渗透率仅80mD，生产含水率高达96.7%。使用优选的10% HCl+15%改性硅酸+10% HBF4+LAW高温缓蚀剂体系酸液进行现场实践，酸化解堵作业设计如下表4所示。

表4 缓蚀剂优选实验结果

LH13-10a井实施酸化解堵工艺后，增产效果显著，目前累计增油近7 000m3，优选的主体酸液体系适用性强，增产效果明显。

4 结论

1）针对酸敏性较强的储层，不适宜使用土酸体系酸化，而氟硼酸HBF4具有较好的适应性，深化缓速效果显著，能有效扩大酸化半径，避免储层二次伤害，提高酸化解堵效果。

2）储层温度高，酸液体系反应快，优选的LAW高温缓蚀剂能有效降低酸液与井筒等金属反应，缓蚀效果较好。

3）添加改性硅酸能有效提高酸液体系的溶蚀率，优选的10%HCl+15%改性硅酸+10% HBF4+LAW高温缓蚀剂对受污染储层渗透率恢复达到108%，清除储层污染的同时，改善了流体流动通道，优选的酸液体系能极大地提高LH油田产能，针对储层条件相似的油藏具有借鉴意义。