新型砂岩酸化液配方室内研究-化工工业论文
摘要:氟硼酸铵是一种含氟元素铵盐,在水溶液中显弱酸性,可以发生缓慢水解,最终产生氢氟酸,因此有了对砂岩储层进行基质酸化的可能。本文研究了以氟硼酸铵为主体配方的酸液体系性能,确定了各组分的最佳浓度,再对添加剂进行了筛选,确定出了一套合理的添加剂配方,并配制成体系与土酸和氟硼酸体系作性能上的对比,试验结果体现出了该体系具有缓速、缓蚀等优越性,为该体系在现场上的应用提供了室内依据。
关键词:氟硼酸铵 酸液 配方 性能 对比测试
1. 绪论
常规土酸体系(HCl/HF)在砂岩基质酸化工艺中得到了广泛的应用。但是,由于反应速度快,作用距离短,高温滤失严重,易破坏岩石结构等问题尤为突出,使得在酸化增产中受到很多限制[1][2]。作为溶解铝硅酸盐矿物(粘土、长石、云母等)的唯一普通酸,HF在砂岩油气储层酸化增产措施中显得必不可少[3]。因此,就需要寻找一种既含有HF的酸液,又能减缓反应速度的新型酸液体系。氟硼酸铵(Ammonium Fluoroborate,以下简称AF)作为一种强酸弱碱盐,本身含有氟元素,在水溶液中可以缓慢水解产生HF,属于缓速氟硼酸体系(BRHF)[4]。与其它酸液和添加剂配制成的AF体系可用于砂岩储层酸化处理,达到增产效果。
2. 主体液浓度确定
主体液是酸化作业的关键。AF体系主体液由氟硼酸铵、盐酸,以及SA701所构成。通过溶蚀试验数据来确定每一部分的最佳浓度范围。
2.1.1 氟硼酸铵浓度确定
选用平落某井、莲花某井以及樊某井岩心,磨制成岩粉后在90℃下用AF溶液进行溶蚀对比,反应时间4h。AF浓度分别取4%、6%、8%、10%、12%,根据溶蚀率结果作出相应的变化图。
图1 不同浓度AF对岩粉溶蚀变化曲线(90℃)
由上图可以看出:AF对岩粉的溶蚀率随浓度升高而升高,在8%之前,上升幅度较大,而大于8%后,溶蚀率变化趋势放缓,因此,推荐其使用浓度为8%。
2.1.2 盐酸浓度确定
同样选用上述三种岩粉在90℃下用8%AF与浓度为4%、6%、8%、10%、12%的盐酸组成的复合体系进行溶蚀反应,反应时间为4h。反应后结果如下所示:
图2 不同HCl浓度对岩粉溶蚀变化曲线(90℃)
通过以上数据可以分析得到,AF与HCl在90℃下混合使用时,HCl的最佳浓度取8%~10%较为适宜,溶蚀率相对较高。
2.1.3 SA701浓度确定
同样选用上述三种岩粉在90℃下用8%AF+9%HCl与浓度为1%、1.5%、2%、2.5%、3%的SA701进行溶蚀反应,反应时间为4h后的溶蚀变化率。
图3 不同浓度SA701对岩粉溶蚀变化曲线(90℃)
由上图可以看出:溶蚀率当SA701的浓度增加而增加。但当浓度为2.5%时,溶蚀效果较好,再增加浓度已无必要,因此确定SA701浓度为2.5%。综上,确定AF体系主体成分浓度为8%AF+9%HCl+2.5%SA701。
3 添加剂筛选
3.1.1 单相配伍性
实验室选用常用酸液添加剂在90℃下进行单相配伍性实验,以筛选出具体适用的添加剂进行下一步添加剂综合配伍试验[5][6]。
表1 添加剂单相配伍结果
类型 |
名称 |
颜色 |
透明度 |
配伍性 |
缓蚀剂 |
1.5%SA1-3 |
茶色 |
半透明 |
不配伍 |
2%CT1-3 |
褐色 |
半透明 |
不配伍 | |
1%SW-18 |
褐色 |
不透明 |
配伍 | |
1%HW-6 |
浅黄色 |
透明 |
配伍 | |
铁离子稳定剂 |
2%KMS-7 |
浅黄色 |
透明 |
配伍 |
1%SA1-7 |
无色 |
透明 |
配伍 | |
1.5%CT1-7 |
褐色 |
不透明 |
不配伍 | |
2%HW-9 |
茶色 |
透明 |
不配伍 | |
粘土稳定剂 |
1%HW-21 |
无色 |
透明 |
配伍 |
1%SA-18 |
无色 |
透明 |
配伍 | |
1.5%WD-5 |
浅黄色 |
透明 |
配伍 | |
1%AS-100 |
浅黄色 |
透明 |
配伍 | |
助排剂 |
1.5%WD-12 |
茶色 |
透明 |
配伍 |
1.5%SA5-4 |
无色 |
透明 |
配伍 | |
1%HCS-25 |
无色 |
透明 |
不配伍 | |
1%HW-10 |
无色 |
透明 |
不配伍 | |
破乳剂 |
1%SA1-1 |
无色 |
透明 |
不配伍 |
1%WD-6 |
浅黄色 |
透明 |
配伍 | |
1%OP-10 |
无色 |
透明 |
配伍 |
3.1.2 综合配伍性
根据上述的配伍性实验结果,筛选出配伍性较好的几种添加剂进行综合配伍性试验,以确定出一套合理的酸液添加剂体系。
表2 添加剂综合配伍结果
配方 编号 |
添加剂类型及用量 |
配伍性 | ||||||||
缓蚀剂 |
铁稳剂 |
粘土稳定剂 |
助排剂 |
破乳剂 | ||||||
1% SW-18 |
1% SA1-7 |
1% SA-18 |
1% HW-21 |
1.5% WD-5 |
1.5% SA5-4 |
1.5% WD-12 |
1% OP-10 |
1% WD-6 | ||
1 |
√ |
√ |
√ |
|
|
√ |
|
√ |
|
配伍 |
2 |
√ |
√ |
√ |
|
|
√ |
|
|
√ |
配伍 |
3 |
√ |
√ |
√ |
|
|
|
√ |
√ |
|
配伍 |
4 |
√ |
√ |
√ |
|
|
|
√ |
|
√ |
配伍 |
5 |
√ |
√ |
|
√ |
|
√ |
|
√ |
|
配伍 |
6 |
√ |
√ |
|
√ |
|
√ |
|
|
√ |
不配伍 |
7 |
√ |
√ |
|
√ |
|
|
√ |
√ |
|
配伍 |
8 |
√ |
√ |
|
√ |
|
|
√ |
|
√ |
不配伍 |
9 |
√ |
√ |
|
|
√ |
√ |
|
√ |
|
配伍 |
10 |
√ |
√ |
|
|
√ |
√ |
|
|
√ |
不配伍 |
11 |
√ |
√ |
|
|
√ |
|
√ |
√ |
|
配伍 |
12 |
√ |
√ |
|
|
√ |
|
√ |
|
√ |
不配伍 |
由上述配伍结果可以得出,配方1、2、3、4、5、7、9、11的配伍性较好。再将上述样品进行溶蚀试验,并将残酸作表面张力测试,结果如下:
表3 不同配方酸液体系溶蚀率及表面张力测试
配方 编号 |
溶蚀率(%) |
残酸平均 表面张力 (mN/m) | ||
平落 |
莲花 |
樊 | ||
1 |
17.94 |
29.26 |
37.23 |
24.2 |
2 |
16.80 |
26.38 |
36.69 |
28.0 |
3 |
15.28 |
27.51 |
37.03 |
26.4 |
4 |
14.58 |
28.64 |
36.33 |
28.6 |
5 |
17.16 |
28.17 |
36.27 |
24.9 |
7 |
17.61 |
26.45 |
37.38 |
27.4 |
9 |
16.88 |
25.97 |
35.95 |
24.5 |
11 |
14.31 |
27.89 |
36.46 |
30.3 |
注:蒸馏水表面张力为74.69mN/m |
综合测定,配方1的溶蚀率较其他配方高,酸表面张力较小,施工后易于返排。因此确定选用1.0%SW-18+1.0%SA1-7+1.0%SA-18+1.5%SA5-4+1.0%OP-10作为实验用的AF酸液体系的添加剂配方体系。
4. 酸液体系性能测试
确定添加剂体系后,再进行溶蚀性、腐蚀性[7][8]、抗酸渣性[9][10]的测试,并与同一添加剂体系下的土酸和氟硼酸体系进行对比。
表4 岩粉和泥浆的溶蚀性能对比
体系 名称 |
试验 条件 |
平均溶蚀率(%) |
反应速度(×10-4g/s) |
残酸表面张力(mN/m) | |||
岩粉 |
泥浆 |
岩粉 |
泥浆 |
岩粉 |
泥浆 | ||
土酸+添加剂 |
90℃,2h |
33.19 |
42.22 |
2.1384 |
58.64 |
27.7 |
/ |
氟硼酸+添加剂 |
90℃,2h |
28.16 |
41.94 |
1.8507 |
58.25 |
26.8 |
/ |
AF+添加剂 |
90℃,2h |
29.26 |
43.14 |
1.8468 |
59.92 |
24.2 |
/ |
表5 N80钢片腐蚀性能对比
体系名称 |
试验条件 |
腐蚀速度(g/m2·h) |
土酸+添加剂 |
90℃,常压,4h |
6.428 |
氟硼酸+添加剂 |
90℃,常压,4h |
4.725 |
AF+添加剂 |
90℃,常压,4h |
4.321 |
表6 原油抗酸渣性能对比
体系 名称 |
原油体积/酸液体积 (ml) |
试验 条件 |
滤纸质量 (g) |
反应后总质量 (g) |
酸渣质量 (g) |
土酸+添加剂 |
50/50 |
90℃,3h |
0.9967 |
2.3002 |
1.3035 |
氟硼酸+添加剂 |
50/50 |
90℃,3h |
0.9938 |
2.2613 |
1.2675 |
AF+添加剂 |
50/50 |
90℃,3h |
0.9981 |
2.2146 |
1.2271 |
从以上实验可以看出:溶蚀率方面,土酸体系的溶蚀率较高,反应速度较快,AF体系的反应速度则较慢,残酸表面张力较小;对N80钢片腐蚀情况来看,AF体系的腐蚀速度更小,在实际应用中对管线的腐蚀更弱,使用更为安全;从抗酸渣性试验来看,AF体系比土酸和氟硼酸体系效果要理想许多,使得对地层和储容管线的堵塞损害较小。
5. 结论
(1)通过对AF的溶蚀特性的研究,确定了8%AF+9%HCl+2.5%SA701的主体液最佳使用浓度,该浓度下对岩粉的溶蚀效果较好。
(2)通过对实验室添加剂配伍性的多次筛选,确定出了AF酸液体系添加剂配方为:1.0%SW-18+1.0%SA1-7+1.0%SA-18+1.5%SA5-4+1.0%OP-10。
(3)根据已确定好的酸液体系进行了溶蚀性、腐蚀性、抗酸渣性等综合性能研究,并与相同添加剂下的土酸和氟硼酸体系作对比,体现出了该酸液体系具有良好的缓速性、缓蚀性,且抗酸渣效果较好。
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