3.5酸岩反应动力学参数测定

以盐酸、胶凝酸、转向酸和乳化酸为对比，测定不同酸液体系传质系数，实验结果见图6。单相酸体系缓速效果最强，比乳化酸体系还下降了一个数量级，缓速率为99.6%，可以达到缓速深部酸化的效果。单相酸相比于乳化酸酸岩反应速度明显下降，这与乳化酸粒径研究结论也是相似的：粒径越小，酸岩反应速度越慢。

图6不同酸液传质系数对比图

表1不同酸液体系的界面张力

3.6界面张力测试

以盐酸、胶凝酸和乳化酸为对比，采用界面张力仪测定单相酸界面张力，实验结果见表1。数据可以看出，乳化酸为油包水乳液，单相酸为油包水的纳米均相分散体系，两者界面张力均为0；盐酸和胶凝酸界面张力接近，为31.1 mN/m；转向酸为表面活性剂酸液体系，界面张力较低，为1.8 mN/m。

3.7单相酸摩阻测试

采用摩阻测试仪测定单相酸的降阻率，实验结果可以看出，在不加减阻剂的情况下，单相酸与水的摩阻相当，表明不加减阻剂情况下，单相酸不具备减阻效果；加入0.1%减阻剂后，可明显降低单相酸摩阻，降阻率可达80%以上，摩阻和胶凝酸相当，远低于乳化酸摩阻。

图7不同酸液体系摩阻测试

3.8溶有机垢、无机垢及混合垢性能

采用沥青块模拟有机垢，碳酸钙（灰岩）模拟无机垢，沥青和碳酸钙3∶7混合物模拟混合垢。混合垢样制作步骤如下：①将沥青块敲成小块放入烧杯；②控温磁力搅拌器将沥青融化为液态；③将液态沥青趁热导入塑料试管中；④再按比例加入碳酸钙，在沥青凝固前搅拌均匀；⑤得到比表面积接近混合垢（沥青碳酸钙质量比为3∶7），混合垢制作流程图见图8。

图8混合垢制作流程图

分别对盐酸、芳烃溶剂、单相酸溶解有机垢、无机垢及其混合垢性能进行测试。实验条件：90℃水浴，50 g溶液，2.5 g垢样，溶解4 h，实验结果见表2。从表2可以看出，单相酸对混合垢溶解效率远高于单一解堵体系，具备同时解除有机垢、无机垢及其混合垢的能力。单相酸溶有机垢和无机垢过程图片见图9，当碳酸钙加入后，单相酸与碳酸钙反应较明显；当沥青加入后，常温下溶解较慢，90℃水浴4 h后完全溶解；溶解后的残液倒出后，烧杯底部无残留，表明单相酸可以完全溶解有机垢（碳酸钙）和无机垢（沥青）。

表2溶解有机垢、无机垢及其混合垢数据

图9单相酸溶有机垢和无机垢过程

3.9混合垢伤害模拟及解除实验

3.9.1混合垢伤害模拟实验

为在室内模拟混合垢岩心伤害，设计如下实验步骤：①气测岩心初始渗透率；②模拟无机垢伤害：使用10.5%碳酸钠溶液与15%氯化钙溶液交替注入，模拟无机垢（CaCO3）的损害；③模拟有机垢伤害：50%的沥青正庚烷溶液与二甲苯1∶1混合，抽真空进行岩心饱和，伤害72 h后烘干；④伤害后岩心气测渗透率；⑤计算伤害率。混合垢伤害前后砂岩岩心图片见图10。

图10砂岩混合垢伤害前后图

在该实验方案下，交替注入的碳酸钠溶液与氯化钙溶液会在孔隙中形成白色的碳酸钙沉淀，沥青饱和进入孔隙中经过正庚烷的挥发沥青黏度急剧增加，封堵孔隙造成渗透率下降，可以模拟混合垢伤害砂岩储层。由表3可见，获得的砂岩混合垢伤害率大于99%，伤害后岩心渗透率小于0.02 mD，伤害显著。

表3砂岩混合垢伤害模拟

通过观察伤害后岩心表面，可以发现沥青在孔隙系统中的分布模式如图11所示。对于孔隙系统来说，沥青胶结在岩石颗粒四周，这类沥青可能对减小孔隙体积作用不明显，但其可以显著限制或封闭孔喉，导致渗透率下降；另一种充填在孔隙内，堵塞整个孔隙，降低孔隙体积。储层中的沥青占据储层的部分储集空间，破坏储层孔隙结构，不仅会减小储层的孔隙度，同时还会大幅度减低储层渗透率，严重影响储层物性及油气井产能。

图11混合垢伤害示意图

3.9.2混合垢伤害解除实验

实验使用伤害后的砂岩岩心，设计如下实验步骤：①加热设备至90℃，将岩心放置岩心夹持器；②将配置好的单相酸液体与15%KCl标准盐水放入中间容器，排空管线空气；③缓慢将围压加载至2 MPa，检测过程中始终保持围压值大于岩心入口压力1.5 MPa～2.0 MPa，以2 mL/min流量驱替盐水至压力及出口流量稳定，测得初始渗透率；④以2 mL/min流量反向驱替处理液，记录滤失、注入压力等相关数据；⑤对解堵后的岩心进行CT扫描，观察形貌。

实验模拟改变单相酸的酸相（土酸、氟硼酸）与土酸和芳烃溶剂进行对比实验，实验结果见表4。岩心伤害前后及采用不同体系解堵后的岩心端面照片见图12。实验结果显示芳烃溶剂和土酸只能部分解除砂岩岩心伤害，单相酸体系不仅可以解除有机垢和无机垢伤害，还能酸蚀增渗，使得伤害解除后岩心渗透率高于伤害前岩心渗透率。

表4砂岩混合垢解除实验

图12砂岩混合垢伤害前后图

对混合垢伤害解堵前后的岩心进行CT扫描，见图13。对CT扫描图像数据密度分布进行处理，红色区域为以无机质为主的高密度堵塞区域，蓝色范围为有机质为主的低密度堵塞区域，图中可见单相酸（土酸）伤害解除范围最大，对高密度的矿物溶蚀性能更好。土酸、芳烃溶剂单独处理效果差。也可从堵塞物CT密度分布曲线得出相同结论（其中，密度分布曲线中横坐标代表密度数，按照空气为0，水为1000进行校正；纵坐标为归一化密度累计占比，对应曲线为混合垢伤害前岩石密度分布，作为参照。密度分布曲线中彩色区域代表不同密度下CT响应强度），土酸解除了高密度范围的堵塞，但低密度堵塞没有解除；芳烃溶剂解除了低密度范围堵塞，但高密度堵塞没有解除，而单相酸体系均有解除。

图13砂岩解堵前后CT扫描数据及堵塞密度范围分布曲线

4.现场应用

伊拉克米桑油田原油为中-重质原油，原油中沥青质含量为3.6%～11.7%，蜡含量为0～2.9%，常规解堵措施无法有效解除有机、无机及其混合垢伤害。B-1井为米桑油田Mishrif储层生产井，目的层岩性为灰岩，射孔层位为4001～4011 m，孔隙度17.5%，渗透率65.8 md，油藏温度117℃左右。该井存在的主要污染原因为有机沉积物混合碳酸钙形成混合堵塞污染物，导致该井停产。2023年12月，该井采用单相酸体系进行酸化现场施工，施工曲线见图14，该井施工后成功复产，产油量达364 m3/d，增产效果显著。

图14 B-1井为米桑油田Mishrif储层的酸化施工曲线

5.结论

1.针对近井地带存在的有机、无机及其混合垢伤害，开发了一种新型多功能解堵体系-单相酸体系。该单相酸体系由芳烃溶剂、酸液、表面活性剂、助表面活性剂及功能型添加剂组成。

2.单相酸体系是一种外相为油、内相为酸的纳米均相分散体系，粒径分布为7～50 nm；界面张力为0；具有解除储层乳化（破乳率大于90%）、水锁、润湿改性的性能（油湿改性为水湿）；可同时溶解有机垢、无机垢及其混合垢（溶解率100%）；具有低摩阻性能（降阻率大于80%），可实现大排量解堵作业；具有高缓速率性能（缓速率大于99%），可实现储层深部解堵。

3.单相酸解堵后，岩心渗透率恢复率大于100%，表明单相酸体系不仅可以解除有机垢和无机垢伤害，还能酸蚀增渗，改善近井区域岩石渗流特性。

4.单相酸利用油与酸互溶原理，实现了有机垢、无机垢及其混合垢单步同时溶解，对油气井及转注井近井地带混合垢污染物的高效解除具有重要意义。单相酸体系在伊拉克米桑油田进行了现场试验，增产效果显著。