3.5酸巖反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)測定

以鹽酸、膠凝酸、轉(zhuǎn)向酸和乳化酸為對比，測定不同酸液體系傳質(zhì)系數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。單相酸體系緩速效果最強(qiáng)，比乳化酸體系還下降了一個(gè)數(shù)量級，緩速率為99.6%，可以達(dá)到緩速深部酸化的效果。單相酸相比于乳化酸酸巖反應(yīng)速度明顯下降，這與乳化酸粒徑研究結(jié)論也是相似的：粒徑越小，酸巖反應(yīng)速度越慢。

圖6不同酸液傳質(zhì)系數(shù)對比圖

表1不同酸液體系的界面張力

3.6界面張力測試

以鹽酸、膠凝酸和乳化酸為對比，采用界面張力儀測定單相酸界面張力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。數(shù)據(jù)可以看出，乳化酸為油包水乳液，單相酸為油包水的納米均相分散體系，兩者界面張力均為0；鹽酸和膠凝酸界面張力接近，為31.1 mN/m；轉(zhuǎn)向酸為表面活性劑酸液體系，界面張力較低，為1.8 mN/m。

3.7單相酸摩阻測試

采用摩阻測試儀測定單相酸的降阻率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在不加減阻劑的情況下，單相酸與水的摩阻相當(dāng)，表明不加減阻劑情況下，單相酸不具備減阻效果；加入0.1%減阻劑后，可明顯降低單相酸摩阻，降阻率可達(dá)80%以上，摩阻和膠凝酸相當(dāng)，遠(yuǎn)低于乳化酸摩阻。

圖7不同酸液體系摩阻測試

3.8溶有機(jī)垢、無機(jī)垢及混合垢性能

采用瀝青塊模擬有機(jī)垢，碳酸鈣（灰?guī)r）模擬無機(jī)垢，瀝青和碳酸鈣3∶7混合物模擬混合垢。混合垢樣制作步驟如下：①將瀝青塊敲成小塊放入燒杯；②控溫磁力攪拌器將瀝青融化為液態(tài)；③將液態(tài)瀝青趁熱導(dǎo)入塑料試管中；④再按比例加入碳酸鈣，在瀝青凝固前攪拌均勻；⑤得到比表面積接近混合垢（瀝青碳酸鈣質(zhì)量比為3∶7），混合垢制作流程圖見圖8。

圖8混合垢制作流程圖

分別對鹽酸、芳烴溶劑、單相酸溶解有機(jī)垢、無機(jī)垢及其混合垢性能進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)條件：90℃水浴，50 g溶液，2.5 g垢樣，溶解4 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。從表2可以看出，單相酸對混合垢溶解效率遠(yuǎn)高于單一解堵體系，具備同時(shí)解除有機(jī)垢、無機(jī)垢及其混合垢的能力。單相酸溶有機(jī)垢和無機(jī)垢過程圖片見圖9，當(dāng)碳酸鈣加入后，單相酸與碳酸鈣反應(yīng)較明顯；當(dāng)瀝青加入后，常溫下溶解較慢，90℃水浴4 h后完全溶解；溶解后的殘液倒出后，燒杯底部無殘留，表明單相酸可以完全溶解有機(jī)垢（碳酸鈣）和無機(jī)垢（瀝青）。

表2溶解有機(jī)垢、無機(jī)垢及其混合垢數(shù)據(jù)

圖9單相酸溶有機(jī)垢和無機(jī)垢過程

3.9混合垢傷害模擬及解除實(shí)驗(yàn)

3.9.1混合垢傷害模擬實(shí)驗(yàn)

為在室內(nèi)模擬混合垢巖心傷害，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)步驟：①氣測巖心初始滲透率；②模擬無機(jī)垢傷害：使用10.5%碳酸鈉溶液與15%氯化鈣溶液交替注入，模擬無機(jī)垢（CaCO3）的損害；③模擬有機(jī)垢傷害：50%的瀝青正庚烷溶液與二甲苯1∶1混合，抽真空進(jìn)行巖心飽和，傷害72 h后烘干；④傷害后巖心氣測滲透率；⑤計(jì)算傷害率。混合垢傷害前后砂巖巖心圖片見圖10。

圖10砂巖混合垢傷害前后圖

在該實(shí)驗(yàn)方案下，交替注入的碳酸鈉溶液與氯化鈣溶液會(huì)在孔隙中形成白色的碳酸鈣沉淀，瀝青飽和進(jìn)入孔隙中經(jīng)過正庚烷的揮發(fā)瀝青黏度急劇增加，封堵孔隙造成滲透率下降，可以模擬混合垢傷害砂巖儲(chǔ)層。由表3可見，獲得的砂巖混合垢傷害率大于99%，傷害后巖心滲透率小于0.02 mD，傷害顯著。

表3砂巖混合垢傷害模擬

通過觀察傷害后巖心表面，可以發(fā)現(xiàn)瀝青在孔隙系統(tǒng)中的分布模式如圖11所示。對于孔隙系統(tǒng)來說，瀝青膠結(jié)在巖石顆粒四周，這類瀝青可能對減小孔隙體積作用不明顯，但其可以顯著限制或封閉孔喉，導(dǎo)致滲透率下降；另一種充填在孔隙內(nèi)，堵塞整個(gè)孔隙，降低孔隙體積。儲(chǔ)層中的瀝青占據(jù)儲(chǔ)層的部分儲(chǔ)集空間，破壞儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，不僅會(huì)減小儲(chǔ)層的孔隙度，同時(shí)還會(huì)大幅度減低儲(chǔ)層滲透率，嚴(yán)重影響儲(chǔ)層物性及油氣井產(chǎn)能。

圖11混合垢傷害示意圖

3.9.2混合垢傷害解除實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)使用傷害后的砂巖巖心，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)步驟：①加熱設(shè)備至90℃，將巖心放置巖心夾持器；②將配置好的單相酸液體與15%KCl標(biāo)準(zhǔn)鹽水放入中間容器，排空管線空氣；③緩慢將圍壓加載至2 MPa，檢測過程中始終保持圍壓值大于巖心入口壓力1.5 MPa～2.0 MPa，以2 mL/min流量驅(qū)替鹽水至壓力及出口流量穩(wěn)定，測得初始滲透率；④以2 mL/min流量反向驅(qū)替處理液，記錄濾失、注入壓力等相關(guān)數(shù)據(jù)；⑤對解堵后的巖心進(jìn)行CT掃描，觀察形貌。

實(shí)驗(yàn)?zāi)M改變單相酸的酸相（土酸、氟硼酸）與土酸和芳烴溶劑進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。巖心傷害前后及采用不同體系解堵后的巖心端面照片見圖12。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示芳烴溶劑和土酸只能部分解除砂巖巖心傷害，單相酸體系不僅可以解除有機(jī)垢和無機(jī)垢傷害，還能酸蝕增滲，使得傷害解除后巖心滲透率高于傷害前巖心滲透率。

表4砂巖混合垢解除實(shí)驗(yàn)

圖12砂巖混合垢傷害前后圖

對混合垢傷害解堵前后的巖心進(jìn)行CT掃描，見圖13。對CT掃描圖像數(shù)據(jù)密度分布進(jìn)行處理，紅色區(qū)域?yàn)橐詿o機(jī)質(zhì)為主的高密度堵塞區(qū)域，藍(lán)色范圍為有機(jī)質(zhì)為主的低密度堵塞區(qū)域，圖中可見單相酸（土酸）傷害解除范圍最大，對高密度的礦物溶蝕性能更好。土酸、芳烴溶劑單獨(dú)處理效果差。也可從堵塞物CT密度分布曲線得出相同結(jié)論（其中，密度分布曲線中橫坐標(biāo)代表密度數(shù)，按照空氣為0，水為1000進(jìn)行校正；縱坐標(biāo)為歸一化密度累計(jì)占比，對應(yīng)曲線為混合垢傷害前巖石密度分布，作為參照。密度分布曲線中彩色區(qū)域代表不同密度下CT響應(yīng)強(qiáng)度），土酸解除了高密度范圍的堵塞，但低密度堵塞沒有解除；芳烴溶劑解除了低密度范圍堵塞，但高密度堵塞沒有解除，而單相酸體系均有解除。

圖13砂巖解堵前后CT掃描數(shù)據(jù)及堵塞密度范圍分布曲線

4.現(xiàn)場應(yīng)用

伊拉克米桑油田原油為中-重質(zhì)原油，原油中瀝青質(zhì)含量為3.6%～11.7%，蠟含量為0～2.9%，常規(guī)解堵措施無法有效解除有機(jī)、無機(jī)及其混合垢傷害。B-1井為米桑油田Mishrif儲(chǔ)層生產(chǎn)井，目的層巖性為灰?guī)r，射孔層位為4001～4011 m，孔隙度17.5%，滲透率65.8 md，油藏溫度117℃左右。該井存在的主要污染原因?yàn)橛袡C(jī)沉積物混合碳酸鈣形成混合堵塞污染物，導(dǎo)致該井停產(chǎn)。2023年12月，該井采用單相酸體系進(jìn)行酸化現(xiàn)場施工，施工曲線見圖14，該井施工后成功復(fù)產(chǎn)，產(chǎn)油量達(dá)364 m3/d，增產(chǎn)效果顯著。

圖14 B-1井為米桑油田Mishrif儲(chǔ)層的酸化施工曲線

5.結(jié)論

1.針對近井地帶存在的有機(jī)、無機(jī)及其混合垢傷害，開發(fā)了一種新型多功能解堵體系-單相酸體系。該單相酸體系由芳烴溶劑、酸液、表面活性劑、助表面活性劑及功能型添加劑組成。

2.單相酸體系是一種外相為油、內(nèi)相為酸的納米均相分散體系，粒徑分布為7～50 nm；界面張力為0；具有解除儲(chǔ)層乳化（破乳率大于90%）、水鎖、潤濕改性的性能（油濕改性為水濕）；可同時(shí)溶解有機(jī)垢、無機(jī)垢及其混合垢（溶解率100%）；具有低摩阻性能（降阻率大于80%），可實(shí)現(xiàn)大排量解堵作業(yè)；具有高緩速率性能（緩速率大于99%），可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層深部解堵。

3.單相酸解堵后，巖心滲透率恢復(fù)率大于100%，表明單相酸體系不僅可以解除有機(jī)垢和無機(jī)垢傷害，還能酸蝕增滲，改善近井區(qū)域巖石滲流特性。

4.單相酸利用油與酸互溶原理，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)垢、無機(jī)垢及其混合垢單步同時(shí)溶解，對油氣井及轉(zhuǎn)注井近井地帶混合垢污染物的高效解除具有重要意義。單相酸體系在伊拉克米桑油田進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，增產(chǎn)效果顯著。