隐形酸完井液

在水平井裸眼完井过程中，不适当的完井液选择可能对储层造成再次伤害。钻开液中人为添加的固相以及钻井中产生的钻屑，还有钻开液的滤液等进入储层，在一定程度上对储层孔隙和流体流动性能产生影响，这些影响是否可以通过完井而得到解除，或者通过完井来降低打开储层过程中的储层污染所带来的影响呢？受酸对大部分地层的溶蚀及改造作用启发，人们提出了采用具有一定酸性的固体物质来配制完井液的想法，形成了所谓的隐形酸完井液。隐形酸完井液其实就是采用酸性不太强的固体酸，配合黏土稳定剂、酸液缓蚀剂而得到的完井液，从2005年开始，伴随着PRD钻开液的大规模使用而在海上裸眼完井中得到大量使用。

隐形酸完井液体系是在传统的碱性完井液基础上发展起来的，中碱性完井液以工程性能为主，而隐形酸完井液则在满足工程性能的同时强调储层保护特性，这是对完井液认识观念的重大突破，也是从低伤害储层的完井液向改造储层的完井液发展的重大功能突破。隐形酸完井液在中国海上油田的钻开液作业后的裸眼完井中大量使用并获得巨大成功，与传统的中碱性完井液相比，单井产能提高10%～30%，经济效益非常显著。

在海上使用的隐形酸完井液主要由三种材料组成，其配方为：过滤海水＋0．3%～0．8% HTA隐形酸＋（1．0%～2．0%）HCS黏土稳定剂＋（1．0%～2．0%）CA101缓蚀剂。该完井液体系在保护储层的过程中，通过隐形酸HTA释放H＋来溶蚀屏蔽环，防止沉淀及结垢，解除储层损害。隐形酸完井液可以提高黏土稳定性，有效地抑制储层中黏土矿物的水化膨胀及微粒运移，也可以比较好地消除钻井液滤液、水泥浆滤液和地层水等流体间的不配伍形成的有机、无机垢；还可以与储层岩石的胶结物发生溶蚀反应，疏通扩大渗流孔道，提高油层渗透率，提高油井产量。除了作为裸眼完井作业的完井液外，隐形酸完井液也可以作为射孔液使用。

6．6．4．1　隐形酸完井液的作用机理

6．6．4．1．1　解除水泥浆滤液导致的储层损害

在钻开油层时，水泥浆滤液在压差作用下，会不可避免地进入油层。这些滤液本身会产生沉淀，也会与地层水不配伍，产生化学沉淀，对油层造成损害。这种损害随着滤失量的增加而明显增加，油层渗透率越高，污染深度越深。特别是水泥浆领浆，虽然与岩心接触时间短，但其侵入深度或许会达到33．4cm之多，结合尾浆侵入深度，不同类型的水泥浆滤液的侵入深度可能达30～40cm。这个侵入深度有时射孔弹无法射穿，也就无法解除滤液或滤液与地层水之间不配伍产生的油层损害。

水泥浆的滤液污染主要是由于水泥浆的高钙及高碱性所产生的，隐形酸完井液可以通过对碱的中和及对钙所产生的氢氧化钙的溶解而解除其污染：

隐形酸完井液可通过其中隐形酸HTA释放H＋来溶解滤液不配伍形成的沉淀及结垢，解除储层损害。

6．6．4．1．2　解除钻开液酸溶性暂堵剂的暂堵作用

在裸眼完井的钻开液中，有时为了降低钻开液的滤失，降低滤液向储层深部的侵入深度，需要加入碳酸钙一类的酸溶性暂堵材料来协同保护储层。如在麦克巴的PRO－FLO体系和贝克休斯的PerfFlow钻开液体系以及COSL的UltraFLO中，就是通过加入粒径匹配的碳酸钙来降低储层伤害。隐形酸通过对碳酸钙的溶蚀作用来解除碳酸钙的暂堵而保护储层：

通过设计一定量的隐形酸完井液，结束碳酸钙的暂堵过程，来打通储层。

6．6．4．1．3　对滤液高分子溶液的稀释及降解作用

滤液中大分子聚合物在压差作用下会渗入地层，由于滤液黏度高，在负压诱喷的驱动下难以顺利反排形成油流通道，这样就造成了储层堵塞。在PLUS／KCl钻井液中，滤液中的高分子化合物一般是聚丙烯酸盐或水解聚丙烯酰胺化合物、羧酸盐类，在隐形酸环境下会反应生成羧酸而使聚合物溶液失去水化作用，产生稀释现象，黏度下降：

而在钻开液中，所使用的聚合物以黄原胶生物聚合物为主，这些大分子化合物在隐形酸环境下会产生降解，分子量降低，黏度较低。

隐形酸完井液对大分子聚合物具有的稀释及降解作用，可增加大分子聚合物溶液的返排，解除黏稠的大分子溶液对储层造成的堵塞。

6．6．4．1．4　对储层孔隙的溶蚀作用

储层孔隙可能含有一些微细颗粒，许多微细颗粒在孔隙的充填，不仅降低了孔隙的自由流动空间，而且可能进一步产生微粒运移造成储层伤害。一些微细颗粒，或多或少包含一些酸溶性物质，隐形酸完井液通过与孔隙填充颗粒的溶解作用而疏通孔隙，降低储层伤害影响。

6．6．4．1．5　对钻井液滤液的透明化作用

钻井液具有较强的碱性，这种碱性在钻井过程中可以有效地激活黏土，保护钻具，中和酸性气体，但是，这种碱性也会使溶解和分散于钻井液中的一些物质由于碱性作用而沉淀析出，这些沉淀析出的物质由于颗粒极细小，会随着钻井液滤液一同进入储层造成污染，隐形酸完井液与滤液作用，改变滤液的酸碱属性，溶解在碱性条件下沉淀的物质，因而消除滤液的储层伤害影响。

6．6．4．1．6　对泥饼的溶蚀作用

钻井液或者钻开液泥饼中含有复杂的成分，主要是黏土、钻屑、聚合物以及降滤失剂等材料，一些情况下可能加入碳酸钙类酸溶性暂堵材料。隐形酸完井液具有溶解泥饼中部分物质的功能，如果淀粉类降滤失剂选择得当，再配合碳酸钙进行暂堵，则隐形酸完井液将对由此形成的泥饼具有较好的解除效果，从而可解除屏蔽环或泥饼造成的返排堵塞。

6．6．4．2　隐形酸完井液的溶蚀作用

隐形酸完井液能够有效地抑制储层中黏土矿物的水化膨胀、微粒分散运移，并在水溶液中释放出H＋，使溶液呈酸性。其酸性的强弱与HTA浓度有关，HTA浓度越高，酸性越强，这种酸性的完井液能够部分溶解有机物、无机垢、泥饼，疏通近井壁的油层孔道，消除钻井液滤液、水泥浆滤液和地层水等流体间的不配伍形成的有机、无机垢；其还可以与储层岩石的胶结物发生溶蚀反应，疏通扩大渗流孔道及解除射孔弹爆炸时高温高压形成的压实带。后两者与隐形酸的酸液浓度有关，使其部分溶蚀储层岩石颗粒间胶结物，但又不至于使岩石骨架垮塌。

隐形酸完井液具有一定的酸性，且随着完井液中的HTA隐形酸材料的加量增加而增加，见表6－83。

表6－83　不同浓度HTA溶液完井液的酸性

隐形酸与碳酸钙作用时，其溶蚀效果比较明显，隐形酸完井液高温老化后，pH值变化不大，但是老化后的酸溶率要高得多，如表6－84所示。

表6－84　隐形酸完井液120℃热滚16h老化前后的溶蚀性能

表6－85为隐形酸完井液与某现场岩屑反应后的溶蚀率。

表6－85　隐形酸完井液与某现场岩屑反应后的溶蚀率

不同体积及不同浓度的隐形酸完井液对不同量的碳酸钙的溶蚀程度如表6－86所示。

表6－86　隐形酸完井液与碳酸钙作用后的溶蚀程度

从表6－86可以看出，200mL0．5%的HTA溶液可以完全溶解的碳酸钙为0．75g，125mL0．8%的HTA溶液能够完全溶解的碳酸钙为0．10g，而100mL1．0%的HTA溶液可以完全溶解的碳酸钙达到0．15g。

6．6．4．3　隐形酸完井液体系配方影响因素

根据储层保护的要求，针对完井作业过程中完井液可能解决或避免的储层损害问题，结合各个油田储层自身特点需要进行针对性的评价，最终确定针对具体油田钻开液的隐形酸完井液配方。隐形酸完井液添加剂对完井液体系性能的影响如表6－87所示。

表6－87　隐形酸完井液添加剂对完井液体系性能的影响

隐形酸完井液添加剂对隐形酸完井液的酸性产生一定的影响，如果对产品，特别是对黏土稳定剂和缓蚀剂的碱度不能有效控制，或者由于生产过程中产生较大的质量差异，将会导致隐形酸完井液体系pH值更大地下降，直接对完井液的储层伤害解除效果产生影响。

6．6．4．4　隐形酸完井液与井下流体的作用

钻开油气层时，钻开液滤液、完井液滤液在压差作用下，都会不可避免地进入油气层。如果这些滤液间相互不配伍，产生化学沉淀，就会对油气层造成损害。以某油田为例，分析各种作业液滤液之间的作用。将不同的井下流体混合，用浊度仪测其混合后的浊度值，并观察是否出现沉淀。如果混合液浊度值增加或出现沉淀，则说明将对储层产生伤害。表6－88为隐形酸完井液与滤液之间的配伍性。

表6－88　隐形酸完井液与滤液之间的配伍性

实验发现，钻开液、完井液与地层水配伍性好，浊度值低，没有沉淀产生，说明隐形酸完井液与各种工作液及地层水具有较好的配伍性能。

隐形酸完井液对浊度的影响如图6－45所示。

图6－45　隐形酸完井液对浊度的影响

从图6－45可以看出，隐形酸完井液也可以极大地降低水泥浆滤液的浊度，从而改善射孔完井条件下的储层保护效果。

6．6．4．5　隐形酸完井液的储层保护

采用常规的流动实验使用隐形酸完井液对岩心进行污染，测定污染后岩心的渗透率恢复值发现，隐形酸完井液对岩心的渗透率恢复值超过100%，具有较好的岩心疏通作用（图6－46）：

图6－46　不同完井液的渗透率恢复值

隐形酸完井液能够溶蚀与扩充岩心的孔喉，从而起到类似“酸化”的效果，达到疏通孔喉、改善渗透率及提高渗透率恢复值的作用。