二元酸体系试剂在降低岩心破裂压力中的应用

1.本发明涉及有机化学中酸液复配、优选及石油工程压裂应用技术领域，具体涉及一种降低岩心破裂压力的化学剂的制备方法。


背景技术：

2.低渗油藏开发的方向主要是最大幅度提高单井产量，同时降低开发成本，提高低渗油藏的开发效益；酸压目前被广泛应用于油田开采，用来大幅度提高采收率；酸化既可以用于碳酸盐岩储层，又可以用于砂岩储层，但是砂岩储层的岩石矿物结构以及矿物的化学组成都要比碳酸盐岩更加复杂。固针对砂岩岩层的降低岩心破压剂制备显得尤为重要。


技术实现要素：

3.本文以(盐酸，乙酸，柠檬酸)为主要研究对象，对长庆油田的砂岩进行了酸化实验，研究了三元酸，二元酸和一元酸对力学性能的影响。结果表明：对于该研究区域，最明显的影响是二元酸(盐酸+乙酸)，有效降低了样品质量，单轴抗压强度和弹性模量。柠檬酸和镁促进无定形碳酸钙(acc)向高方解石的转化，形成白色沉淀。此外，通过扫描电子显微镜(sem)的定性分析，电感耦合等离子体发射光谱仪(icp
‑
oes)，并通过x射线衍射(xrd)，确定了砂岩力学性能的降解机理。
4.本发明的主要内容为所需材料以及配方和操作方法，质量配方如下：
5.表1酸液配比及浓度
6.7.本发明采用的复合材料为：盐酸(分析纯浓度30％)、乙酸(分析纯)、柠檬酸ac(分析纯)、去离子水。
8.本发明采用的操作方法为：将所需复合材料按照配方比例加入烧杯中，利用磁力搅拌器进行匀速搅拌，转速300r/min，持续时间20min，待搅拌均匀之后取出复合酸液加入广口瓶中，并将直径2.5cm、高5cm的岩心加入其中，瓶口涂抹凡士林进行封装。然后在常温(23℃)常压(标准大气压)下进行封装实验60天。
9.本发明的主要机理为：利用酸液与岩心中绿泥石、蒙脱石、高岭石以及长石进行化学反应，从而对岩心造成力学破坏，降低其破裂压力。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
11.本发明的主要解决了砂岩地层快速降低破裂压力的方法，还具有配方所需材料廉价易购买，所需制备方法简单易操作等特点，在将来的工民建以及地应力实验模拟方向可以大范围普及应用。
附图说明
12.图1是实施组与对照组的酸蚀前后形貌对比与质量对比，图1a为形貌对比，图1b为质量对比；
13.图2是实施组与对照组的力学性能分析与比表面积变化；图2a为力学性能分析，图2b为比表面积变化；
14.图3是实施组与对照组的sem分析图；其中图3a1
‑
3a9依次为空白组、表1中组别1
‑
7及沉淀物的sem照片，图3b1
‑
3b9依次为空白组、表1中组别1
‑
7及沉淀物的元素分析结果；
15.图4是实施组与对照组的icp
‑
oes分析图，图4a为酸蚀后溶液中各离子成分及其含量，图4b为酸蚀后溶液中钙离子浓度；
16.图5是实施组与对照组的xrd分析图，图5a为1
‑
4组，图5b为5
‑
9组，其中，1：三元酸实验组。2：盐酸+乙酸实验组。3：盐酸+柠檬酸实验组。4：乙酸+柠檬酸实验组。5：盐酸实验组。6：乙酸实验组。7：柠檬酸实验组。8：无酸液处理对照组。9：白色沉淀xrd表征图。
具体实施方式
17.下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述。
18.实施例1
19.将30％浓度的盐酸取83.25ml、乙酸24ml、去离子水213.75ml加入到磁力搅拌器中转速300r/min，持续时间20min，待搅拌均匀之后取出复合酸液加入广口瓶中，并将直径2.5cm、高5cm的岩心加入其中，瓶口涂抹凡士林进行封装。然后在常温(23℃)常压(标准大气压)下进行封装实验60天。
20.对比例1
21.将30％浓度的盐酸取83.25ml、乙酸24ml、柠檬酸4ml、去离子水138.75ml加入到磁力搅拌器中转速300r/min，持续时间20min，待搅拌均匀之后取出复合酸液加入广口瓶中，并将直径2.5cm、高5cm的岩心加入其中，瓶口涂抹凡士林进行封装。然后在常温(23℃)常压(标准大气压)下进行封装实验60天。
22.对比例2
23.将30％浓度的盐酸取83.25ml、去离子水166.75ml加入到磁力搅拌器中转速300r/min，持续时间20min，待搅拌均匀之后取出复合酸液加入广口瓶中，并将直径2.5cm、高5cm的岩心加入其中，瓶口涂抹凡士林进行封装。然后在常温(23℃)常压(标准大气压)下进行封装实验60天。
24.对比例3
25.将乙酸取24ml、去离子水226ml加入到磁力搅拌器中转速300r/min，持续时间20min，待搅拌均匀之后取出复合酸液加入广口瓶中，并将直径2.5cm、高5cm的岩心加入其中，瓶口涂抹凡士林进行封装。然后在常温(23℃)常压(标准大气压)下进行封装实验60天。
26.对比例4
27.将柠檬酸取4ml、去离子水222ml加入到磁力搅拌器中转速300r/min，持续时间20min，待搅拌均匀之后取出复合酸液加入广口瓶中，并将直径2.5cm、高5cm的岩心加入其中，瓶口涂抹凡士林进行封装。然后在常温(23℃)常压(标准大气压)下进行封装实验60天。
28.对比例5
29.将30％浓度的盐酸取83.25ml、柠檬酸4ml、去离子水213.75ml加入到磁力搅拌器中转速300r/min，持续时间20min，待搅拌均匀之后取出复合酸液加入广口瓶中，并将直径2.5cm、高5cm的岩心加入其中，瓶口涂抹凡士林进行封装。然后在常温(23℃)常压(标准大气压)下进行封装实验60天。
30.对比例6
31.将乙酸取24ml、柠檬酸4ml、去离子水218.75ml加入到磁力搅拌器中转速300r/min，持续时间20min，待搅拌均匀之后取出复合酸液加入广口瓶中，并将直径2.5cm、高5cm的岩心加入其中，瓶口涂抹凡士林进行封装。然后在常温(23℃)常压(标准大气压)下进行封装实验60天。
32.对比例7
33.将未进行任何酸液浸泡的岩心同样放在广口瓶中，然后在常温(23℃)常压(标准大气压)下进行封装实验60天。
34.本发明采用的力学性能测试方法为：将进行酸蚀实验后的样品利用三轴实验机进行三轴实验；本发明采用的酸蚀前后质量损失测量方法为：将进行酸蚀实验后的样品利用分析天平进行质量称量，得出酸蚀前后质量变化。
35.根据质量损失率计算方程
[0036][0037]
计算所有样品的质量损失率。质量损失最多的为对比组2，其次为实施组1，然后是对比组1、3、4、5、6。对比组3酸液颜色明显呈红褐色，由于酸液中h
+
与伊利石、绿泥石反应生成fe
2+
、进一步与氧气反应生成fe
3+
，乙酸与fe
3+
形成胶体，表现为红褐色；酸蚀反应充分证实：强酸存在情况下，不会生成沉淀，只会快速消耗ca
2+
，弱酸存在情况下会产生柠檬酸钙和乙酸钙沉淀，使的岩心内部被涨破(见图1)。
[0038]
针对酸蚀后的样品进行单轴抗压强度的测定，砂岩样品的应力
‑
应变曲线表现出三个典型阶段：压实，弹性和屈服(图2)。酸蚀后样品的强度和刚度显着小于未处理样品的强度和刚度。可以发现，不同酸蚀后样品的应力
‑
应变曲线均向下移动，与未处理样品相比，
压实阶段变得更长，弹性阶段变得更短，并且峰值载荷点处的应变值也不相同。实施组表现出最优效果，力学性能降低最多(见图2)。
[0039]
sem结果显示，实施组被酸液侵蚀效果最佳，且在含有柠檬酸存在的情况下，生成了图3a9的沉淀物质，故实施组为最优配比。
[0040]
元素分析表明(见图4)砂岩中的长石、云母和方解石在酸性溶液中与h
+
反应，说明本发明所用的砂岩矿物成分中伊利石与绿泥石在酸性溶液中与h
+
反应，比石英与酸性溶液的化学反应更明显。结果表明：砂岩破坏与侵泡液的酸度直接相关，就砂岩成分而言，包含高比例的粘土矿物(蒙脱石，伊利石，绿泥石等)，它们会随着水合作用和水分流失而膨胀和收缩，并结合结构裂缝和风化裂缝容易发展。且砂岩中占主导地位的三种粘土矿物都是硅酸盐矿物；本区块砂岩酸化适合盐酸与乙酸共同使用。
[0041]
xrd分析显示(图5)，对照组1
‑
4、6、7均表现出明显的绿泥石所对应峰强度的减小，证明酸液有效侵蚀了岩心；一元酸中对照组4剩余敏感矿物最少，但同时也生成了新的白色沉淀物质；二元酸中表现最好为对照组6，其次为5；针对白色沉淀物质，进行了同样xrd分析(图5中9)，在68
°
出现较明显的文石晶型的峰，证明析出晶体为碳酸钙晶体。xrd结果分析表明酸蚀效果最好的为实施组。
[0042]
本发明进行机理分析的时候采用的方法及机理为：结合力学性能分析、质量损失分析、sem
‑
eds、xrd以及icp
‑
oes分析。结果表明30％浓度的盐酸83.25ml、乙酸24ml、去离子水213.75ml为最优酸液破压剂。