热化学复合酸化技术的研究与应用

摘要：热化学复合酸化是在酸化施工中分段注入亚硝酸钠与氯化铵的水溶液，让其在地层中接触并发生热化学反应。利用该反应体系产生N2气体并放出大量的热，从而保持、甚至提高地层温度，降低稠油粘度，防止有机沉淀和酸液冷伤害的产生，有效解除有机物堵塞、沟通裂缝，同时生成的N2也利于残酸的顺利返排。

在胜利油田稠油油藏分布十分广泛，稠油油藏经常存在钻井液、粘土、腐蚀产物等无机物和胶质、沥青质、蜡和细菌等有机物堵塞，采用常规酸化工艺对稠油油藏进行酸化解堵时，存在着酸液进入地层易与胶质沥青质含量较高的稠油混合产生沥青质淤渣和酸渣、易造成原油乳化及注入液对储层造成的冷伤害等难题，可能会对储层造成毁灭性二次伤害。为此，开展了热化学复合酸化储层改造工艺技术的研究。

一、热化学复合酸化机理研究

1、热化学复合酸化原理

热化学复合酸化是在酸化施工中分段注入亚硝酸钠与氯化铵的水溶液，让其在地层中接触并发生热化学反应，并在特定催化剂作用下，通过降低反应体系的活化能来控制反应。反应方程式如下：

NaNO2+NH4Cl=NaCl+2H2O+N2

在标准状态（即温度T＝298.15K，压力P＝1.01325×105Pa）下，利用反应物标准生成焓的数据计算的到该反应焓变ΔH298=－332.58 kJ/mol，属强放热反应。根据理论计算，10m3 NaNO2剂溶液（3mol/L）和10m3 NH4Cl剂溶液（3mol/L）在标准状态下反应后，可使反应液温度升高119℃，同时可产生约672m3 N2气体。利用该反应体系产生N2气体并放出大量的热，从而保持、甚至提高地层温度，降低原油粘度，防止有机沉淀和酸液冷伤害的产生，有效解除有机物堵塞、沟通裂缝，同时生成的N2也利于残酸的顺利返排。

2、热化学试验

将NaNO2与NH4Cl分别配成6mol/L的溶液，先取等体积的NaNO2溶液和NH4Cl溶液在常温下发生反应，测定反应过程中初、中、终温度，并记录初时、中间及终点温度上升的时间。由NaNO2与NH4Cl反应过程中溶液温度随时间的变化可知，在常压下反应液温度在5min左右很快由30℃升至100℃，90℃以上温度可维持15 min以上。

在热化学处理反应体系中加入与其体积相等的A油田稠油后，观察混油液粘度随时间的变化曲线可知，混油液粘度随着体系温度的升高，在15min内迅速的由320mPa.s降到100mPa.s以内，原油粘度下降幅度非常大，从理论上可以起到，保持甚至提升地层温度，降低原油粘度，防止注入酸液造成冷伤害的作用。

二、热化学复合酸液配方

结合理论分析可以确定热化学复合酸化液配方如下。

1、预处理柴油

柴油+6%互溶剂

2、前置常规酸

15%HCl＋2%缓蚀剂＋3%铁稳定剂＋1%助排剂＋3%防膨剂；

3、热化学处理剂

A剂：18%NaNO3＋3%铁稳定剂＋1%助排剂＋3%防膨剂；

B剂：14%NH4Cl＋3%铁稳定剂＋1%助排剂＋3%防膨剂；

注：A剂、B剂入井前不得混合。

4、互溶盐酸

20%HCl＋5%HAC＋2%缓蚀剂＋3%铁稳定剂＋6%互溶剂＋2%助排剂＋3%防膨剂

5、后置常规酸

15%HCl＋2%缓蚀剂＋3%铁稳定剂＋1%助排剂＋3%防膨剂；

6、活性水（用于试挤、隔离和顶替）

清水＋3%KCl＋1%助排剂

注入顺序：（在热处理剂注入前后需要加1～2m3的隔离活性水。）

柴油预处理前置酸热处理A剂互溶盐酸热处理B剂互溶盐酸后置酸顶替

三、现场应用

ZG6井主力层位为沙一段1147-1165m处，岩性为灰色灰黑色油斑生物灰岩，生物以介形虫为主；含油不均油质重，属特稠油油藏。该井2005.5.19日由于供液不足间开，2006.3.6日停井，由郑6-1井和郑6-3井注气恢复液面，日注量5000t/d。该井岩屑录井等解释为灰色稠油斑生物灰岩，原油粘度4089mPa.s/80℃，故酸化工艺方案考虑采用交替挤注热化学处理剂和酸液的方式对地层进行酸化改造，改善地层流动条件，降低地层流动阻力。2006年7月8日对该井进行了酸化，共注入柴油10m3，前置酸10m3，热化学处理剂24m3，互溶盐酸56m3，后置酸9.6m3，施工排量2～2.6 m3/min，泵压5-16MPa，停泵压力8.4MPa。压后放喷、返排，并与2006年7月15日恢复生产，稳产至今，平均日增液13.7t，日增油5.7t。

四、认识与建议

1、热化学实验的研究表明，利用稠油热化学反应产生的热量能够有效降低稠油粘度，同时产生的大量气体也利于残酸的返排。

2、通过注入热处理剂，能够保持甚至提高注入工作液的温度，有效的抑制了因工作液进入地层与稠油混合产生的胶质、沥青质淤渣，对储层造成的冷伤害。

3、热化学复合酸化解堵技术适用于由于钻井液、工作液污染造成地层堵塞和蜡、沥青质等有机物堵塞等因素造成产量下降需要解堵增产的稠油井。

4、由于实验条件的限制，无法开展高温高压和复合条件下的实验，该技术还部分停留在理论基础上，需要进一步开展试验。

5、现场对于热处理剂反应的控制有待于加强，需要从运输、装罐、泵注等方面严格防止热处理剂之间提前接触发生反应，生成气体造成注入泵车气锁，同时造成处理剂损失影响酸化效果。

参考文献：

[1]祝明华．KQTA解堵工艺技术[J]．石油钻采工艺，1995，17（6）：85－88．

[2]赵福林．采油用剂[M]．山东东营：石油大学出版社，1997．

[3]祝明华．中原油田油层化学解堵工艺技术应用现状[J]．油田化学，1996，13（1）：88－92．

[4]石志英．酸性胶束液JS841的性能和应用[J]．石油钻采工艺，1987，9（3）：59—64．

[5]舒玉华．新型砂岩酸化液体系[J]．钻井液与完井液，1995，12（4）：52—55．

[6]罗平亚．储集层保护技术[M]．北京：石油工业出版社，1999．25—26．