SM131复合酸体系在地热韩城1号井中的应用研究

魏晓，葛毓，薛超，麻银娟，张玉贵

（陕西省一三一煤田地质有限公司，陕西 韩城 715400）

0 引言

近年来，随着地热井施工越来越多，酸化解堵技术也逐渐应用到地热田开发领域。韩城市具有发展水热型地热能的资源优势和基础（其中碳酸盐岩热储因其出水量大、水温高、易于回灌的特点），成为了重点开采目标层，由于该区中深层地热井施工深度大，工艺复杂，投资大，风险也高，采用常规洗井及爆破无法保证地热井出水量，从而影响地热井单井产能及回灌量，进而影响到开发利用系统设计及项目经济效益。因此，地热井酸化酸液体系有待于进一步研究。

1 工程概况

1.1 地理位置

“地热韩城”1 号井位于韩城市北二环以北、东二环以西，目前供暖建筑面积5.3 万m2，包含看守所、武警中队、监管刑侦楼、消防队及执法监督中心等建筑。

1.2 施工概况

地热韩城1 号井一开于2018年10月21日15:00 使用φ444.5 mmPDC 钻头开钻，钻井循环液采用清水+土粉（低固相泥浆）。钻具结构为φ444.5 mmPDC 钻头+φ178.00 mm 钻铤+127.00 mm 方钻杆。二开于2018年10月30日17:00 开始透孔，之后使用φ222.20 mmPDC 钻头开钻，钻井循环液为低固相泥浆加聚合物体系。钻具结构为φ222.20 mmPDC 钻头+Lz172 直螺杆+159 钻铤+212 扶正器+方钻杆。三开于2018年11月28日22:30 三开钻具下钻，钻具结构为φ152 mmPDC 钻头+φ122 mm 螺杆+φ121 mm 钻铤+φ89 mm 加重钻杆钻进，钻井循环液采用清水循环钻井液，于2018年12月31日钻进至井深3315.60 m 完井，随后下泵洗井抽水。

2 复合酸体系（SM131） 设计

2.1 实验仪器及试剂

仪器：水浴锅，电子天平，烘箱，普通玻璃仪器。

试剂：SM131。

复合酸液：60%HCL（31%稀盐酸） +3%铁离子稳定剂+2%缓蚀剂。

其它：岩屑，岩样，N80 套管钢片，无水乙醇，铁离子稳定剂，膨润土，水和煤油等。

2.2 药剂配伍性

取盐酸、酸化缓蚀剂、铁离子稳定剂、防膨稳砂剂、助排剂、消泡剂，按上述比例混匀，溶液均匀无沉淀、无絮沉，药剂配伍性好。

2.3 岩样溶蚀实验

（1） 配制SM131 复合酸液：40%HCL（31%稀盐酸） +2%铁离子稳定剂+2%缓蚀剂1 000 g，分别倒入5 个广口瓶中各100 g 待用。

（2） 将岩心用分析天平称重3 次，每份5 g左右，置于上述所配溶液中，90 ℃水浴锅中反应4 h 后拿出，烘干称重，按下式计算溶蚀量和溶蚀率。

式中：R0为溶蚀率，%；m前为溶蚀前质量，g；m后为溶蚀后质量，g。

SM131 复合酸对现场岩样具有很好的溶蚀效果，溶蚀率84%～92%。室内岩样溶蚀率统计表见表1。

表1 室内岩样溶蚀率统计表Table 1 Statistical table of rock sample dissolution rate

溶蚀前岩样照片如图1所示。

图1 溶蚀前岩样照片Fig.1 Photograph of rock sample before dissolution

溶蚀后岩样照片如图2所示。

图2 溶蚀后岩样照片Fig.2 Photos of rock sample after dissolution

由图1和图2可以看出，溶蚀完毕后，岩石硬块变为碎屑，说明SM131 复合酸可以有效提高基质渗透率。

2.4 套管溶蚀实验

（1） 取40%HCL（31%稀盐酸） +2%铁离子稳定剂+2%缓蚀剂200 g 倒入广口瓶待用。

（2） 将N80 套管钢片用无水乙醇擦净后，分析天平称重3 次（精确至0.000 1 g），用细绳吊起，斜放在上述准备好的样品溶液中，置于90 ℃水浴锅中，4 h 后拿出，用无水乙醇将钢片擦净，称重，计算腐蚀速度。样品溶液对钢片腐蚀速度按下式计算：

式中：F 为腐蚀速度，g/m2·h；M前为钢片腐蚀前质量，g；M后为钢片腐蚀后质量，g。

N80 套管钢片在90 ℃的SM131 复合酸液中浸泡4 h 后，腐蚀速度＜1 g/m2·h，行业标准要求腐蚀速度＜5 g/m2·h。腐蚀速度越低，对管柱设备的保护能力越好，可延长套管、设备的使用寿命。套管腐蚀数据统计表见表2。

表2 套管腐蚀数据统计表Table 2 Statistical table of casing corrosion data

腐蚀后套管钢片如图3所示。铁离子稳定图片如图4所示。

图3 腐蚀后套管钢片Fig.3 Casing steel sheet after corrosion

图4 铁离子稳定图片Fig.4 Picture of Iron Ion Stabilization

2.5 铁离子稳定

取SM131 复合酸液于250 mL 烧杯中，加入一定量的FeCl3·6H2O（误差≤±0.00 5 g） （1 g 的FeCl3·6H2O 相当Fe3+含量为2 000 mg/L），FeCl3·H2O 全部溶解后，常温下静置1 h，观察有无沉淀产生。若无沉淀产生则为合格。套管腐蚀数据统计表见表3。

表3 套管腐蚀数据统计表Table 3 Statistical table of casing corrosion data

2.6 防膨和耐水洗性

（1） 取0.5 g 膨润土置于离心管中，加入10 mL 待测溶液，摇动混合均匀，静置2 h 后，1 500 r/min 离心15 min，读膨胀体积，同时做水和煤油的膨胀体积计算。计算公式如下：

（2） 将离心后离心管内的上层清液取出，加蒸馏水至10 mL，充分摇匀后静置2 h，1 500 r/min离心15 min，上述步骤重复2 遍后读膨胀体积，计算耐水洗率，计算式如下：

表4 防膨和耐洗数据数据统计表Table 4 Anti-swelling and anti-washing data statistical table

通过上述一系列室内试验，最终确定SM131复合酸液体系配方为：60%（31%HCL） +2%酸化缓蚀剂+3%铁离子稳定剂+2%防膨稳砂剂+0.5%助排剂+0.05%消泡剂，根据计算及数值模拟结果，酸液最优用量90 m3。

3 在1 号井中的成功应用

由于地热韩城1 号井三开抽水段为裸眼段成井，因此直接将酸化钻具下至主要含水层位置，封闭井口，具体酸化解堵施工过程如下：

（1） 首先下φ89 mm 钻杆通井至人工井底，核实人工井底数据。

（2） 起出φ89 mm 钻具，下水泵洗井，洗至水清砂净为合格。

（3） 按设计要求下酸化钻具，将钻具下至主要含水层，并连接地面注入管线及设备，清水试压25 MPa，不刺不漏为合格。

（4） 检查运酸车酸液90 m3（SM131 复合酸）。

（5） 打开闸门注入前置液16.0 m3，并观察并记录压力变化，确保井口、压力管线、水龙带等密封效果良好；之后关闭阀门，打开注酸管线阀门，连续挤酸90 m3。

（6） 进行酸化解堵，挤酸完后，注入顶替液15.0 m3，起出酸化管柱。

（7） 闷井4h，按设计下泵洗井生产。

（8） 酸化解堵结束后，开泵试抽，使用三角堰测量水量，产量比酸化前增加了2.28 倍，温度增加了8.3 ℃。

4 结论

（1） SM131 复合酸体系对1 号井岩样溶蚀率可达84%～92%，具有很好的防膨、抑砂功效，同时具有较高的铁离子稳定能力，能够预防产生套管壁铁锈等2 次沉淀。

（2） SM131 复合酸体系在地热韩城1 号井应用过程中，取得了良好效果，使其产量比酸化前增加了2.28 倍，井口水温增加了1.3 ℃。

（3） SM131 复合酸体系对碳酸盐岩热储层具有很好的酸化解堵作用，可作为同类型施工起到很好的借鉴作用。