一種基于殘酸極限評價酸液有效作用距離的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種酸液有效距離的評價方法，具體涉及一種基于殘酸極限評價酸液 有效作用距離的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 酸壓是碳酸鹽巖儲層改造的主要技術(shù)手段，該工藝是在高于儲層破裂壓力的情況 下注入酸液，壓開裂縫，酸液會對裂縫面的不均勻刻蝕，且在停栗卸壓后，酸蝕裂縫面不會 完全閉合，形成具有一定導(dǎo)流能力的酸蝕裂縫。由于酸壓的酸蝕裂縫面具有較高的導(dǎo)流能 力、凈壓力低、裂縫高度增長小、無脫砂和支撐劑回流等問題，使得其在碳酸鹽巖儲層廣泛 應(yīng)用。
[0003] 碳酸鹽巖酸壓過程中，由于酸巖反應(yīng)速率過快，酸液濾失嚴(yán)重等因素影響，常規(guī)酸 液體系并不能刻蝕出一條具有一定導(dǎo)流能力的酸蝕裂縫，而且僅僅在井筒附近進(jìn)行反應(yīng)。 為了減緩酸巖反應(yīng)速率，防止酸液濾失，許多緩速酸液體系被應(yīng)用于酸壓中。這些酸液體系 中比較具有代表性的包括交聯(lián)酸，膠凝酸和轉(zhuǎn)向酸，其特性分別是：
[0004] (1)交聯(lián)酸，是酸性環(huán)境下交聯(lián)的稠化劑和交聯(lián)劑，通過高分子植物膠的交聯(lián)，形 成立體網(wǎng)狀鏈，降低酸巖反應(yīng)速度和酸液的大量濾失，克服前置液酸壓、多級注入酸壓、乳 化酸酸壓、膠凝酸酸壓、泡沫酸酸壓等酸壓工藝酸蝕縫長短的不足之處，形成長縫，提高酸 壓效果。交聯(lián)酸及其增產(chǎn)技術(shù)正是這一研究的階段成果，最近幾年成為儲層改造的熱點(diǎn)技 術(shù)。但由于交聯(lián)酸存在交聯(lián)條件苛刻，不同材料的性質(zhì)變化大，酸液性能不穩(wěn)定等特點(diǎn)，交 聯(lián)酸的研究經(jīng)歷了較長時間，形成了不同的類型。一般根據(jù)酸液的功能或性質(zhì)、特征進(jìn)行命 名，包括"變粘酸"、"濾失控制酸"、"溫控交聯(lián)酸"、"地面交聯(lián)酸"等。目前根據(jù)交聯(lián)酸交聯(lián) 發(fā)生的位置主要分為地下交聯(lián)酸（交聯(lián)發(fā)生在儲層）和地面交聯(lián)酸（交聯(lián)發(fā)生在井筒或地 面）兩大類，都是在酸性環(huán)境下交聯(lián)，但性質(zhì)和功能差異較大。
[0005] (2)膠凝酸，又稱稠化酸，加入稠化劑提高酸的粘度。稠化酸能控制濾失速率、增 加裂縫寬度、有效保持層流最終實(shí)現(xiàn)深部酸化的優(yōu)點(diǎn)。該酸液體系的酸壓是通過增加酸液 粘度來達(dá)到降低濾失速率的，而其基質(zhì)酸化是通過清洗高滲透的通道和減少液體進(jìn)入低滲 透地層中。該酸液體系的作用原理是：由于酸液粘度提高了，所以H+的擴(kuò)散速度減慢，其向 巖石骨架表面擴(kuò)散的速率也會跟著減慢，這樣酸液的消耗速率就會降低，流體在儲層中的 濾失速率也會降低，酸液與巖石的反應(yīng)速率得到了控制，從而增加了裂縫的寬度，提高了儲 層的滲透率，最終導(dǎo)致穿透距離增加，起到緩速酸化的作用。目前常用的稠化劑有：黃原膠、 PAM及能在酸溶液中形成桿狀膠束的活性劑。
[0006] (3)轉(zhuǎn)向酸，是指由長鏈烷基季胺鹽和長鏈烷基鹵化物、硝酸鹽及有機(jī)鹽（如水楊 酸鈉、對甲基苯磺酸鹽）等按一定比例混合形成的溶液。這些體系在低濃度時就具有很高 的粘度和很強(qiáng)的彈性，一些特殊結(jié)構(gòu)的雙子表面活性劑很容易形成粘彈性溶液，它們在低 濃度時，不加其它組分也能形成粘彈性溶液。粘彈性表面活性劑轉(zhuǎn)向酸在被高壓擠入地層 之后，首先會沿著較大的孔道，進(jìn)入滲透率較大的儲層，與碳酸鹽巖發(fā)生反應(yīng)。由于反應(yīng)，酸 液pH值升高并產(chǎn)生Ca2+。自轉(zhuǎn)向酸中的表面活性劑通常是雙子季銨鹽類表面活性劑，其特 點(diǎn)就是在pH值較小，Ca2+濃度較低時，粘度很?。ń咏恼扯龋?；當(dāng)酸液pH值增大，并且 Ca2+濃度也較大時，自轉(zhuǎn)向酸的粘度會自動增大。變粘后的殘酸還可以進(jìn)入較大滲透率地 層，對大孔道和高滲透地層進(jìn)行堵塞，迫使注入酸液壓力上升，由于壓力上升，新注入的鮮 酸會進(jìn)入滲透率較小的儲層，并與儲層巖石進(jìn)行反應(yīng)，發(fā)生粘度升高，注入酸壓力升高。這 樣，酸液會對所有儲層進(jìn)行暫堵，縮小各儲層間的層間非均質(zhì)性，達(dá)到均勻布酸的目的。自 轉(zhuǎn)向酸的另一個特點(diǎn)是：當(dāng)酸液遇到地層中的烴類時，自轉(zhuǎn)向酸會自動迅速地降低其粘度， 直至其粘度再次接近水的粘度，因此返排較為徹底，不會對儲層造成傷害和污染。
[0007] 要評價以上三種緩速酸液體系，有效作用距離是一個很重要的評價方面。酸壓時， 酸液沿裂縫向地層深部流動，酸液濃度不斷降低；當(dāng)酸液濃度降至一定濃度后，酸液基本失 去溶蝕能力，稱之殘酸。酸液由活性酸變?yōu)闅埶嶂八鹘?jīng)裂縫的距離，稱為有效作用距 離。依據(jù)酸液濃度和有效作用距離的模擬圖可以看出，殘酸極限對酸液作用距離有較大的 影響，確定酸液體系的殘酸極限能客觀上指導(dǎo)酸壓設(shè)計(jì)，預(yù)測酸壓效果。
[0008] 酸巖反應(yīng)的本質(zhì)是酸液中的氫離子與巖石礦物中的碳酸根離子進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)方 程式如下：
[0009]
[0010]
[0011] 目前常規(guī)的室內(nèi)殘酸極限評測方法為：取實(shí)驗(yàn)反應(yīng)殘酸放置于實(shí)驗(yàn)容器中，用已 知濃度的氫氧化鈉溶液滴定。當(dāng)殘酸pH值達(dá)到7時，說明殘酸中的H+被中和完畢，則利用 消耗的氫氧化鈉的摩爾數(shù)計(jì)算出殘酸中剩余的酸液摩爾數(shù)，從而計(jì)算出殘酸極限濃度。
[0012] 該室內(nèi)評測方法存在問題：一是實(shí)驗(yàn)反應(yīng)殘酸并不一定完全失活，直接對該殘 酸進(jìn)行滴定容易造成殘酸極限偏大的誤差；二是當(dāng)酸液反應(yīng)至后期，氫離子濃度下降，酸 巖反應(yīng)主要以公式（2)為主。碳酸氫鈣的溶解度16. 60/100g純水，故殘酸中含有一定量 HC03-離子。HC03-離子不電離出H+離子，不影響酸液的殘酸極限，但能夠與OH-離子進(jìn)行 反應(yīng)，導(dǎo)致測出的殘酸極限偏大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)和不足，提出一種根據(jù)測定酸液體系 中H+離子濃度的方法評價交聯(lián)酸、膠凝酸和轉(zhuǎn)向酸殘酸極限從而評價酸液有效作用距離的 方法。
[0014] 為此，本發(fā)明提供了一種基于殘酸極限評價酸液有效作用距離的方法，包括以下 步驟：
[0015] (a)建立酸液濃度和有效作用距離的模擬圖；
[0016] (b)在地層溫度條件下，分別配制交聯(lián)酸、膠凝酸、轉(zhuǎn)向酸，交聯(lián)酸、膠凝酸、轉(zhuǎn)向酸 均取50~100ml，并分別放置在實(shí)驗(yàn)容器中；
[0017] (c)利用pH計(jì)測量交聯(lián)酸、膠凝酸、轉(zhuǎn)向酸的pH值，根據(jù)pH值計(jì)算三種酸的酸液 摩爾濃度并記錄，該酸液摩爾濃度為初始酸液摩爾濃度；
[0018] (d)分別向?qū)嶒?yàn)容器中加入30~50g的碳酸鹽巖巖心柱，碳酸鹽巖巖心柱被完全 淹沒，置于40°C的水浴中，水浴時間為24h ;反應(yīng)完畢后進(jìn)行過濾，收集濾液，該濾液即為殘 酸，在地層溫度條件下利用PH計(jì)分別測量殘酸的pH值并記錄；
[0019] (e)將殘酸pH值分別折算為摩爾濃度，與對應(yīng)的初始酸液摩爾濃度的比值為酸液 失活時的殘酸極限；
[0020] (f)將殘酸極限分別帶入步驟（a)中的酸液濃度和有效作用距離的模擬圖得到該 酸液體系的有效作用距離。
[0021] 所述地層溫度為40 °C。
[0022] 所述巖心柱為均規(guī)則圓柱體，高2cm，底直徑2. 5cm，選用大牛地77號井碳酸鹽巖， 其中白云石含量81. 22%。
[0023] 按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，所述交聯(lián)酸中HCL占20%，交聯(lián)劑占1 %，緩蝕劑占2%，緩蝕 增效劑占〇. 5%，鐵尚子穩(wěn)定劑占1 %，防膨劑占1 %，助排劑占1 %，余量為蒸饋水。
[0024] 按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，所述膠凝酸中HCL占20%，膠凝劑占0. 7%，緩蝕劑占2%，緩 蝕增效劑占0. 5%，鐵尚子穩(wěn)定劑占1 %，防膨劑占1 %，助排劑占1 %，余量為蒸饋水。
[0025] 按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，所述轉(zhuǎn)向酸中HCL占20%，轉(zhuǎn)向酸用表面活性劑占4. 5%，緩 蝕劑占1 %，鐵離子穩(wěn)定劑占1 %，粘土穩(wěn)定劑占〇. 5 %，余量為蒸餾水。
[0026] 所述的交聯(lián)劑是過氧化二異丙苯，緩蝕劑是2-膦酸丁烷1，2, 4-三羧酸，緩蝕增 效劑是苯并三唑，鐵離子穩(wěn)定劑是氮川三乙酸，防膨劑是季銨鹽，助排劑是烷基酚聚氧乙烯 醚。
[0027] 所述的膠凝劑是明膠，緩蝕劑是2-膦酸丁烷1，2, 4-三羧酸，緩蝕增效劑是苯并三 挫，鐵離子穩(wěn)定劑是氮川三乙酸，防膨劑是季銨鹽，助排劑是烷基酚聚氧乙烯醚。
[0028] 所述的轉(zhuǎn)向酸用表面活性劑是油酸甜菜堿，緩蝕劑是2-膦酸丁烷1，2, 4-三羧酸， 鐵離子穩(wěn)定劑是氮川三乙酸，粘土穩(wěn)定劑是氯化二甲基二稀丙基銨。
[0029] 步驟（c)中所述的根據(jù)pH值計(jì)算三種酸的酸液摩爾濃度并記錄，和步驟（e)中所 述的將殘酸PH值分別折算為摩爾濃度，均通過以下公式計(jì)算：
[0030] C = 10 pH
[0031] 其中，C為酸液摩爾濃度。
[0032] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0033] 本發(fā)明提供的基于殘酸極限評價酸液有效作用距離的方法是根據(jù)測定酸液體系 中H+離子濃度的方法評價交聯(lián)酸、膠凝酸和轉(zhuǎn)向酸殘酸極限從而評價酸液有效作用距離的 方法。制備殘酸時，模擬地層酸巖反應(yīng)條件使用過量巖石與酸充分反應(yīng)，所得殘酸性質(zhì)與實(shí) 際施工時地層反排殘酸相近；通過測量鮮酸與殘酸在地層溫度下的pH值能夠快速準(zhǔn)確評 測交聯(lián)酸、膠凝酸和轉(zhuǎn)向酸酸液體系的殘酸極限，能消除常規(guī)滴定評測法的誤差，通過帶入 殘酸極限到酸液濃度和有效作用距離的模擬圖中可以得到酸液的有效作用距離，且評價時 間短，評價成本低，為酸壓設(shè)計(jì)提供理論支持。
【附圖說明】
[0034] 圖1為交聯(lián)酸、膠凝酸和轉(zhuǎn)向酸酸液體系的酸液濃度和有效作用距離的模擬圖。
[0035] 圖2為將殘酸極限帶入后得到的交聯(lián)酸、膠凝酸和轉(zhuǎn)向酸有效作用距離。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步對一種基于殘酸極限評價酸液有效作用距離的方法進(jìn)行 詳細(xì)的說明。
[0037] 實(shí)施例1 :
[0038] 本發(fā)明提供了一種基于殘酸極限評價酸液有效作用距離的方法，包括以下步驟：
[0039] (a)建立酸液濃度