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粘弹性表面活性剂转向酸体系的流变性能及酸岩反应动力学研究

赵增迎  
【摘要】:非均质储层在我国占有很大比例。用常规酸化技术改造这类储层,酸液会沿着非均质储层的大通道或高渗部分发生指进,很难有效地改造非均质储层的低渗部分,而影响整个酸化作业的效果。对这类储层,需要采用转向酸化技术才能达到均匀改造的目的。较早时候发展起来的聚合物交联、泡沫、岩盐等转向酸化体系,存在损害储层、转向效果不佳、工艺复杂等局限性,难以达到预期的改造目标。近年发展起来的粘弹性表面活性剂(VES)转向酸,具有pH控制自转向功能、转向效果好、对储层无损伤、无需交联剂和破胶剂、缓速与滤失控制好等突出优点,是国内外近年转向酸化技术研究的热点与重点。该项转向酸化技术,在国外应用于储层改造已经取得明显的效果,在国内也开展了一定的室内研究工作和初步的现场试验。但是,该体系的流变性能及其影响因素的系统研究和酸-岩反应动力学研究还没有见到文献报道,从而制约了VES转向酸体系性能的更好发挥和新型VES体系的开发以及施工的优化设计。 本论文首次系统地研究了VES转向酸体系的pH值、VES加量、酸液中的离子类型、温度、压力、剪切速率等因素对VES转向酸体系流变性能的影响,确定了不同因素的影响程度和主控影响因素,为现场更好地应用VES转向酸体系和新型VES转向酸体系的开发奠定了基础。 酸液粘度变化过程的酸-岩反应动力学研究是一个世界性难题。首次研究了在VES转向酸体系流变性能变化的条件下,与灰岩碳酸盐储层岩石的反应动力学。研究确定了不同流变性能阶段及不同温度条件下,酸岩反应的速率常数、反应级数、反应速率控制阶段、酸-岩反应动力学方程,以及VES转向酸与普通酸的酸-岩反应速率对比等极为重要的酸化压裂施工方案优化设计所需参数,为VES转向酸的优化施工设计提供了重要的参考依据。 通过物理模拟实验,证明了VES转向酸的明显转向效果。用室内的研究结果指导VES转向酸现场设计与施工三井次,增产效果非常显著。其中,一口井施工前日产油20.7 m3,施工后提高到日产油60m3;另一口井,VES转向酸酸压施工前无产量,施工后日产油74 m3,日产气15×104m3。


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