一种新型含沥青质储层解堵液体系的研究——以四川盆地龙女寺龙王庙储层为例

张倩,刘威,熊颖,李朝林,张兴德,刘爽,陆小锋,王川

1.中国石油西南油气田分公司天然气研究院，四川 成都 610213 2.中国石油西南油气田分公司川中油气矿，四川 遂宁 629000

四川盆地龙女寺龙王庙储层主要为(残余)砂屑白云岩，储集空间以粒间溶孔、晶间溶孔为主，部分发育有裂缝，主要为裂缝-孔洞型、裂缝-孔隙(洞)型这2种类型储层。储层平均厚度16.2m，横向连续性差，非均质性强。储层沥青充填较为普遍，对储层物性有较大影响，沥青普遍质量分数为0.1%～3%，储层测井解释平均孔隙度4.3%，沥青的存在大大降低了储层的渗流能力，利用核磁共振测井结合岩心标定对沥青的影响进行校正后，平均孔隙度降至3.47%。其中，M井受沥青充填影响明显，测井解释平均孔隙度5.4%，去除沥青校正的孔隙度为3.8%，面洞率1.62%，试井解释其近井区渗透率0.02mD，储层厚度近40m，测试产量仅10.45×104m3/d；而G井储层品质与M井相当，孔隙度3.2%，面洞率1.56%，但沥青充填程度较低，试井解释近井区渗透率0.62mD，储厚24.2m，测试产量达到20.44×104m3/d。现常规的酸液体系对该储层改造效果较差，因此有必要开发出一套适合龙女寺含沥青质储层的酸液体系，有效去除或者降低沥青质对储层改造效果的影响。

国内外关于沥青质及其他重有机质的沉积引起的生产问题早有报道[1]，主要是通过机械处理和化学有机溶剂去除或溶解、分散沥青质。而地层中沥青质的清除主要还是采用化学方法。沥青质沉积物分散剂的研究很多，根据沥青分散稳定原理，分散剂配方中含有芳香类物质和极性表面活性剂，芳香类物质分散沥青质沉积物，表面活性剂极性分子借助形成的氢键渗透、分散进入胶质和沥青质片状分子之间，部分拆散平面重叠堆砌而成的聚集体，使其结构变松散，有序程度降低，空间延伸度减小，起到分散、稳定沥青质的作用。常用的沥青质沉积物分散剂主要是羟基衍生物类、烷基苯衍生物类、高分子聚合物类，离子液体类等[2,3]。目前国外的研究大多集中在油藏沥青的沉积机理、预防以及影响沥青沉积的因素等方面[4-9]，而沥青沉积对储层伤害的解除相对较少。针对龙女寺龙王庙含沥青质储层的酸化改造，结合沥青溶解分散剂研究，开发了一种适用于含沥青质储层的解堵液体系。

1 试验材料与仪器

1.1 试验材料

碳酸盐岩人造岩心、石油沥青、盐水(KCl溶液质量分数2%)、常规胶凝酸(酸液质量分数20%)、含沥青质储层解堵液体系(酸液质量分数20%)。

1.2 仪器

铁质研钵，电子天平，岩心压制机，扫描电镜，电热鼓风干燥箱，STY-4型渗透率测量仪，循环水式多用真空泵，高温高压腐蚀实验仪(海安县石油科研仪器有限公司HK-1)，表界面张力实验仪(德国KRUSS公司K100)，HAAKE流变仪(德国哈克公司)，多功能酸液流动及酸化评价系统(美国Thermo公司CRS-500)。

2 试验方法

2.1 体系性能评价方法

1) 高温腐蚀性 参照SY/T 5405—2019《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》，利用酸液动态腐蚀仪对新型含沥青质储层解堵液体系进行高温动态腐蚀评价，腐蚀速率小于70g/(m2·h)，符合缓蚀剂评价一级标准。

2) 稳铁性 参照ST/T 6571—2003《酸化用铁离子稳定剂性能评价方法》中关于铁离子稳定剂的评价方法对新型含沥青质储层解堵液体系进行稳铁能力评价，稳铁能力在4000mg/mL左右，满足现场施工技术指标要求。

3) 耐温耐剪切性 参照SY/T 6214—2016《稠化酸用稠化剂》，利用HAAKE流变仪，测定2种体系在170s-1剪切速率下，温度由30℃上升到150℃的黏度变化，并测定在150℃时剪切速率不断变化的剪切稳定性。评价新的解堵液体系性能能否满足施工基本要求。

2.2 单岩心流动试验方法

分别向岩心中注入胶凝酸和沥青质酸液，模拟酸液在地层中的反应及流动情况，对比分析二者对于含沥青质储层的改造效果。先将岩心对剖之后造缝涂抹填充沥青，再重新粘贴恢复。将处理后的岩心饱和水后放入岩心夹持器中，在一定温度、流量条件下依次将盐水、酸液、盐水注入岩心夹持器中，测量整个过程中的渗透率和压降变化情况。

3 解堵液体系

3.1 沥青成分分析

将取好的沥青颗粒研磨成粉末并制片，然后采用电镜扫描分析其结构及元素构成(见图1)。根据电镜扫描结果，分析得到龙女寺储层沥青组分(见表1)，其含碳质量比在48%左右，初步考虑采用有机溶剂进行溶解分散。

图1 沥青颗粒扫描电镜分析结果Fig.1 SEM photos of asphalt particles

表1 电镜成分分析表

3.2 溶解分散剂

作为含沥青质储层解堵液体系最核心的成分，沥青溶解分散剂的选择至关重要[10,11]，其作用主要是既能溶解分散沥青质同时也能够与主体酸液很好地互溶，不影响主体酸液的各项性能。

3.2.1 有机溶剂对沥青常温溶解性能评价

分别称取5g龙女寺岩心提取沥青，放入常规有机溶剂甲苯、二甲苯、轻质油、十二烷基苯磺酸(文献报道甲苯、二甲苯等对石油沥青质溶解率达到70%以上[12])，在常温下放置24h，观察其溶解分散性(见图2)，发现岩心外观无明显变化，有机溶剂颜色不变，且未见分散物。

图2 不同有机溶剂对沥青的溶解现象Fig.2 Dissolution of asphalt by different organic solvents

将在二甲苯溶液中的沥青过滤烘干，发现溶解前后外观及质量均无明显变化(见图3)。结合上述电镜数据，可以看出该沥青由于含碳量过高，常规沥青溶解剂对龙女寺岩心提取沥青无法进行有效溶蚀。

图3 沥青在二甲苯溶液中的溶解过程及现象Fig.3 Dissolution process and phenomenon of asphalt in xylene solution

3.2.2 沥青溶解分散剂常温性能

常规沥青溶解剂对目标区块沥青溶解效果不理想，故考虑将目标区块沥青分散至沥青溶解分散剂中，避免沥青沉淀对地层造成堵塞，且分散状态的沥青易随液体排出，从而达到解堵效果。根据文献[3]，选用几种常见分散剂与笔者的溶解分散剂进行评价。A (聚醚多元醇，西南石油大学)、B(长烷基链环状醇醚，西南石油大学)、C(胺类)、CT-4(醚为主体、辅以溶剂油、两性表面活性剂，西南天然气研究院)，观察在常温下区块沥青在分散剂中的分散性。图4为不同分散剂对沥青的分散效果，可以看出分散剂CT-4对沥青有分散溶解作用，其余分散剂均没有分散效果。这是因为溶解分散剂CT-4以醚为主体、辅以溶剂油、两性表面活性剂和稳定剂组合而成。基于相似相溶原理以及表面活性剂增溶原理，该溶解分散剂可以减弱沥青质分子之间π-π键的相互作用力，从而可以有效抑制沥青质的沉积。

图4 不同分散剂对沥青的分散效果Fig.4 The dispersing effect of different dispersants on asphalt

3.2.3 沥青溶解分散剂高温性能

结合储层温度，设定沥青在滚子炉中高温老化试验条件为150℃×48h，测试沥青溶解分散剂在高温下对沥青的溶解性能，试验结果见表2。沥青溶解分散剂A在高温下乳化分层， B、C在高温下对沥青无明显溶解分散作用， CT-4在高温下对沥青有明显分散溶解现象。因此，优选出CT-4作为含沥青质解堵液体系的溶解分散剂。

表2 沥青溶解分散剂对沥青的溶解度

3.3 解堵液配方

四川盆地龙女寺龙王庙含沥青质储层岩性以灰色云岩为主，通常采用酸压作业进行改造，在解除污染的基础上，形成一定导流能力酸蚀裂缝，尽可能沟通高渗带，扩大泄流面积。由于储层温度高(150℃左右)，酸岩反应速度快，酸液有效作用距离短，因此一般采用耐温和缓速性能较好的胶凝酸来提高酸蚀裂缝长度[13-15]；采用耐温能力较好的阳离子型胶凝剂提高酸液黏度，依靠黏度降低高温下酸岩反应速率；同时，加入高温酸化缓蚀剂以及缓蚀增效剂，避免高温下酸液对管柱腐蚀带来的穿孔、断裂风险；加入铁离子稳定剂，避免残酸中铁离子二次沉淀伤害；加入黏土稳定剂避免因黏土膨胀、运移造成的储层伤害问题；为了施工后能快速返排(储层的压力因数一般在1.6左右)，加入助排剂降低残酸返排时的毛细管阻力，提高返排能力，避免因残酸滞留地层带来的伤害问题。因此对于龙女寺储层，基于上述考虑选用胶凝酸作为基础酸液体系。

胶凝酸配方：20%HCl+0.3%～0.5%胶凝剂+1%铁离子稳定剂+2%～3.5%缓蚀剂+1%～1.5%缓蚀增效剂+1%助排剂+1%黏土稳定剂(配方中的百分数为质量分数,下同)。

考虑到沥青质充填对储层改造的影响，在胶凝酸体系中加入一定量的沥青溶解分散剂，对充填的沥青质进行溶解、分散(剥离)，提高孔隙的连通性，形成了适合龙女寺龙王庙含沥青质储层解堵液体系，其配方为：20%HCl+0.3%～0.5%胶凝剂+1%铁离子稳定剂+2%～3.5%缓蚀剂+1%～1.5%缓蚀增效剂+1%助排剂+1%黏土稳定剂+8%～15%沥青溶解分散剂CT-4。

4 解堵液体系的性能评价

4.1 高温腐蚀性能

参照SY-T/5405—2019《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》，考察新型含沥青质储层解堵液体系的缓蚀性能(试验温度为150℃)。含沥青质储层解堵液体系对标准钢片腐蚀前后形貌对比如图5所示。解堵液对钢片的腐蚀为均匀腐蚀，无点腐蚀发生。解堵液体系对钢片的腐蚀速率分别为64.26g/(m2·h)(086#)和69.64g/(m2·h)(049#)，平均腐蚀速率为66.95g/(m2·h)，对比行业标准(150℃腐蚀速率<70g/(m2·h)，该含沥青质储层解堵液体系腐蚀速率达到行业一级标准。

图5 解堵液对两组标准钢片腐蚀前后形貌对比图Fig.5 Comparison of morphology of two groups of standard steel sheets before and after corrosion by blockage removing fluid

4.2 稳铁性能

参照SY/T 6571—2003《酸化用铁离子稳定剂性能评价方法》开展新型含沥青质储层解堵液体系稳铁性能评价，150℃高温条件下含沥青质储层解堵液体系有较好的稳定铁离子能力，对比行业标准(稳铁能力>2000mg/mL),该沥青质储层解堵液体系稳定铁量高达2010mg/mL。

4.3 耐温耐剪切性

采用HAAKE流变仪测试常规胶凝酸和含沥青质储层解堵液流变曲线(剪切速率170s-1)，流变曲线如图6所示。2种酸液流变曲线变化趋势基本一致：随着温度的上升，解堵液体系黏度逐渐下降，150℃连续剪切100min后，黏度均能稳定在15mPa·s以上，满足性能要求。

图6 耐温耐剪切曲线Fig.6 Temperature and shear resistance curves

4.4 解堵液流动模拟试验分析

取4根处理后的岩心进行岩心流动试验，各岩心的物性参数如表3所示，分别根据岩心过酸前后渗透率的改变来判断其解堵效果。可以看出，常规胶凝酸对岩心渗透率改善倍数分别为4.567、3.225倍，而含沥青质储层解堵液体系对于岩心渗透率改善倍数为4.728、6.295倍。含沥青质储层解堵液体系对岩心渗透率改善倍数明显高于常规胶凝酸的原因在于沥青质解堵液进入地层后，其中的沥青分散剂可以很好地将储层孔隙中的沥青进行溶解分散，增大了岩心孔隙度。

表3 解堵液对岩心渗透率改善效果

5 结论

1)研发了以醚为主体，辅以溶剂油、两性表面活性剂和稳定剂组合而成沥青溶解分散剂CT-4，该溶解分散剂在高温下，对储层沥青的溶解率能达到65%。

2)沥青分散剂CT-4与常规胶凝酸具有较好的配伍性，且该含沥青质储层解堵液体系具有较好的抗剪切和耐温性能，150℃下剪切100min后黏度超过15mPa·s，150℃动态腐蚀速率小于70g/(m2·h)，达到了含沥青质储层的酸压施工工艺要求。

3)岩心流动试验结果表明，该体系对含沥青质储层岩心渗透率改善倍数达到4～6倍，与常规胶凝酸相比，该解堵液体系对含沥青质储层岩心渗透率改善效果更为显著。