2.2無機(jī)礦物的酸蝕解堵效果

圖3為單組份酸作用下無機(jī)礦物溶蝕試驗(yàn)記錄，圖4為無機(jī)礦物溶蝕率。由圖4可知，氫氟酸對(duì)2種無機(jī)礦物樣品溶蝕效果最佳，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的氫氟酸對(duì)1號(hào)無機(jī)礦物樣品的溶蝕率最高達(dá)40.2%，平均為37.3%；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的氫氟酸對(duì)2號(hào)無機(jī)礦物樣品的溶蝕率最高達(dá)59.5%，平均為56.6%。這是由于氫氟酸專適用于硅質(zhì)物等砂巖地層的酸化，氫氟酸對(duì)無機(jī)礦物的溶蝕速度很快，但是這會(huì)導(dǎo)致酸液作用時(shí)間短、酸化距離近的缺點(diǎn)。鹽酸溶蝕無機(jī)礦物能力較氫氟酸弱、較乙酸溶蝕能力強(qiáng)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鹽酸對(duì)1號(hào)無機(jī)礦物樣品的溶蝕率最高達(dá)31.8%，平均為27.7%；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鹽酸對(duì)2號(hào)無機(jī)礦物樣品的溶蝕率最高達(dá)57.5%，平均為54.6%，可見鹽酸對(duì)無機(jī)礦物有較高的溶蝕率，且具有成本低、生成物可溶、氫離子濃度高的優(yōu)點(diǎn)。雖然乙酸較鹽酸與氫氟酸對(duì)無機(jī)礦物溶蝕率低的多，但是乙酸是有機(jī)酸，為弱酸，具有緩慢釋放氫離子的效果，具有緩速性起酸蝕緩速效果，可延長(zhǎng)酸液有效距離。

圖3單組份酸作用下無機(jī)礦物溶蝕試驗(yàn)

圖4單組份酸作用下無機(jī)礦物溶蝕率

通過單組份酸溶蝕試驗(yàn)，2種無機(jī)礦物樣品均呈現(xiàn)出酸液濃度越高溶蝕效果越好的趨勢(shì)，隨著酸液濃度逐漸增長(zhǎng)，溶蝕率增長(zhǎng)速率減緩。當(dāng)酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過12%時(shí)，無機(jī)礦物溶蝕效果變化不顯著。因此考慮酸液用量、價(jià)格、對(duì)煤基質(zhì)危險(xiǎn)污染性等因素，選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)的酸液溶蝕2種無機(jī)礦物樣品均為高性價(jià)比的選擇。

為了融合多種單組份酸的性能特點(diǎn)，多組分酸將鹽酸、氫氟酸、乙酸3種酸混合一起。如圖5所示，混合多組分酸液有效增強(qiáng)了無機(jī)礦物的溶蝕率，混合酸對(duì)1號(hào)樣品溶蝕率普遍在40%～60%，對(duì)2號(hào)樣品溶蝕率普遍在50%～80%。因此，選用多組分混合酸作為泡沫酸中起溶蝕效果的酸蝕劑效果更優(yōu)。綜合鹽酸與氫氟酸的高溶蝕能力，鹽酸提供高濃度氫離子以充分發(fā)揮氫氟酸強(qiáng)溶蝕能力與乙酸的緩速、緩蝕性能，由此確定了多組分酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，1號(hào)樣品選用乙酸、鹽酸、氫氟酸質(zhì)量比=2∶1∶1的復(fù)配酸液酸蝕效果最佳，對(duì)1號(hào)樣品溶蝕率最高可達(dá)69.1%，平均溶蝕率為61.7%；2號(hào)樣品選用乙酸、鹽酸、氫氟酸質(zhì)量比=1∶1∶1復(fù)配酸液酸蝕效果最佳，溶蝕率最高可達(dá)82.1%，平均溶蝕率為75.9%。

圖5多組份酸作用下無機(jī)礦物溶蝕率

采用ASAP2460全自動(dòng)比表面積與孔隙度分析儀測(cè)定采集無機(jī)礦物比表面積與孔隙體積。表3為多組分酸液酸蝕處理2種無機(jī)礦物前后測(cè)算結(jié)果。1號(hào)無機(jī)礦物酸蝕處理后比表面積增長(zhǎng)4.539倍，孔體積增長(zhǎng)約3.636 9倍；2號(hào)無機(jī)礦物酸蝕處理后比表面積增長(zhǎng)2.418 8倍，孔體積增長(zhǎng)2.457倍。因此酸蝕作用對(duì)無機(jī)礦物的溶蝕與解堵疏通作用顯著。

表3酸蝕前后無機(jī)礦物比表面積與孔體積

圖6為無機(jī)礦物樣品酸蝕前后電鏡掃描圖，1號(hào)樣品酸蝕前顆粒呈團(tuán)聚黏連狀，酸蝕后大多堆積體被處理削蝕為平滑平面，表觀形貌出現(xiàn)多處酸蝕蚓孔并有明顯的酸蝕裂縫，鑲嵌在表面的細(xì)粒形態(tài)微小顆粒可能為未被酸蝕的礦物質(zhì)。2號(hào)樣品表觀結(jié)構(gòu)似海綿網(wǎng)狀，酸蝕后多孔結(jié)構(gòu)形貌被處理為鱗片狀碎屑，出現(xiàn)少量的酸蝕微裂縫與微孔。酸蝕作用對(duì)2種樣品表觀形貌均有較大蝕刻改變。

圖6無機(jī)礦物樣品酸蝕前后電鏡掃描

酸洗低產(chǎn)井與煤層氣井的投產(chǎn)措施酸化壓裂一樣，既能一定程度解除堵塞物，也潛在著對(duì)儲(chǔ)層造成新傷害的危險(xiǎn)。經(jīng)檢測(cè)酸蝕后殘?jiān)饕煞譃槭ⅰ⒐杷岫}與方解石，均為對(duì)地層與煤層氣井管道無害的物質(zhì)。而殘留酸溶液中存在陽離子Ca2+、Al3+、Si4+、Fe2+、Fe3+、Na+，陰離子CH3COO?、F?、Cl?等，其中氟離子含量遠(yuǎn)低于國(guó)家關(guān)于礦井水的氟含量標(biāo)準(zhǔn)，因此殘酸液體對(duì)煤基質(zhì)的污染也是十分微小的。

3.泡排作用下無機(jī)礦物的攜帶運(yùn)移排出特性

常規(guī)土酸等混合酸用于解除低產(chǎn)煤層氣井近井地帶的損害，籠統(tǒng)酸化容易在高滲地層形成指進(jìn)效應(yīng)影響酸化效果。而泡排作用下的泡沫酸使用酸液作為連續(xù)相，以起泡劑生成的泡沫作為分散相，由于緩蝕效果好、潤(rùn)濕攜帶能力強(qiáng)、布酸均勻、氫離子傳遞速度慢、利于返排等諸多優(yōu)于常規(guī)酸液的特點(diǎn)，可有效達(dá)到深部酸化、提高酸化效率的目的。起泡劑作為表面活性劑中的一種，一方面能降低氣?液界面表面張力，容易形成泡沫分散體系，另一方面可降低無機(jī)礦物與液體表面接觸角，提高攜帶無機(jī)礦物表面的潤(rùn)濕性，促進(jìn)黏附在泡沫表面的懸浮無機(jī)礦物的攜帶運(yùn)移效果。

3.1試驗(yàn)方案

1)以1號(hào)無機(jī)礦物為例，在模擬井筒底部加入適量無機(jī)礦物和清水，并優(yōu)選酸蝕解堵劑溶液倒入無機(jī)礦物懸濁液中，以15 mL/min的速度從井筒底部持續(xù)注入N2。

2)向不同濃度酸蝕解堵劑溶液中分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%的3種常用表面活性劑劑QPJ-01(BS-12)、QPJ-02(APG)、QPJ-03(AEO)作為起泡劑進(jìn)行復(fù)配，觀察記錄起泡程度，泡排1 min后收集模擬井筒攜粉泡沫，稱量相同體積泡沫烘干后無機(jī)礦物含量，并采用粉塵形貌分散測(cè)試儀測(cè)算泡沫攜帶排出無機(jī)礦物粒徑。

3)當(dāng)泡沫充滿井筒高度后停止注氣，記錄泡沫高度衰減至一半所需要的時(shí)間，重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果取平均值。將優(yōu)選的起泡劑與酸液復(fù)配的解堵劑溶液進(jìn)行注氣泡排，注氣停止后在4、8、12 h收集量筒底部無機(jī)礦物量進(jìn)行稱重，測(cè)算不同溶蝕時(shí)間內(nèi)的溶蝕率。

4)重復(fù)步驟3)，待注氣泡排停止一段時(shí)間后進(jìn)行二次注氣，在4、8、12 h時(shí)測(cè)算無機(jī)礦物溶蝕率。