溫平安，王偉林，唐述凱，段 凡，李美蓉

（1.勝利油田東勝精攻石油開發(fā)集團(tuán)股份有限公司，山東東營 257015；2.中國石油大學(xué)（華東）理學(xué)院，山東青島 266580）

隨著探明的低滲透油藏儲(chǔ)量的增加，低滲透油藏儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的比重越來越大，加大對(duì)低滲透油藏的開采力度成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)低滲透油藏進(jìn)行酸化改造[1]的目的是改善由于成巖作用等造成的儲(chǔ)層滲透率的傷害并解除鉆井時(shí)泥漿在近井壁帶的污染。低滲透儲(chǔ)層具有物性差，滲透率低，非均質(zhì)性強(qiáng)，粘土礦物含量高，地層敏感性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此研制適用于低滲透油藏的具有深穿透性的緩速酸，并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行研究，不僅為改善低滲透油藏的低效開發(fā)狀況提供技術(shù)支持，同時(shí)為其它類似油藏的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 酸化配方研制及效果驗(yàn)證

針對(duì)儲(chǔ)層特征及流體性質(zhì)分析，研制出一種低傷害、深穿透的復(fù)合緩速酸化配方[2-3]。該復(fù)合緩速酸活性成分主要為乙酸、鹽酸和氫氟酸，可溶解碳酸鹽、硅酸鹽、泥質(zhì)等無機(jī)物和蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等有機(jī)物，以減輕對(duì)儲(chǔ)層和油井造成的傷害，還復(fù)配了防膨劑、緩蝕劑、表面活性劑和鐵離子穩(wěn)定劑等酸液添加劑[4]，能有效避免因粘土水化膨脹和運(yùn)移[5-6]、腐蝕、乳化和殘酸中鐵沉淀等二次傷害的產(chǎn)生。

通過巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，對(duì)比酸化前后巖心滲透率的變化，驗(yàn)證酸化效果，結(jié)果（見表1）。

表1 酸化前后巖心液測(cè)滲透率

從表1 可以看出，經(jīng)過復(fù)合緩速酸酸化后，不同區(qū)塊的巖心滲透率均有了不同程度的提高。其中牛25 區(qū)塊屬于一般低滲透砂巖儲(chǔ)層，滲透率由13×10-3μm2提高到255×10-3μm2，滲透率提高1 861.5 %，酸化效果顯著；而博9 區(qū)塊屬于特低滲透碳酸鹽巖儲(chǔ)層，滲透率由0.01×10-3μm2提高到0.018 1×10-3μm2，滲透率提高幅度為81 %。

2 酸化機(jī)理研究

2.1 復(fù)合緩速酸作用機(jī)理

該復(fù)合緩速酸由無機(jī)酸、氟化物及有機(jī)酸[7-8]等組成。無機(jī)酸、氟化物在地層中能夠緩慢生成HF，HF 的生成增加了活性酸的穿透深度。有機(jī)酸具有弱電離性，在地層條件下緩慢釋放氫離子，可以避免過度溶蝕，保持骨架結(jié)構(gòu)的完整及強(qiáng)度；酸與地層巖石礦物作用后的殘酸能保持較低的pH 值，避免了氟硅酸鹽和鐵沉淀等二次沉淀的生成，有效地恢復(fù)和提高地層的滲透率。

2.2 酸化反應(yīng)機(jī)理

2.2.1 砂巖酸化反應(yīng)機(jī)理 砂巖儲(chǔ)層由砂粒和粒間膠結(jié)物組成，骨架結(jié)構(gòu)主要為石英和長石，膠結(jié)物主要是粘土和碳酸鹽等。砂巖儲(chǔ)層酸化通常是用酸液溶解膠結(jié)物、孔隙中充填的粘土礦物或堵塞物, 從而改善儲(chǔ)層滲流能力。砂巖儲(chǔ)層酸化一般采用HCl 和HF 進(jìn)行。HCl 主要溶解碳酸鹽膠結(jié)物，HF 幾乎可以溶解所有砂巖礦物，尤其是對(duì)粘土礦物和膠結(jié)物具有高的溶解性，并形成良好的酸蝕孔道。

HF 與長石的反應(yīng)：

鉀長石：

鈣長石：

鈉長石：

HF 與粘土礦物的反應(yīng)：

高嶺石：

伊利石：

由于粘土表面積比同等質(zhì)量的砂料表面積大200倍以上，所以該反應(yīng)幾乎是瞬間完成。

2.2.2 碳酸鹽巖酸化反應(yīng)機(jī)理 碳酸鹽巖主要礦物成分為方解石和白云石。酸液主要通過溶蝕裂縫中的充填物、裂縫中的泥漿堵塞物等來達(dá)到改造儲(chǔ)層、油井增產(chǎn)的目的[9-10]。

酸液與方解石的反應(yīng)：

酸液與白云石的反應(yīng)：

酸液與伊利石的反應(yīng)：

2.3 X 射線衍射分析

依據(jù)《沉積巖中粘土礦物總量和常見非粘土礦物X 射線衍射定量分析方法》（SY/T6210-1996），使用D/max-2500PC 衍射儀（分析溫度23 ℃，濕度50 %RH）對(duì)不同區(qū)塊的巖石進(jìn)行X 射線衍射粘土礦物分析和X射線衍射全巖礦物分析，結(jié)果（見表2、表3 和表4）。

表2 不同區(qū)塊巖心粘土礦物分析結(jié)果/%

從表2 可以看出，牛25 區(qū)塊粘土礦物主要為高嶺石，它屬硅鋁酸鹽礦物，具有兩層構(gòu)造，由于其晶間結(jié)構(gòu)不緊密，是一種速敏礦物，在液流的沖刷下易于遷移，堵塞油層喉道；博9 區(qū)塊粘土礦物主要為伊利石，伊利石呈葉片狀、絲發(fā)狀等貼附于顆粒表面或充填于粒間孔隙內(nèi)，片狀等微晶把孔隙分割成許多小孔隙，增加了迂回度；絲發(fā)狀的容易被水沖移，堵塞孔隙和吼道，降低孔隙度和滲透率。兩個(gè)區(qū)塊均存在伊/蒙間層礦物，蒙脫石具有很高的吸水膨脹性，當(dāng)遇到淡水時(shí)極易發(fā)生水化膨脹，堵塞孔隙喉道，故酸液中應(yīng)添加防膨劑。

表3 牛25 巖心酸化前后全巖礦物變化/%

從表3 中可以看出，酸化前，牛25 區(qū)塊砂巖骨架顆粒主要是石英、斜長石、鉀長石，膠結(jié)物多為粘土和方解石，骨架結(jié)構(gòu)占94 %，粘土礦物含量少。礦物含量在5 %～20 %時(shí)需添加防膨劑，酸液中應(yīng)添加防膨劑；酸化后，鉀長石和斜長石部分被溶蝕，骨架結(jié)構(gòu)保持較好；粘土礦物發(fā)生了轉(zhuǎn)化，并形成一定的溶蝕顆粒，從而提高地層滲透率。

表4 博9 巖心酸化前后全巖礦物變化/%

從表4 可以看出，酸化前，博9 地層巖心的骨架顆粒主要是方解石和鐵白云石，由于粘土礦物含量較高需添加防膨劑，因此酸液中應(yīng)添加防膨劑；酸化后，方解石完全被溶蝕，鐵白云石大量被溶蝕，形成溶蝕孔隙，從而提高地層滲透率，粘土礦物發(fā)生了轉(zhuǎn)化，骨架結(jié)構(gòu)石英和斜長石及粘土礦物明顯增加。

2.4 巖心掃描電鏡分析

分別取酸化前后的牛25 區(qū)塊巖心和博9 區(qū)塊巖心做掃描電鏡，結(jié)果（見圖1 和圖2）。

從圖1（a）和（b）中可以看出，酸化前孔隙直徑分布大約在20～95 μm 左右，而酸化后孔隙直徑分布為54.2～151 μm，孔隙明顯增大；從圖1（c）和（d）中可以看出，酸化前石英晶體呈近等軸狀六角多邊體，形狀規(guī)則，酸化后自生石英被溶蝕，并形成許多溶蝕孔隙；從圖（e）和圖（f）中可以看出，酸化前長石形成規(guī)則的片層狀多重緊密連生體，酸化后長石大量被溶蝕，形成溶蝕孔隙，從而提高滲透率。

從圖2（a） 測(cè)出孔隙直徑分布大約在0.961～2.81 μm 左右，明顯小于牛25 砂巖儲(chǔ)層，說明碳酸鹽巖由于膠結(jié)致密致使地層滲透率較低；圖2（b）是白云石和方解石的形貌特征；從圖2（c）中觀察到方解石和石英形貌；圖2（d）可以看到呈片層狀的伊利石充填于粒間孔隙中，使地層滲透率降低。

圖2 酸化前博9 巖心掃描電鏡

從圖3（a）中看到附著在樣品表面的大量的鹽析出，這是由于地層滲透率過低，且孔隙極小并膠結(jié)致密造成的；從圖3（b）中看到石英晶體被溶蝕，形成細(xì)小的溶孔；從圖3（c）和（d）中看到大量溶蝕顆粒和溶蝕孔隙，說明經(jīng)過酸化后，形成一定數(shù)量的溶蝕孔隙，從而提高地層滲透率，使儲(chǔ)層得到改善。

3 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

圖3 酸化后博9巖心掃描電鏡

（1）針對(duì)低滲透油藏研制的復(fù)合緩速酸活性成分主要為乙酸、鹽酸和氫氟酸，具有深穿透性，并復(fù)配了多種酸液添加劑，能有效避免因粘土水化膨脹和運(yùn)移、腐蝕、乳化和殘酸中鐵沉淀等帶來的二次傷害。

（2）該復(fù)合緩速酸對(duì)砂巖儲(chǔ)層的作用機(jī)理是：通過對(duì)長石的溶蝕，使其結(jié)構(gòu)變得疏松，產(chǎn)生裂縫并形成新的滲透通道；通過對(duì)粘土礦物的溶蝕，生成一定數(shù)量的溶孔，從而提高地層滲透率。

（3）該復(fù)合緩速酸對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的作用機(jī)理是：主要溶蝕地層中的碳酸鹽膠結(jié)物，包括白云石和方解石，并形成大量的溶蝕顆粒和溶蝕孔隙，使儲(chǔ)層得到改善。

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