新型砂巖酸化液配方室內(nèi)研究

摘要：氟硼酸銨是一種含氟元素銨鹽，在水溶液中顯弱酸性，可以發(fā)生緩慢水解，最終產(chǎn)生氫氟酸，因此有了對砂巖儲層進(jìn)行基質(zhì)酸化的可能。本文研究了以氟硼酸銨為主體配方的酸液體系性能，確定了各組分的最佳濃度，再對添加劑進(jìn)行了篩選，確定出了一套合理的添加劑配方，并配制成體系與土酸和氟硼酸體系作性能上的對比，試驗結(jié)果體現(xiàn)出了該體系具有緩速、緩蝕等優(yōu)越性，為該體系在現(xiàn)場上的應(yīng)用提供了室內(nèi)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：氟硼酸銨 酸液 配方 性能 對比測試

1. 緒論

常規(guī)土酸體系（HCl/HF）在砂巖基質(zhì)酸化工藝中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，由于反應(yīng)速度快，作用距離短，高溫濾失嚴(yán)重，易破壞巖石結(jié)構(gòu)等問題尤為突出，使得在酸化增產(chǎn)中受到很多限制^[1][2]。作為溶解鋁硅酸鹽礦物（粘土、長石、云母等）的唯一普通酸，HF在砂巖油氣儲層酸化增產(chǎn)措施中顯得必不可少^[3]。因此，就需要尋找一種既含有HF的酸液，又能減緩反應(yīng)速度的新型酸液體系。氟硼酸銨（Ammonium Fluoroborate，以下簡稱AF）作為一種強(qiáng)酸弱堿鹽，本身含有氟元素，在水溶液中可以緩慢水解產(chǎn)生HF，屬于緩速氟硼酸體系（BRHF）^[4]。與其它酸液和添加劑配制成的AF體系可用于砂巖儲層酸化處理，達(dá)到增產(chǎn)效果。

2. 主體液濃度確定

主體液是酸化作業(yè)的關(guān)鍵。AF體系主體液由氟硼酸銨、鹽酸，以及SA701所構(gòu)成。通過溶蝕試驗數(shù)據(jù)來確定每一部分的最佳濃度范圍。

2.1.1 氟硼酸銨濃度確定

選用平落某井、蓮花某井以及樊某井巖心，磨制成巖粉后在90℃下用AF溶液進(jìn)行溶蝕對比，反應(yīng)時間4h。AF濃度分別取4%、6%、8%、10%、12%，根據(jù)溶蝕率結(jié)果作出相應(yīng)的變化圖。

圖1  不同濃度AF對巖粉溶蝕變化曲線（90℃）

由上圖可以看出：AF對巖粉的溶蝕率隨濃度升高而升高，在8%之前，上升幅度較大，而大于8%后，溶蝕率變化趨勢放緩，因此，推薦其使用濃度為8%。

2.1.2 鹽酸濃度確定

同樣選用上述三種巖粉在90℃下用8%AF與濃度為4%、6%、8%、10%、12%的鹽酸組成的復(fù)合體系進(jìn)行溶蝕反應(yīng)，反應(yīng)時間為4h。反應(yīng)后結(jié)果如下所示：

圖2  不同HCl濃度對巖粉溶蝕變化曲線（90℃）

通過以上數(shù)據(jù)可以分析得到，AF與HCl在90℃下混合使用時，HCl的最佳濃度取8%~10%較為適宜，溶蝕率相對較高。

2.1.3 SA701濃度確定

同樣選用上述三種巖粉在90℃下用8%AF+9%HCl與濃度為1%、1.5%、2%、2.5%、3%的SA701進(jìn)行溶蝕反應(yīng)，反應(yīng)時間為4h后的溶蝕變化率。

圖3  不同濃度SA701對巖粉溶蝕變化曲線（90℃）

由上圖可以看出：溶蝕率當(dāng)SA701的濃度增加而增加。但當(dāng)濃度為2.5%時，溶蝕效果較好，再增加濃度已無必要，因此確定SA701濃度為2.5%。綜上，確定AF體系主體成分濃度為8%AF+9%HCl+2.5%SA701。

3 添加劑篩選

3.1.1 單相配伍性

實驗室選用常用酸液添加劑在90℃下進(jìn)行單相配伍性實驗，以篩選出具體適用的添加劑進(jìn)行下一步添加劑綜合配伍試驗^[5][6]。

表1  添加劑單相配伍結(jié)果

3.1.2 綜合配伍性

根據(jù)上述的配伍性實驗結(jié)果，篩選出配伍性較好的幾種添加劑進(jìn)行綜合配伍性試驗，以確定出一套合理的酸液添加劑體系。

表2  添加劑綜合配伍結(jié)果

由上述配伍結(jié)果可以得出，配方1、2、3、4、5、7、9、11的配伍性較好。再將上述樣品進(jìn)行溶蝕試驗，并將殘酸作表面張力測試，結(jié)果如下：

表3  不同配方酸液體系溶蝕率及表面張力測試

綜合測定，配方1的溶蝕率較其他配方高，酸表面張力較小，施工后易于返排。因此確定選用1.0%SW-18+1.0%SA1-7+1.0%SA-18+1.5%SA5-4+1.0%OP-10作為實驗用的AF酸液體系的添加劑配方體系。

4. 酸液體系性能測試

確定添加劑體系后，再進(jìn)行溶蝕性、腐蝕性^[7][8]、抗酸渣性^[9][10]的測試，并與同一添加劑體系下的土酸和氟硼酸體系進(jìn)行對比。

表4  巖粉和泥漿的溶蝕性能對比

表5  N80鋼片腐蝕性能對比

表6  原油抗酸渣性能對比

從以上實驗可以看出：溶蝕率方面，土酸體系的溶蝕率較高，反應(yīng)速度較快，AF體系的反應(yīng)速度則較慢，殘酸表面張力較??；對N80鋼片腐蝕情況來看，AF體系的腐蝕速度更小，在實際應(yīng)用中對管線的腐蝕更弱，使用更為安全；從抗酸渣性試驗來看，AF體系比土酸和氟硼酸體系效果要理想許多，使得對地層和儲容管線的堵塞損害較小。

5. 結(jié)論

（1）通過對AF的溶蝕特性的研究，確定了8%AF+9%HCl+2.5%SA701的主體液最佳使用濃度，該濃度下對巖粉的溶蝕效果較好。

（2）通過對實驗室添加劑配伍性的多次篩選，確定出了AF酸液體系添加劑配方為：1.0%SW-18+1.0%SA1-7+1.0%SA-18+1.5%SA5-4+1.0%OP-10。

（3）根據(jù)已確定好的酸液體系進(jìn)行了溶蝕性、腐蝕性、抗酸渣性等綜合性能研究，并與相同添加劑下的土酸和氟硼酸體系作對比，體現(xiàn)出了該酸液體系具有良好的緩速性、緩蝕性，且抗酸渣效果較好。