高翔，蒋建方，马凤，曹科学，齐晶

（1.中国石油大学（北京）提高采收率研究院，北京102249；2.中石油三次采油重点实验室低渗油田提高采收率应用基础理论研究室，北京102249）



伊朗YD油田致密储层酸渣潜在性分析与预防研究

高翔1，2，蒋建方1，2，马凤1，2，曹科学1，2，齐晶1，2

（1.中国石油大学（北京）提高采收率研究院，北京102249；
2.中石油三次采油重点实验室低渗油田提高采收率应用基础理论研究室，北京102249）

高翔等.伊朗YD油田致密储层酸渣潜在性分析与预防研究[J].钻井液与完井液，2016，33（3）：107-111.

摘要酸化增产施工作业过程中，由于酸液与原油的不配伍可以形成稳定乳状物和酸渣，对储层造成伤害。用SRVR方法对伊朗Khuzestan省YD油田SV储层原油中饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质4种组分进行分析，在通过X-Ray衍射与ESEM电镜对该储层岩石成分以及微观孔隙结构进行分析的基础上，开展了在储层条件下油样与新酸和乏酸之间的配伍性实验，评价优选了以抗渣剂、铁离子稳定剂和破乳剂为主要成分的酸化复合添加剂。结果表明油样CⅡ为2.19，很容易出现酸渣问题，而且岩石主要成分为方解石，不含或很少含有黏土成分，岩心渗透率伤害实验表明，岩心渗透率在注水过程中基本保持不变，水敏效应弱。油样与新酸和乏酸接触都可以生成稳定乳状物和酸渣，并且Fe3+的存会增加生成的酸渣量，Fe3+的浓度越高生成的酸渣量就越多，当加入1%的破乳剂FTP-18、0.5%的抗渣剂FTZG-01和2%的铁离子稳定剂（柠檬酸）时，酸渣的生成量大幅减少，抗渣有效。

关键词酸化；酸化淤渣；酸渣；储层伤害；性能评价

YD油田地处伊朗的Khuzestan省，靠近伊朗与伊拉克边界，构造形态为一个轴向近南北向的大型长轴背斜，发育南、北2个构造高点，主要包含3套含油层系，纵向从上到下分别为SV组、GV组和FLY组。其中，SV组为浅海台地沉积，岩性为白垩质灰岩，具有很强的非均质性，渗透率范围为0.16×10-3～56.86×10-3μm2，孔隙度范围为0.53% ～19.07%，属中低孔隙度、低渗-特低渗储层，原油为重质油，具有黏度高、凝固点低、含硫高的特点。酸化常用酸液体系[1-3]有时会与一部分储层原油不配伍，酸油接触时反应生成乳状物或者酸化淤渣，导致储层严重伤害[4-8]。伊朗YD油田试油和系统测试结果显示，由大规模酸化施工引起的储层污染严重，相当部分井的SV层酸化后仍无自然产能。通过相关实验与评价，分析导致酸化效果不理想的主要原因是SV层原油与酸液接触后形成了稳定的乳化物以及酸化淤渣沉淀，堵塞孔隙。针对YD油田SV层存在酸渣带来的储层伤害问题，从酸渣形成机理出发，在分析储层原油和岩石成分的基础上，对油样与酸化液的配伍性进行研究，开展了以铁离子稳定剂、破乳剂和抗渣剂为主要成分的酸化用复合添加剂配方的研究。

1　酸化淤渣形成机理

沥青质是原油中的重组分，主要成分是由一个或多个平均含有7个环的芳烃构成的芳烃大分子，这种分子为极性分子，功能基团中常含有氮、氧和硫等元素，也可能含有镍或钒等重金属[9-10]。这些沥青质大分子常常是以胶体颗粒稳定分散在重质油当中[11]，但是当外界或液体条件改变时，沥青质分子可以聚集形成大分子束从原油中沉淀出来，形成“酸化淤渣”，简称“酸渣”[12-13]。

酸与油接触有时会产生酸渣，而且同一种原油产生酸渣的量会随酸液的浓度增加而增加[4]，随酸液种类的改变而改变[14-15]。这是因为油酸接触时，一部分HCl进入油相，H+使沥青质分子中功能基团质子化，从而增加了大分子整体的极性，沥青质分子间的吸附作用也会增加[14]，产生聚集，形成稳定乳状物或者酸渣。除了油酸接触外，Fe3+的存在也能促使酸渣产生。这是因为Fe3+的存在可以作为相转换催化剂，使更多酸液进入油相，增加了油相中酸液浓度，增强沥青质分子质子化作用，加快和加大了胶粒聚集，使产生酸渣的速度和量增加[4]。在酸化施工过程中Fe3+的存在是不可避免的，所以经常通过酸洗油管和向酸化液中加入还原剂和螯合剂来达到控制Fe3+的目的[16]。

2　实验部分

2.1实验材料

原油油样（来自伊朗YD油田SV层）；抗渣剂FTZG-01，铁离子稳定剂（柠檬酸），破乳剂FTP-18；20%HCl（对37%HCl进行稀释得到）；蒸馏水；岩心（取自SV层），实验部分岩心的基本参数见表1。

表1　实验用伊朗YD油田SV层岩心基本数据

2.2油样CⅡ系数确定实验

SARA代表原油中存在的4种组分，分别是饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质。因为每一种组分可以与不同的化学剂互溶，或者在相同化学剂中的溶解范围不同，可以借此将油样分离成4种组分，得出原油SARA规律，这是表征原油中沥青质含量方法之一[6]。具体步骤包括：①用正庚烷溶解油样中沥青质，静止分层，取上层液得到正庚烷与沥青质混合液，加热蒸馏去除正庚烷得到沥青质；②用装有凸凹棒的玻璃管柱吸附胶质，然后用甲苯与丙酮的1∶1混合液冲洗管柱，得到胶质组分；③用装有活性硅胶的玻璃管柱吸附芳香烃，然后将硅胶放入甲苯中加热蒸馏，得到芳香烃；④求出油样中SARA含量。

通常情况下，用胶质和沥青质含量的比值来确定原油遇酸是否有酸化淤渣问题，但是由于酸渣的产生不仅受胶质的影响，还有其他因素对沥青质的稳定性也有影响，所以该方法不精确。综合考虑各个因素对沥青质稳定性的影响，引入胶体不稳定系数CⅡ来表征原油中是否容易出现酸渣沉淀[18]。

式中，Was、Ws、War和Wr分别为沥青质、饱和烃、芳香烃和胶质在油样中含量的百分数。

2.3X-Ray衍射与ESEM电镜扫描实验

为了分析实验岩心的矿物组成，对岩心进行了X射线衍射实验。将岩心碾碎后，用孔径为0.154 mm的筛子过滤，配合X射线衍射实验得出的数据，通过环境扫描电子显微镜对岩心样品进行分析，可以详细了解岩心内部微观结构特征，比如岩心的矿物成分、孔隙空间的堵塞物和胶结物类型等。

2.4岩心渗透率伤害实验

实验参照SY/T 5358—2010，使用短岩心驱替流动实验仪器。为确定岩心初始渗透率以及保证在此过程中黏土不会发生膨胀或运移，设定驱替流程为：NH4Cl→蒸馏水→NH4Cl，测得最终渗透率。

2.5油与酸配伍性实验

在高温高压反应缸中进行油样与20%的新酸和乏酸（取自油田原样，实验之前要用碳酸钙中和酸液至pH值为3）反应实验，取50 mL酸，25 mL油，酸油体积比为2∶1，反应时间为24 h，实验温度120 ℃，实验压力3.5 MPa。设A、B、C和D 4组实验，每组实验包括4次重复实验（编号1、2、3、4）。为了对比新酸与乏酸对生成酸渣的影响，A和B组分别加入新酸与乏酸，4次实验分别加入 0、250、500、1000 mg/L Fe3+，为了优选复合抗渣剂，C和D组4次实验都加入1000 mg/L Fe3+，其中C组加入适量的破乳剂，对破乳剂用量进行优选，D组根据C组实验结果对以抗渣剂、破乳剂和铁离子稳定剂为主要成分的防乳抗渣剂配方进行优选。

3　结果与讨论

3.1油样CⅡ系数确定实验

胶体不稳定系数CⅡ可以表征原油中是否容易出现酸渣沉淀，当CⅡ＜0.7时，沥青质可以稳定地存在于原油当中；0.7＜CⅡ＜0.9时表示可能会出现酸渣问题；而当CⅡ＞0.9时，沥青质不能在原油中稳定存在，容易出现沉淀[19]。对YD油田原油进行SARA分析，沥青质含量为2.5%，胶质含量为4.67%，芳香烃含量为25.9%，饱和烃含量为66.93%，计算得CⅡ为2.19，很容易出现酸渣问题。

3.2X-Ray衍射与ESEM电镜扫描实验

表2是来自YD油田岩样的矿物组成。从表2可知，岩心的主要矿物成分是方解石，含量最高达到99%，最低也高达79%，其次是白云石，含量为0.5%～10%；从岩心中还检测到了石英以及伊利石和高岭石等黏土成分，但是含量最高的也只有11%，有的岩样不含黏土，这表明储层的水敏效应很弱。

表2　岩样的X-Ray衍射实验结果

图1为ESEM电镜扫描实验结果，可以看出，岩心中主要含有方解石，而且孔喉内无黏土堵塞物。

图1岩样的ESEM电镜扫描实验结果

3.3岩心渗透率伤害实验

图2为岩心渗透率伤害实验结果。

图2 岩心渗透率伤害实验结果

从图2可知，在整个驱替实验进行的过程中，岩心的渗透率变化不大，所以在注入蒸馏水的过程中，没有或者很少发生黏土颗粒的膨胀或运移，水敏效应弱，证明岩心矿物或者孔隙内不含或者含有少量黏土矿物，排除了由于水敏效应而导致的孔隙堵塞。

3.4 油与酸配伍性实验

为了评价来自于YD油田的原油在与酸接触后产生酸化淤渣的可能性，进行了相关实验。如图3和图4所示，油样无论是和新酸还是和乏酸反应，都会有酸渣产生，乏酸与油样反应产生的酸渣量要多于新酸；另外，还观察到酸与油混合时可以形成稳定的乳状物，乳状物的稳定性取决于酸液的pH值、Fe3+浓度和酸油混合时间。图3中，当Fe3+的量从0增加至1000 mg/L时，油与新酸反应生成的酸渣量从8 g增加到11.5 g，而对于乏酸，酸渣生成量从10.5 g增加到15.5 g。这表明，Fe3+的存在可以大大增加酸渣的生成量，而且随着加入Fe3+增多，生成的酸渣量也增加。

图3　酸液、Fe3+浓度对酸渣生成的影响

图4　油样与酸液反应生成的酸渣

如图5所示，新酸与乏酸在反应之后的最大剩余量都只有40%，但是，由于乏酸与原油形成更稳定的乳状物，所以新酸的剩余量达到最大的时间要比乏酸早50 min。这也体现在反应进行到40 min后乏酸剩余体积量迅速增加，这可能是因为乳状物不稳定导致的破乳现象造成的。除了酸液初始pH值（酸液类型），也发现Fe3+能使油与酸反应生成的乳状物趋于稳定。同时，当反应进行到1h后，乏酸的剩余量基本保持不变，这就说明随着Fe3+浓度的增加，对乳状物的稳定性并没有太大影响。相反，Fe3+对新酸与油反应生成的乳状物有很大影响，当Fe3+从0增加到1000 mg/L时，新酸剩余量从41%降为0。这是因为酸液的强度会影响酸与油反应生成的乳状物[19]。当更高H+浓度酸与不配伍的原油接触时，进入油相的H+会更多，使原来处于稳定状态下的胶质/沥青质更不稳定，引起胶质/沥青质聚集，形成更稳定的乳状物或更多酸渣，同时消耗酸液的量也会增加，在图5中显示为随Fe3+浓度增加，新酸会产生更多稳定的乳状物，消耗的HCl会更多。其机理为酸中的H+使胶质/沥青质分子中功能基团质子化，从而增加了分子整体的极性，胶质/沥青质分子间的吸附作用也会增加[14]，随着酸液浓度的增加，产生的乳状物的稳定性或者酸渣的量也会增加。

图5　酸剩余量随Fe3+浓度和反应时间变化曲线

来自YD油田的原油可以和质量浓度为20% 的HCl反应生成酸渣或者乳状物，尤其是在Fe3+的作用下。所以，在酸化施工过程中，破乳剂、抗渣剂和铁离子稳定剂的使用是必需的。柠檬酸作为一种常用的铁离子稳定剂，2 500 mg/L的Fe3+可以用相同体积2.4 g/mL的柠檬酸进行螯合，为了防止酸化淤渣的生成，通过优化改变破乳剂与抗渣剂的量来达到这一目的，破乳剂破乳实验效果和复合添加剂抗渣效果见图6。

图6　破乳剂破乳实验效果和复合添加剂抗渣效果

从图6可以看出，当加入1%的破乳剂，0.5%的抗渣剂和2%的铁离子稳定剂时，酸渣的生成量大幅减少，抗渣有效。

4　结论

1.YD油田SV储层岩石矿物主要成分为方解石，黏土含量低，水敏效应弱。

2.YD油田SV储层原油与20%新酸和乏酸在油藏温度条件下相接触可以发生反应，生成稳定乳状物和酸渣。

3.Fe3+的存在会加重生成乳状物或者酸渣的量。

4.1%的破乳剂，0.5%的抗渣剂和2%的铁离子稳定剂组成的复合酸化用添加剂可以预防乳状物或者酸渣的生成。

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Analysis of the Potential of Generating Acid Sludge in the Dense Reservoir Formations in Block YD (Iran) and the Prevention of the Acid Sludge Generation

GAO Xiang1, 2, JIANG Jianfang1, 2, MA Feng1, 2, CAO Kexue1, 2, QI Jing1, 2
(1. Enhanced Oil Recovering Research Center, China University of Petroleum, Beijing 102249;2. Basic Theory Research Team of EOR in Low Permeability Oilfield Application, Key Laboratory of Tertiary Oil and Gas Recovery, CNPC, Beijing 102249)

AbstractIn reservoir stimulation operations, incompatibility between acids and crude oil leads to the formation of stable emulsions and acid sludge which cause the reservoir formations to be damaged. In analyzing the saturated hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, gums and asphaltene components in crude oils obtained from the SV reservoir formation in Block YD, Iran, X-ray and ESEM have been used to study the constituents and micro structure of the reservoir rocks. Laboratory experiments have been performed to determine the compatibility between oil and new acids/pantothenic acids under in-situ conditions. A compound additive for use in acidizing operations has been developed with acid sludge inhibitor，Fe stabilizer and demulsifer. The oil sample taken has a CⅡof 2.19, indicating the high potential of acid sludge generation. The reservoir rocks, on the other hand, are mainly calcite, having no or little clay components. The permeability of the reservoir rocks remained almost unchanged during water injection. The contact of oil sample with new acids and pantothenic acids generated acid sludge and stable emulsions. The existence of Fe3+in the oil sample increased the amount of acid sludge generated, and the higher the concentration of Fe3+，the more the acid sludge generated. Addition of 1% demulsifer FTP-18，0.5% sludge inhibitor FTZG-01and 2% citric acid (Fe stabilizer), the amount of acid sludge generated was greatly decreased.

Key wordsAcidizing; Acid sludge; Reservoir damage; Performance evaluation

中图分类号：TE357.12

文献标识码：A

文章编号：1001-5620（2016）03-0107-05

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.03.022

基金项目：“十二五”国家科技重大专题项目“孔隙型碳酸盐岩油藏提高采收率采油工艺关键技术”（2011ZX05031-003-004）。

第一作者简介：高翔，1988年生，中国石油大学（北京）油气田开发工程专业硕士研究生，研究方向为提高采收率与采油化学。电话 15776168183；E-mail：84238273@qq.com。

收稿日期（2016-1-9；HGF=1603F3；编辑付玥颖）