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新型砂岩自转向酸体系的研究与应用

文档作者：高尚1 符扬洋1 孟祥海1 刘长龙1 王瑞2 文档来源： 1. 中海石油（中国）有限公司天津分公司 2. 石油工业出版社		点击数：	更新时间： 2024年02月26日
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第34 卷 第2 期
2017 年3 月
Vol. 34 No. 2
Mar. 2017
钻 井 液 与 完 井 液
DRILLING FLUID &amp;amp; COMPLETION FLUID
doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2017.02.022
新型砂岩自转向酸体系的研究与应用
高尚1，　符扬洋1，　孟祥海1，　刘长龙1，　王瑞2
（1. 中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300459 ；2. 石油工业出版社，北京100020）
高尚，符扬洋，孟祥海，等，新型砂岩自转向酸体系的研究与应用[J]. 钻井液与完井液，2017，34（2）：121-125.
Gao Shang，Fu Yangyang，Meng Xianghai，et al.Study and applicationof a new self-diverting acid for use in sandstone
fracturing[J].Drilling Fluid &amp;amp; Completion Fluid, 2017, 34（2）：121-125.
摘要　渤海主力油田储层层间渗透率级差大、非均质性强，酸化过程中酸液大量进入高渗层，引起渗透率级差进一步
加剧，不能有效改善中低渗层，酸化解堵效果不理想。针对该问题，以新型两性离子表面活性剂ZX-1 为稠化剂，优化形
成了砂岩自转向酸体系，对该体系开展了流变性、配伍性、破胶性能、转向酸化效果评价实验。结果表明模拟鲜酸黏度6
mPa·s，利于注入储层；模拟自转向酸变黏体系黏度60 mPa·s，耐剪切性强；模拟残酸黏度2 mPa·s，利于返排。自转
向酸与缓蚀剂、铁离子稳定剂、防膨剂及助排剂配伍性良好，无沉淀、残渣产生；体系破胶容易，异丙醇、破乳剂、乙二
醇丁醚及酸液消耗均能使自转向酸完全破胶，破胶后溶液黏度均低于10 mPa·s ；体系具有自我清洁的作用，即使现场酸
液未能完全破胶，经过一段时间能自动破胶，不会对储层造成永久性伤害。该自转向酸体系具有良好转向分流能力，随着
初始渗透率级差从比2.00 增大到10.70，酸化后低渗岩心渗透率改善倍数明显增大，高低渗岩心渗透率级差比减小，当渗
透率级差达到10.7 时，体系仍能实现有效分流酸化。ZX-1 自转向酸现场应用效果明显，具有良好应用前景。
关键词　自转向酸；砂岩；酸化；增产措施；两性离子表面活性剂；渤海油田
中图分类号：TE357.12　　　　文献标识码：A　　　　文章编号：1001-5620（2017）02-0121-05
Study and Application of a New Self-diverting Acid for Use in Sandstone Fracturing
GAO Shang1, FU Yangyang1, MENG Xianghai1, LIU Changlong1, WANG Rui2
(1.Tianjin Branch Company, CNOOC, Tianjin 300459;2.Petroleum Industry Press, Beijing 100020)
Abstract The main reservoirs in the Bohai oilfield are characteristic of big permeability differences between different production layers,
and high heterogeneity. This has resulted in the acid solution flowing mainly into the high permeability layers, further aggravating the
permeability differences, making it difficult to effectively improve the conductivity of the layers with medium and low permeability,
and resulting in poor acidizing job quality. A new self-diverting acid was developed to deal with these problems. The self-diverting
acid was viscosified with ZX-1, an amphoteric surfactant. Laboratory experiments have been conducted on the rheology, compatibility,
gel-breaking and the diverting acid stimulation performance of the self-diverting acid. It was shown that the simulated fresh acid had
viscosity of 6 mPa·s, which was easy to inject into reservoir formations. The viscosified simulated self-diverting acid had viscosity
of 60 mPa·s, highly resistant to shearing. And the simulated residue acid had viscosity of only 2 mPa·s, easy to be flowed back.
The self-diverting acid was well compatible with corrosion inhibitors, iron ion stabilizers, swelling inhibitors and cleanup additives,
and no precipitation and residue were observed in the experiments. Gel breaking of the self-diverting acid was easy to realize with isopropyl
alcohol, demulsifiers, ethylene glycol mono-butyl ether and acid solutions. Viscosity of the self-diverting acid after gel breaking
was less than 10 mPa·s. Part of the gel within the viscosified acid may not be broken at the time of application, but with time, it will
automatically become broken, rendering no permanent damage to the potential of reservoir. The self-diverting acid had good diverting
property, with the permeability difference ratio increased from the initial value of 2.00 to the final value of 10.70. After acid stimulation,
the permeability of the low-permeability layers was enhanced remarkably, and the permeability differences between the high- and
第一作者简介：高尚，工程师，1983 年生，毕业于西南石油大学油气田开发工程专业并获硕士研究生学位，现在从
事酸化压裂研究工作。电话（010）66501172 ；E-mail ：gaoshang@cnooc.com.cn。。
万方数据
122 钻　井　液　与　完　井　液 2017 年 3 月
渤海主力油田储层具有井段长、非均质性严重
的特征，如P 油田具有多层系、大跨度、大斜度井，
C 油田具有高含水、长井段水平井等特点，在生产
过程中易受到伤害，产能不理想，迫切需要酸化解
堵。然而，由于大跨度、长井段、物性非均质及压
力差异大等特点，酸化过程中酸液大量进入大孔道、
高渗储层，导致高渗层受到过度酸化，中低渗目的
层不能得到有效解堵改善，层间非均质性进一步增
大，酸化后“增液不增油”，加剧了油田注水无效
循环，酸化效果不理想。受限于渤海油田大段防砂
完井、平台场地空间限制等客观条件，封隔器、堵
球类机械分流酸化分流工艺无法实施[1] ；连续油管
作业排量有限制，通常用于水平井[2] ；前期油田采
用泡沫及微粒的化学酸化转向方法，由于化学微粒
暂堵强度不够、泡沫稳定性较差等问题，转向分流
效果较差。因此，研究有效可行的酸液转向技术已
成为改造储层、实现油田高效开发的关键需求。自
转向酸因其具有良好的转向分流性能、对储层无伤
害等特点，在国内外一些油田的应用取得了很好的
效果[3-6]。笔者应用研制的新型两性离子表面活性
剂ZX-1 作为稠化剂，优化形成了砂岩自转向酸体
系。常用碳酸盐岩自转向酸需通过pH 值变化，钙、
镁离子综合作用实现变黏[7-10]，ZX-1 自转向酸体
系仅通过H+ 浓度的变化就可实现体系流变性能
的改变，因此适用于碳酸盐岩矿物含量较少的砂岩
储层。
1　自转向酸体系变黏性能实验
自转向酸液体系由盐酸、稠化剂ZX-1 和添加
剂组成。ZX-1 是一种新型含羧酸基甜菜碱类表面
活性剂，季铵基团中含强碱性N 原子，而羧酸根具
有亲H+ 的能力。酸岩反应初期，盐酸浓度大，H+
电离程度高，表面活性剂分子呈分散状态，溶液黏
度低。随着酸岩反应，盐酸大量消耗，羧酸根亲和
H+ 引起表面活性剂分子聚集形成胶束，溶液黏度
急剧增大。随着盐酸进一步消耗，H+ 浓度进一步
降低，胶束结构破坏，溶液黏度下降。通过NDJ-1
旋转式黏度计（6 r/min） 测定常温下不同盐酸
浓度、不同稠化剂浓度条件下体系的黏度，见图1。
从图1 可以看到， 盐酸浓度一定时， 随着
ZX-1 浓度的增大，转向酸黏度均逐渐增大。当
ZX-1 浓度高于6% 以后，高浓度盐酸转向酸黏度
较大，不满足酸化施工鲜酸低黏度要求，当ZX-1
浓度低于4% 后，体系黏度波动较小，不能有效形
成暂堵，ZX-1 最优用量为4%～6% ；ZX-1 浓度一
定时，体系黏度随着盐酸浓度增加呈先增大后减小
趋势，当盐酸浓度大于13% 时体系黏度较小，当
盐酸浓度为6%～9% 时体系黏度较大，当盐酸浓
度低于4% 时体系黏度小。
图1　体系黏度随HCl 及稠化剂浓度变化曲线
2　自转向酸体系流变性能实验
以13%HCl+6%ZX-1 模拟自转向酸体系鲜酸，
2%HCl+6%ZX-1 模拟自转向酸体系残酸，8%
HCl+6%ZX-1 模拟自转向酸变黏体系，通过RV-600
耐酸流变仪研究体系流变性能，见图2～图4。由
图2 可知，鲜酸整体黏度低，剪切速率为170 s-1 时，
随着温度从60 ℃增大到120 ℃，体系黏度呈下降
趋势，最终剪切黏度为5 mPa·s，证明鲜酸利于注
入储层。
图2　13%HCl+6%ZX-1 体系流变曲线
low-permeability layers were reduced. When the permeability difference reached 10.7, diverting acid stimulation can still be achieved.
Based on the results of the field application, the self-diverting acid will find wide application in the future.
Key words Self-diverting acid; Sandstone; Acid stimulation; Oilfield stimulation; Amphoteric surfactant; Bohai oilfield
万方数据
第 34 卷 第 2 期 高尚等：新型砂岩自转向酸体系的研究与应用 123
由图3 可见，残酸黏度随着剪切时间的增长呈
现下降的趋势，最终剪切黏度约为2 mPa·s，整体
黏度低，利于酸化施工后酸液从储层返排至地面。
由图4 可见，在60 ℃下频繁剪切1 h，体系黏度变
化不大。因此，自转向酸变黏体系黏度高，注入地层
后不会因为频繁剪切造成破坏，可有效暂堵高渗层。
图3　2%HCl+6%ZX-1 体系流变曲线
图4　8%HCl+6%ZX-1 体系流变曲线
3　配伍性能评价实验
通过实验评价自转向酸与常用酸化添加剂的配
伍性，并在常温和60 ℃下分别分析添加剂对自转
向酸转向效果影响。选用缓蚀剂为油田常用有机胺
化合物，铁离子稳定剂为乙二胺四乙酸，防膨剂为
油田常用硅烷类化合物，助排剂为醇类化合物。实
验结果表明，加入各添加剂后，自转向酸溶液均匀
透明，无沉淀残渣等现象出现；加入缓蚀剂、铁离
子稳定剂、防膨剂及助排剂后，转向酸黏度无明显
变化；综合添加各添加剂后，配伍性良好。
4　破胶性能评价实验
4.1　混液破胶实验
配制自转向酸体系（8%HCl+6%ZX-1+ 添加
剂），分别量取100 mL 酸液，分别加入5 mL 异丙醇、
5 mL 乙二醇丁醚、碳酸钙粉末（反应至中性），观
察酸液破胶情况。向胶束体系加入异丙醇、乙二醇
丁醚后，两性离子表面活性剂ZX-1 亲水基吸附到
异丙醇、乙二醇丁醚上，胶束结构破坏，体系黏度
降低。实验表明，异丙醇、乙二醇丁醚及酸液消耗
均能使自转向酸完全破胶，破胶后溶液黏度均低于
10 mPa·s，破胶后溶液均匀透明，无残渣。
4.2　存放破胶实验
配制自转向酸体系（8%HCl+6%ZX-1+ 添加
剂），然后静置于60 ℃水浴中，计量黏度值随时间
的变化，实验结果如图5 所示。从图5 可知，在
60 ℃下自转向酸黏度随时间逐渐减小，水浴13 d
后完全破胶，破胶后溶液黏度低于10 mPa·s，无
残渣。由此可见，自转向酸液具有自我清洁的作用，
即使现场作业体系不能完全破胶，经过一段时间会
自动破胶，不会对储层造成永久性伤害。
图5　自转向酸黏度随时间变化关系
5　转向酸化效果评价
采用P 油田岩样（φ=25 mm，L=70 mm），开
展双岩心酸化驱替实验（60 ℃），驱替顺序为正驱
地层水→正驱转向酸→正驱处理液→正驱后置液→
正驱地层水。自转向酸为13%HCl+6%ZX-1+ 添加
剂，处理液为11%HCl+4%HF+ 添加剂，后置液为
5%EGMBE 溶液。图6 为渗透率级差比为2.25 时
自转向酸酸化效果。
图6　自转向酸并联驱替实验（渗透率级差比2.25）
万方数据
124 钻　井　液　与　完　井　液 2017 年 3 月
由图6 可知，初始注入地层水后，高渗岩心流
速为5.7 mL/min，低渗岩心流速为2.3 mL/min，2
者渗流能力差异大；注入自转向酸后，高渗岩心渗
透率逐渐降低，低渗岩心逐渐增大，且逐渐趋于一
致；注入土酸后，渗透率均逐渐改善；注入后置液后，
体系逐渐破胶，渗透率进一步改善；最终高低渗岩
心流速均得到提高，且低渗岩心渗透率改善幅度较
大，转向分流酸化效果明显。
开展并联岩心土酸酸化实验及并联岩心自转向
酸酸化实验，结果见表1。由表1 可知，常规土酸
酸化后高渗岩心渗透率改善倍数大于低渗岩心渗透
率改善倍数，且随着初始渗透率级差从1.66 增大
到10.53，酸化后渗透率级差大幅增大；自转向酸
酸化后低渗岩心渗透率改善倍数明显增大，高低渗
岩心渗透率级差比减小；自转向酸具有较强分流转
向能力，当渗透率级差达到10.7 时，体系仍能实
现有效分流酸化。
表1　土酸与引入自转向酸酸化后酸化效果对比
组别
K0/
mD
原始级
差比
Kd/
mD 改善倍数
酸化后
级差比
土酸
272.5
1.66
364.7 1.34
2.19
451.6 800.3 1.77
自转向酸+
土酸
230.3
2.00
413.3 1.79
1.30
461.5 539.9 1.17
土酸
300.3
5.15
3 86.8 1.29
6.63
1 546.7 2 563.1 1.66
自转向酸+
土酸
329.7
4.54
1 002.3 3.04
1.70
1 498.1 1 712.6 1.14
土酸
232.6
10.53
267.7 1.15
14.53
2 448.4 3 890.0 1.59
自转向酸+
土酸
255.5
10.70
1 488.8 5.83
2.18
2 734.8 3 250.2 1.19
6　现场应用
ZX-1 在C 油田D16H 和D30H 井进行了现场
应用。2 口井均为高含水、长井段水平井，2 口井
产量下降明显，分析认为近井地带污染严重，前期
常规酸化过度激励高含水层，酸化后含水率增幅较
大，故采用ZX-1 体系进行转向酸化作业，释放中
低渗层产能。现场作业注入自转向酸后，注入压力
平均升高3.5 MPa，增黏转向效果明显。措施后产
油量平均增幅6.3 m3/d，含水平均下降10.1%，整
体酸化效果较好，油田计划扩大应用。
7　结论
1. 研制出一种新型砂岩用ZX-1 自转向酸体系，
其与油田常用的缓蚀剂、铁离子稳定剂、防膨剂及
助排剂配伍性良好。
2. 异丙醇、乙二醇丁醚、酸液消耗均能使
自转向酸完全破胶，破胶后溶液黏度均低于10
mPa·s，破胶后溶液均匀透明，无残渣。自转向
酸液还具有自我清洁的作用，即使现场作业体系不
能完全破胶，经过一段时间也会自动破胶。
3. 相比于常规土酸酸化，自转向酸酸化时低
渗岩心渗透率改善倍数明显增大，酸化后高低渗岩
心渗透率级差比减小，当渗透率级差达到10.7 时，
体系仍能实现有效分流酸化。ZX-1 自转向酸在C
油田D16H 和D30H 的现场应用效果较好，具有良
好应用前景。
参 考 文 献
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（上接第120页）

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