2.2無機礦物的酸蝕解堵效果

圖3為單組份酸作用下無機礦物溶蝕試驗記錄，圖4為無機礦物溶蝕率。由圖4可知，氫氟酸對2種無機礦物樣品溶蝕效果最佳，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的氫氟酸對1號無機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2號無機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，氫氟酸對無機礦物的溶蝕速度很快，但是這會導(dǎo)致酸液作用時間短、酸化距離近的缺點。鹽酸溶蝕無機礦物能力較氫氟酸弱、較乙酸溶蝕能力強，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鹽酸對1號無機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2號無機礦物樣品的溶蝕率最高達(dá)57.5%，平均為54.6%，可見鹽酸對無機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。雖然乙酸較鹽酸與氫氟酸對無機礦物溶蝕率低的多，但是乙酸是有機酸，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，可延長酸液有效距離。

圖3單組份酸作用下無機礦物溶蝕試驗

圖4單組份酸作用下無機礦物溶蝕率

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

為了融合多種單組份酸的性能特點，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了無機礦物的溶蝕率，混合酸對1號樣品溶蝕率普遍在40%～60%，對2號樣品溶蝕率普遍在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，1號樣品選用乙酸、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1號樣品溶蝕率最高可達(dá)69.1%，平均溶蝕率為61.7%；2號樣品選用乙酸、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礦物溶蝕率

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

表3酸蝕前后無機礦物比表面積與孔體積

圖6為無機礦物樣品酸蝕前后電鏡掃描圖，1號樣品酸蝕前顆粒呈團聚黏連狀，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2種樣品表觀形貌均有較大蝕刻改變。

圖6無機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，也潛在著對儲層造成新傷害的危險。經(jīng)檢測酸蝕后殘渣主要成分為石英、硅酸二鈣與方解石，均為對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)低于國家關(guān)于礦井水的氟含量標(biāo)準(zhǔn)，因此殘酸液體對煤基質(zhì)的污染也是十分微小的。

3.泡排作用下無機礦物的攜帶運移排出特性

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、潤濕攜帶能力強、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，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礦物與液體表面接觸角，提高攜帶無機礦物表面的潤濕性，促進(jìn)黏附在泡沫表面的懸浮無機礦物的攜帶運移效果。

3.1試驗方案

1)以1號無機礦物為例，在模擬井筒底部加入適量無機礦物和清水，并優(yōu)選酸蝕解堵劑溶液倒入無機礦物懸濁液中，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礦物含量，并采用粉塵形貌分散測試儀測算泡沫攜帶排出無機礦物粒徑。

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間，重復(fù)試驗結(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收集量筒底部無機礦物量進(jìn)行稱重，測算不同溶蝕時間內(nèi)的溶蝕率。

4)重復(fù)步驟3)，待注氣泡排停止一段時間后進(jìn)行二次注氣，在4、8、12 h時測算無機礦物溶蝕率。