3.5酸岩反應動力學參數測定

以鹽酸、膠凝酸、轉向酸和乳化酸為對比，測定不同酸液體係傳質係數，實驗結果見圖6。單相酸體係緩速效果最強，比乳化酸體係還下降了一個數量級，緩速率為99.6%，可以達到緩速深部酸化的效果。單相酸相比於乳化酸酸岩反應速度明顯下降，這與乳化酸粒徑研究結論也是相似的：粒徑越小，酸岩反應速度越慢。

圖6不同酸液傳質係數對比圖

表1不同酸液體係的界麵張力

3.6界麵張力測試

以鹽酸、膠凝酸和乳化酸為對比，采用界麵張力儀測定單相酸界麵張力，實驗結果見表1。數據可以看出，乳化酸為油包水乳液，單相酸為油包水的納米均相分散體係，兩者界麵張力均為0；鹽酸和膠凝酸界麵張力接近，為31.1 mN/m；轉向酸為表麵活性劑酸液體係，界麵張力較低，為1.8 mN/m。

3.7單相酸摩阻測試

采用摩阻測試儀測定單相酸的降阻率，實驗結果可以看出，在不加減阻劑的情況下，單相酸與水的摩阻相當，表明不加減阻劑情況下，單相酸不具備減阻效果；加入0.1%減阻劑後，可明顯降低單相酸摩阻，降阻率可達80%以上，摩阻和膠凝酸相當，遠低於乳化酸摩阻。

圖7不同酸液體係摩阻測試

3.8溶有機垢、無機垢及混合垢性能

采用瀝青塊模擬有機垢，碳酸鈣（灰岩）模擬無機垢，瀝青和碳酸鈣3∶7混合物模擬混合垢。混合垢樣製作步驟如下：①將瀝青塊敲成小塊放入燒杯；②控溫磁力攪拌器將瀝青融化為液態；③將液態瀝青趁熱導入塑料試管中；④再按比例加入碳酸鈣，在瀝青凝固前攪拌均勻；⑤得到比表麵積接近混合垢（瀝青碳酸鈣質量比為3∶7），混合垢製作流程圖見圖8。

圖8混合垢製作流程圖

分別對鹽酸、芳烴溶劑、單相酸溶解有機垢、無機垢及其混合垢性能進行測試。實驗條件：90℃水浴，50 g溶液，2.5 g垢樣，溶解4 h，實驗結果見表2。從表2可以看出，單相酸對混合垢溶解效率遠高於單一解堵體係，具備同時解除有機垢、無機垢及其混合垢的能力。單相酸溶有機垢和無機垢過程圖片見圖9，當碳酸鈣加入後，單相酸與碳酸鈣反應較明顯；當瀝青加入後，常溫下溶解較慢，90℃水浴4 h後完全溶解；溶解後的殘液倒出後，燒杯底部無殘留，表明單相酸可以完全溶解有機垢（碳酸鈣）和無機垢（瀝青）。

表2溶解有機垢、無機垢及其混合垢數據

圖9單相酸溶有機垢和無機垢過程

3.9混合垢傷害模擬及解除實驗

3.9.1混合垢傷害模擬實驗

為在室內模擬混合垢岩心傷害，設計如下實驗步驟：①氣測岩心初始滲透率；②模擬無機垢傷害：使用10.5%碳酸鈉溶液與15%氯化鈣溶液交替注入，模擬無機垢（CaCO3）的損害；③模擬有機垢傷害：50%的瀝青正庚烷溶液與二甲苯1∶1混合，抽真空進行岩心飽和，傷害72 h後烘幹；④傷害後岩心氣測滲透率；⑤計算傷害率。混合垢傷害前後砂岩岩心圖片見圖10。

圖10砂岩混合垢傷害前後圖

在該實驗方案下，交替注入的碳酸鈉溶液與氯化鈣溶液會在孔隙中形成白色的碳酸鈣沉澱，瀝青飽和進入孔隙中經過正庚烷的揮發瀝青黏度急劇增加，封堵孔隙造成滲透率下降，可以模擬混合垢傷害砂岩儲層。由表3可見，獲得的砂岩混合垢傷害率大於99%，傷害後岩心滲透率小於0.02 mD，傷害顯著。

表3砂岩混合垢傷害模擬

通過觀察傷害後岩心表麵，可以發現瀝青在孔隙係統中的分布模式如圖11所示。對於孔隙係統來說，瀝青膠結在岩石顆粒四周，這類瀝青可能對減小孔隙體積作用不明顯，但其可以顯著限製或封閉孔喉，導致滲透率下降；另一種充填在孔隙內，堵塞整個孔隙，降低孔隙體積。儲層中的瀝青占據儲層的部分儲集空間，破壞儲層孔隙結構，不僅會減小儲層的孔隙度，同時還會大幅度減低儲層滲透率，嚴重影響儲層物性及油氣井產能。

圖11混合垢傷害示意圖

3.9.2混合垢傷害解除實驗

實驗使用傷害後的砂岩岩心，設計如下實驗步驟：①加熱設備至90℃，將岩心放置岩心夾持器；②將配置好的單相酸液體與15%KCl標準鹽水放入中間容器，排空管線空氣；③緩慢將圍壓加載至2 MPa，檢測過程中始終保持圍壓值大於岩心入口壓力1.5 MPa～2.0 MPa，以2 mL/min流量驅替鹽水至壓力及出口流量穩定，測得初始滲透率；④以2 mL/min流量反向驅替處理液，記錄濾失、注入壓力等相關數據；⑤對解堵後的岩心進行CT掃描，觀察形貌。

實驗模擬改變單相酸的酸相（土酸、氟硼酸）與土酸和芳烴溶劑進行對比實驗，實驗結果見表4。岩心傷害前後及采用不同體係解堵後的岩心端麵照片見圖12。實驗結果顯示芳烴溶劑和土酸隻能部分解除砂岩岩心傷害，單相酸體係不僅可以解除有機垢和無機垢傷害，還能酸蝕增滲，使得傷害解除後岩心滲透率高於傷害前岩心滲透率。

表4砂岩混合垢解除實驗

圖12砂岩混合垢傷害前後圖

對混合垢傷害解堵前後的岩心進行CT掃描，見圖13。對CT掃描圖像數據密度分布進行處理，紅色區域為以無機質為主的高密度堵塞區域，藍色範圍為有機質為主的低密度堵塞區域，圖中可見單相酸（土酸）傷害解除範圍最大，對高密度的礦物溶蝕性能更好。土酸、芳烴溶劑單獨處理效果差。也可從堵塞物CT密度分布曲線得出相同結論（其中，密度分布曲線中橫坐標代表密度數，按照空氣為0，水為1000進行校正；縱坐標為歸一化密度累計占比，對應曲線為混合垢傷害前岩石密度分布，作為參照。密度分布曲線中彩色區域代表不同密度下CT響應強度），土酸解除了高密度範圍的堵塞，但低密度堵塞沒有解除；芳烴溶劑解除了低密度範圍堵塞，但高密度堵塞沒有解除，而單相酸體係均有解除。

圖13砂岩解堵前後CT掃描數據及堵塞密度範圍分布曲線

4.現場應用

伊拉克米桑油田原油為中-重質原油，原油中瀝青質含量為3.6%～11.7%，蠟含量為0～2.9%，常規解堵措施無法有效解除有機、無機及其混合垢傷害。B-1井為米桑油田Mishrif儲層生產井，目的層岩性為灰岩，射孔層位為4001～4011 m，孔隙度17.5%，滲透率65.8 md，油藏溫度117℃左右。該井存在的主要汙染原因為有機沉積物混合碳酸鈣形成混合堵塞汙染物，導致該井停產。2023年12月，該井采用單相酸體係進行酸化現場施工，施工曲線見圖14，該井施工後成功複產，產油量達364 m3/d，增產效果顯著。

圖14 B-1井為米桑油田Mishrif儲層的酸化施工曲線

5.結論

1.針對近井地帶存在的有機、無機及其混合垢傷害，開發了一種新型多功能解堵體係-單相酸體係。該單相酸體係由芳烴溶劑、酸液、表麵活性劑、助表麵活性劑及功能型添加劑組成。

2.單相酸體係是一種外相為油、內相為酸的納米均相分散體係，粒徑分布為7～50 nm；界麵張力為0；具有解除儲層乳化（破乳率大於90%）、水鎖、潤濕改性的性能（油濕改性為水濕）；可同時溶解有機垢、無機垢及其混合垢（溶解率100%）；具有低摩阻性能（降阻率大於80%），可實現大排量解堵作業；具有高緩速率性能（緩速率大於99%），可實現儲層深部解堵。

3.單相酸解堵後，岩心滲透率恢複率大於100%，表明單相酸體係不僅可以解除有機垢和無機垢傷害，還能酸蝕增滲，改善近井區域岩石滲流特性。

4.單相酸利用油與酸互溶原理，實現了有機垢、無機垢及其混合垢單步同時溶解，對油氣井及轉注井近井地帶混合垢汙染物的高效解除具有重要意義。單相酸體係在伊拉克米桑油田進行了現場試驗，增產效果顯著。