“酸敏"砂岩储层的酸化适用性探讨_技术研究

摘要

酸化压裂技术在鄂尔多斯盆地长庆气区部分特低渗透砂岩储层改造中取得了一定的效果，但对于该工艺在酸敏储层的适用性存在争议。

摘要 酸化压裂技术在鄂尔多斯盆地长庆气区部分特低渗透砂岩储层改造中取得了一定的效果，但对于该工艺在酸敏储层的适用性存在争议。酸敏评价实验标准中所用酸液类型及浓度并不是针对具体储层特征的最佳优化结果，因此该类实验得出的敏感性结论并不能作为储层是否可采用酸化处理的依据。为此，开展了酸液岩心流动评价实验，通过研究储层的损害类型和分析储层中矿物含量，进而优化出了酸化工作液体系，形成了以有机酸为主的酸液体系。岩心实验结果表明，该酸化工作液对酸敏砂岩储层进行酸化是适用的，可有效地提高酸化效果。

关键词 鄂尔多斯盆地长庆气区酸敏砂岩储集层酸化评价实验

针对鄂尔多斯盆地长庆气区开发规模不断扩大、部分区块的物性变差、采用常规加砂压裂工艺又使单井产量偏低的状况，通过室内研究与现场试验，形成了一些新的工艺，提高了单井产量。其中利用酸化和加砂压裂技术优势互补的前置酸加砂压裂工艺得到了广泛的应用，并取得了一定效果。然而对于酸敏储层该工艺的适用性，存在一定争议，通过理论分析及室内实验，对酸敏储层进行酸处理的可行性进行了分析研究，并对酸敏的预防提出了几点对策。

1 酸敏成因

一般砂岩储层均由石英、长石、燧石及云母骨架构成，在原生孔隙空间沉淀的次生矿物是颗粒胶结物和自生黏土。进行砂岩基质酸化目的就是通过酸化溶解堵塞或桥塞在地层基质孔隙喉道的污染，以提高、恢复原始地层的渗透率。但是当酸液与储层矿物和流体接触发生反应时，也可能产生沉淀或释放出颗粒，导致岩石渗透率下降，即出现酸敏现象^[1]。常见的酸敏成因有下述两种。

1．1 酸后形成二次沉淀

酸岩反应不是简单的溶解作用，它会因溶解释放出大量的易沉淀离子，在一定条件下生成二次沉淀，从而引起孔喉通道的堵塞，对储层(特别是低渗透储层)造成严重地伤害。

盐酸处理地层时，最易产生的是氢氧化物沉淀，在进行酸／岩反应后，随着酸浓度的降低，孔隙流体的pH值将会逐渐升高，含铁、铝矿物释放出的Fe³⁺、A1³⁺将在一定的pH值范围生成氢氧化物沉淀，表1列出了几种难溶氢氧化物产生沉淀的pH值范围。氢氟酸处理地层时，产生的沉积物主要有不溶性氟化物、氟硅酸盐、氟铝酸盐及硅胶等，这类沉淀物的生成受pH值影响较小。氟硅酸盐与氟铝酸盐沉淀具有很强的吸附能力，容易吸附在颗粒表面，造成孔喉堵塞。氟硅酸在HF的残酸中还会分解，并水解成正硅酸，单分子正硅酸逐渐聚合成多聚硅酸时，就易形成硅酸凝胶，这种硅酸凝胶含水量大，松软有弹性，很容易堵塞孔隙与喉道^[33]。

1．2 引起微粒分散运移

在酸岩反应过程中，常常释放出一些不溶于酸的颗粒及反应残渣，当流体通过岩石基质时，牵引力使这些颗粒发生分散运移，堵塞空隙喉道，从而使渗透率降低。砂岩地层中黏土矿物主要为蒙脱石、高岭石、伊利石等。蒙脱石结构负电性强、晶格不稳定，易吸水膨胀，属膨胀型黏土；高岭石属非膨胀型黏土，易分散运移；伊利石易脱落，造成微粒分散运移^[4]。

由于酸化对储层容易造成伤害，因此通常进行酸敏评价实验来判断储层是否适合采用酸化处理。

2 储层酸敏评价实验

依据石油行业标准《储层敏感性流动实验评价方法》（SY/T 5358—2002）对长庆气区某区块的低渗透砂岩岩心进行了酸敏性流动评价实验。

2．1 实验岩心样分析

首先对实验岩心样品进行XRD分析，其结果见表2、3。可以看出：岩石骨架部分以长石为主，石英含量次之；黏土矿物含量较少，以绿泥石为主，绿泥石含量在50.0％～75.30％之间。

2．2 酸敏评价实验

依据《储层敏感性流动实验评价方法》（SY/T 5358—2002）中酸敏评价实验方法对岩心样进行了盐酸敏感性评价实验。实验导致岩心渗透率发生不同程度地降低，结果呈现出一定的酸敏损害程度，表现为弱—中酸敏，其结果见表4。

2．3 酸敏成分的实验分析

2．3．1 酸液选择不合理

酸敏评价实验标准只规定了盐酸(15％)及土酸(12％HCl+3％HF)两种酸液，不具有针对性。随着酸化技术的不断发展，现在一些新的酸液(如：有机酸、非活性硝酸、缓速酸、磷酸等)在酸化中解决了常规酸不能解决的问题^[5]。

2．3．2 对产生的二次沉淀未采取抑制措施

酸敏评价实验对酸岩反应过程中可能出现的沉淀物未采取抑制措施，所形成的沉淀物会引起岩心渗透率下降，造成伤害。

评价实验中，随着酸岩反应的进行，氢离子浓度不断降低，环境pH值升高，岩心中绿泥石、高岭石含量较高，由此可能产生氢氧化铁、氢氧化铝沉淀。可以考虑加入铁离子稳定剂，并复配反应速率慢的有机酸抑制酸化液残液中析出氢氧化物沉淀。

实验岩心黏土矿物中以绿泥石、高岭石含量为主，盐酸酸敏实验采用浓度l5％的盐酸，高浓度盐酸会导致硅酸盐结构破坏，从而产生水合二氧化硅沉淀。

2．3．3 微粒的分散与运移

M_υAl_ωSi_xO_y(OH)_z+yH⁺→ωAl³⁺+υM^m++xSiO₂·2H₂O+(y+z-4x)H₂0

有学者研究了盐酸与各种铝硅酸盐矿物的反应动力学，并将反应速度常数的对数值为50时对应的温度(T₅₀)作为各种铝硅酸盐在盐酸中保持稳定的温度上限，各种铝硅酸盐的T₅₀值如表5所示。表5同时也给出了根据热力学数据计算出来的盐酸与醋酸与各种铝硅酸盐矿物反应的平衡常数。可以看出，在热力学上，这些铝硅酸盐均可以溶于盐酸，但几乎完全不溶于醋酸；而在动力学上，沸石在盐酸中最不稳定，绿泥石次之，长石最稳定。在储层中占优势的铝硅酸盐矿物的T₅₀低于储层温度时，应该考虑在酸化液中用乙酸代替盐酸^[6-8]。