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碳酸盐岩油气田分别占有世界总油、气储量的48%和28%,中国石油走向海外正面临着大量低渗碳酸盐岩油气藏的勘探开发,急需进一步开展深度酸压储层改造技术的研究。本论文研发了酸性环境下的稠化剂和交联剂,进行了地面交联酸酸压技术的系列机理研究与现场试验。通过RV30耐酸流变仪完成了地面交联酸的交联与破胶机理及耐温耐剪切等流变性实验,实现了强酸性环境下交联时间(0~240s)与交联程度(30~3000mPa·s)的调控。采用旋转岩盘仪对比进行了常规盐酸、稠化酸和地面交联酸在不同温度、酸浓度、稠化剂浓度、转速、反应时间等条件下的酸岩反应实验,并对其特性进行了表征,显示地面交联酸的酸岩反应速度常数通常较稠化酸低1~2个数量级。利用酸蚀裂缝导流试验装置进行了常规盐酸、稠化剂、地下交联酸、地面交联酸及不同工艺(单级与多级注入、闭合酸化)等情况下的酸蚀裂缝在不同闭合压力下(10~55MPa)的导流能力试验,并对酸蚀裂缝壁面的溶蚀形态进行了描述;地面交联酸的酸蚀裂缝在50MPa下具有70μm2cm以上的导流能力,是五级稠化酸注入的1.25~1.73倍,而同时具有深度0.8~6.2mm的酸蚀沟槽。及时将研究成果应用到了塔里木油田、磨溪气田及桩西油田的碳酸盐岩储层的深度酸压改造试验中,均取得了显著的增产效果;桩古10-11井累产9775吨原油后进行了酸压改造,由压前的1.2t/d增加到稳产20t/d,是酸压前的16.67倍,五十五天累计产油1220t。
近三年来对地面交联酸交联机理、流变性、酸岩反应动力学性质、酸蚀裂缝导流能力的室内实验与在三个油气田的现场试验的研究表明,研发的强酸性环境下交联的稠化剂与交联剂,在国内外首次实现了交联时间与交联程度的控制,特别是在三个油气田现场进行的地面交联酸酸压技术的施工成功,标志着一项新型地面交联酸深度酸压工艺技术的形成;酸岩反应动力学比较实验显示地面交联酸的缓速性在同等条件下最为显著,其酸岩反应动力学特性在国内外的第一次表征,有助于实现造长缝的目的与酸压设计的优化;最先报道了地面交联酸的系列流变性实验,对地面交联酸机理的认识与应用起到了巨大的推动作用;目前还没有其它单位开展相同或类似的地面交联酸酸蚀裂缝导流能力的模拟试验,一定程度揭示了酸岩反应特性及相关因素对导流能力的影响。
本论文开展了上述方面的创新性工作,形成了新的地面交联酸深度酸压工艺技术。但在应用中遇到了一些实际困难,目前正在进行高价阳离子与工业盐酸中杂质影响交联机理的研究。