新型砂岩酸化液配方室内研究

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

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

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

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

表5  N80钢片腐蚀性能对比

表6  原油抗酸渣性能对比

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。