低渗油田储层堵塞机理及泡沫酸化学解堵

董小刚 贺雪红

摘      要：低渗储层多次酸化解堵后酸化效果变差，为实现深度酸化提高储层酸化作用效果，通过岩心薄片及扫描电镜分析了储层微观孔隙结构特征，通过实验研究了储层岩心水敏、速敏和酸敏性。结果表明：研究区储层黏土矿物中伊利石含量较高，岩样孔喉半径小，渗透性较差，存在中等偏强水敏、中等偏弱速敏、酸敏性损害的情况。利用岩心酸蚀实验配比出缓速酸1.5%+氟化铵0.5%+盐酸15%作为泡沫酸主体酸液，酸蚀率达到15.6%，并优选出非离子起泡剂作为表面活性剂，并验证了其具有较好的抗盐和抗油性能。

关  键  词：低渗储层;储层堵塞;缓速酸;泡沫酸;地层酸化

中图分类号：TE357         文献标识码： A        文章编号： 1671-0460（2020）10-2243-04

Abstract： In order to achieve deep acidification and improve the effect of reservoir acidification， the micro pore structure characteristics of the reservoir were analyzed by core slice and SEM. The water sensitivity， velocity sensitivity and acid sensitivity of the reservoir core were studied by experiments. The results showed that the illite content in the clay minerals of the reservoir was high， the pore throat radius of the rock sample was small， and the permeability was poor. There were moderate to strong water sensitivity， moderate to weak speed sensitivity and acid sensitivity damages. Through the core acid etching experiment， the retarded acid 1.5%+ ammonium fluoride 0.5%+ hydrochloric acid 15% was determined as the main acid of the foam acid， the etching rate reached 15.6%， and the nonionic foaming agent was selected as the surfactant.

Key words：Low permeability reservoir; Reservoir blockage; Retarded acid; Foam acid; Formation acidification

延长油田靖边采油厂所属部分区块目前利用常规酸化改善储层物性，经过多次实施后储层酸化效果逐渐变差，并给地层带来了一定的伤害[1]。通过前期的研究表明，储层黏土矿物含量较高，孔隙度及渗透率极低，酸化及注水过程由于储层敏感性因素影响，黏土矿物膨胀及颗粒运移，造成储层物性变差，产液量大大降低，影响油田注水开发效果[2]。以往传统地层酸化主要采用土酸酸液体系，由于土酸強酸性会导致储层岩石格架的破坏，导致储层孔隙堵塞，盐酸溶蚀掉储层中的钙质胶结物及绿泥石胶结物，而对其余胶结物的溶蚀效果一般，无法形成更好的酸蚀效果[3]。近几年，优化了酸液体系，采用了缓蚀酸，即在土酸的基础上弱化了HF和地层岩石反应的速率，降低了对岩心格架的损害，在酸蚀作用上有了进一步的提升[4-5]。

泡沫酸作为近年来研发出的新型酸液体系，是将空气、氮气等气体注入酸液体系中并形成泡沫，使得酸液体系成为一种分散体系。针对已经经过多次酸化改造的低渗储层，采用泡沫酸液体系能起到更为有效的作用[6]，具有酸液作用距离长、注入地层液压力低、液体黏度高、反排后地层残液少、地层伤害小等优势[7-9]。本文在缓速酸的基础上加入了起泡剂等添加剂，配置出了一种酸液泡沫分散体系，不仅能保留缓速酸的深度酸化功能，还改善了酸液的性质，对多次实施酸化作业的地层具有较好的应用潜力[10]。

1  储层堵塞机理

1.1  储层微观特征及堵塞类型

对于低渗储层而言储层伤害主要有两种类型：一种是由于液相的侵入造成的储层伤害，另一种是固体颗粒进入地层后造成的储层堵塞。因此，在分析储层堵塞产生的原因时，需要分析储层孔隙结构类型、胶结物、黏土矿物等[11]。

选取研究区储层岩样进行薄片分析（每块取6个不同测试点），分析现场岩心总体特征：构造、岩石总体结构的特点、胶结方式、孔隙充填方式、裂缝发育情况等。结果表明，岩石具中粒砂状结构。碎屑以中粒砂级碎屑为主，细粒、粗粒砂级碎屑次之，极细粒砂级碎屑较少，分选性中等，磨圆度较好（次圆状为主，次棱角状为辅），个别黑云母颗粒较大。碎屑成分为石英、长石、岩屑和黑云母，其中岩屑以酸性喷出岩、变质石英岩、泥（页）岩、石英砂岩岩屑为主，长石主要为斜长石，斜长石多被铁白云石交代呈残晶状。碎屑矿物成熟度较低，碎屑的次生蚀变为长石碎屑的铁白云石化，黑云母绿泥石化。胶结类型为接触式胶结（泥质）、再生胶结（硅质）。孔隙主要为粒间溶孔，石英颗粒边缘港湾状或参差状（图1）。

选取砂岩岩样，通过进行扫描电镜分析岩心内黏土矿物组成及微观结构特征。分析表明，砂岩胶结致密，存在大量黏土矿物;岩石孔隙、裂缝微发育，存在较多溶蚀孔，孔中填充有黏土矿物（图2）。

综合分析扫描电镜结果可知，研究区块致密砂岩储层岩石胶结致密，孔隙、裂缝微发育，为典型低孔低渗储层。岩石存在较多黏土矿物，储层孔隙填充有黏土矿物，颗粒表面共生高岭石、伊利石、少量伊/蒙混层等敏感性矿物，可知岩石应存在速敏性、水敏性等。

液相损害产生的原因为储层岩心的水敏伤害，同时也受到注入地层流体速度影响，当流体中含有悬浮颗粒，流体在较高速度流动过程产生剪切力，过多的颗粒造成了孔隙的堵塞。岩心水敏损害受4个方面影响：黏土矿物含量及分布，储层自身孔隙大小，外来流体盐、碱性，以及地层压力改变时储层孔隙结构发生的变化。

固相颗粒造成的储层堵塞根据颗粒类型分为无机物堵塞和有机物堵塞两种。无机堵塞物包括钻井液、完井液、注入水中含油的颗粒，以及注入水与地层岩心矿物形成的碳酸钙、硫酸钙沉淀等无机垢。有机堵塞物包括石蜡、胶质、沥青质等原油中析出的物质，造成储层孔隙喉道堵塞，另外还有厌氧细菌在地层中大量繁殖造成油层的堵塞。

1.2  油水井堵塞特征

通过对研究区多次酸化作业后的注水开发油井返排结垢物质进行化学性质分析，结果表明，堵塞物以蜡质、胶质、沥青质为主，有机物和无机物并存，成分较为复杂（表1）。

堵塞物在地层内的分布半径主要趋于近井地带，根据完井方式的不同略有差别，裸眼完井堵塞区域相比射孔完井更为密集，但射孔完井堵塞物在射孔孔眼更容易堆积。

2  储层敏感性分析

2.1  水敏性实验

按照SY/T 5358—2002《储层敏感性流动实验评价方法》，对水敏性进行评价[12]。由水敏指数评价岩心水敏性，水敏指数由下式计算：

通过对研究区致密储层岩心的水敏性评价实验可知，随着实验流体矿化度不断降低，岩样渗透率不断下降，当流体矿化度降至10 000 mg·L-1时，岩样渗透率损害率均超过20%，当流体矿化度为0时，渗透率损害率在50%～70%，属于中等偏强水敏损害（图3）。

2.2  速敏性实验

按照SY/T 5358—2010《储层敏感性流动实验评价方法》，对单相盐水的流速敏感性进行评价。由速敏引起的渗透率变化率由下式计算：

通过对研究区致密储层现场岩心的速敏性评价实验可知，随驱替流体流速不断增大，岩心渗透率逐渐降低。当流速为0.75 mL·min-1时，岩心渗透率下降幅度超过20%，因此确定临界流量为      0.50 mL·min-1。当流速为6 mL·min-1时，渗透率损害率最大，在30%～50%，故属于中等偏弱速敏性损害（图4）。

2.3  酸敏性实验

酸敏性评价实验包括一定质量分数的盐酸（15%HCl）和土酸（12%HCl+3%HF）的敏感性实验，实验流程为：用与地层水相同矿化度的氯化钾盐水正向测基础渗透率;反向注入0.5～1.0 PV倍数的盐酸或者土酸，停驱替泵模拟关井1 h;用氯化钾盐水正向测出渗透率。

2.3.1  盐酸敏感性评价实验

研究区致密储层现场岩心在通盐酸后，岩心渗透率降低，渗透率降低率为45.8%，故该岩心存在中等偏弱盐酸敏感性损害（图5）。

2.3.2  土酸敏感性评价实验

研究区块致密储层现场岩心通土酸后岩心渗透率急剧下降，渗透率损害率为55.7%，该岩心为中等偏强土酸敏感性损害（图6）。

3  泡沫酸解堵实验

新型泡沫酸液体系包括主体酸（盐酸、缓速酸）和起泡剂，在缓速酸的基础上加入起泡剂后使得注入地层的酸液泡沫中携带HF、缓速酸一起进入地层更深部位，实现深度酸化功能，起泡剂同时也能起到酸化作用后协助返排的作用。

3.1  主体酸液配比

实验过程采用缓速酸、氟化铵、盐酸不同质量分数进行配比，然后将配比得到的混合酸液与岩心反应，模拟地层温度50 ℃环境下反应4 h，然后将岩心烘干称重，分析岩心在3种酸液质量分数配比下的溶蚀率，配比质量分数及溶蚀率结果见表2。结果表明，实验组3配方：缓速酸1.5%+氟化铵0.5%+盐酸15%对岩心溶蚀率最高，达到了15.6%。

3.2  气相选择

目前泡沫酸液中考虑到成本问题一般采用空气、氮气和二氧化碳气体作为混合气注入酸液中，而由于空气中含有大量氧气成分，地层内原油及天然气为易燃易爆流体，考虑到安全风险因素，采用惰性气体最佳，而二氧化碳注入地层后于溶于地层水，产生碳酸根及碳酸氢根，与地层水中钙离子发生反应产生沉淀，将会造成储层堵塞。因此，最终选择氮气作为混合入酸液中的气相，制取方法为现场酸化过程设置制氮车进行现场制氮。

3.3  起泡剂优选

起泡剂性能决定了泡沫的稳定性，起泡剂在酸液配置过程通过搅动形成大量的混合泡沫，泡沫携带酸液注入地层。起泡剂选优的标准为是否适合所选的主体酸液体系，以及形成的泡沫稳定性的好坏。选择目前常用的几种起泡剂：阴离子型、阳离子型和非离子型，分别评价这3种起泡剂在上述配比主体酸液中的起泡性能。同时为分析注入地层后混合酸液及泡沫与地层岩石和地层水混合后，受地层盐性和地层含油的影响，造成起泡性能改变，实验分别分析了加入12 000 mg·L-1矿化度模拟地层水，以及加入原油后起泡能力，结果见表3，反映出非离子型起泡剂具有更好的起泡性能。

4  结 论

1）研究区储层存在中等偏弱速敏，临界流速为0.5 mL·min-1，储层具有中等偏强水敏性损害和中等偏弱盐酸敏性损害、中等偏强土酸敏性损害。

2）通过实验分析，配置出缓速酸1.5%+氟化铵0.5%+盐酸15%+非离子起泡剂的泡沫酸酸液体系，发泡性能良好，具有较好的抗盐和抗油性能。

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