李國鋒，劉洪升，張國寶，張大慶，王穩(wěn)桃，張曉英

(1.中原油田分公司采油工程技術研究院，河南濮陽457001;2.河南省科學院高新技術研究中心，河南鄭州 450002)

ZD－10暫堵劑性能研究及其在普光氣田酸壓中的應用

李國鋒1，劉洪升1，張國寶2，張大慶1，王穩(wěn)桃1，張曉英1

(1.中原油田分公司采油工程技術研究院，河南濮陽457001;2.河南省科學院高新技術研究中心，河南鄭州 450002)

研究了ZD－10酸壓暫堵劑的作用機理與使用性能，并在普光氣田304－1井酸壓施工中進行了試驗應用。試驗結果證實:該暫堵劑具有懸浮穩(wěn)定性能好，對地層封堵后形成的突破壓力高、封堵能力強，經(jīng)殘酸解堵后滲透性恢復率高等特點。經(jīng)在普光氣田304－1井酸壓施工的試驗應用，有效地實現(xiàn)了暫堵和酸壓轉向作用，取得了日產(chǎn)天然氣30.58×104m3的良好效果。

酸壓;長井段 ;暫堵劑;封堵 ;滲透率

Abstract:The mechanism and performance of ZD－10pressure temporary plugging are studied，the acid pressure testing application in puguang gas field 304－1well are researched.The result shows the temporary plugging has good suspended stable performance，high breakthrough pressure to formation plug，strong sealing capacity，higher recovery rate after residual acid solution plugging premeabilty et al.After testing application in paguang gas 304－1well acid pressure construction，the streering role of temporary plugging and acid pressure are implement effectively，abtains the nissan gas 30.58 ×104m3.

Key words:acid pressure;long interval;temporary plugging;plugging;permeability

普光氣田天然氣藏屬超長井段、非均質性儲層。在統(tǒng)計的40口氣井中，儲層平均厚度324.1m。縱向分布上，Ⅰ類儲層比例占射孔厚度的4.0～18.2%，Ⅱ、Ⅲ類儲層占射孔厚度的96% ～81.8%。在長井段、非均質性儲層酸壓施工過程中，由于儲層縱向剖面上的物性差異，工作液主要進入高滲層，而低滲層難以得到有效的改造，因而使得儲層生產(chǎn)剖面改造程度低，酸壓效果差。暫堵劑的作用是在酸壓施工的初期階段通過堵塞效應，降低高滲層的吸液能力，使酸液發(fā)生轉向進入低滲層，提高儲層縱向生產(chǎn)剖面的改造程度和工藝效果。

目前，國內外所使用的酸化/酸壓暫堵劑主要有用于油井和注水井的固體顆粒狀暫堵劑[1－5]、有機凍膠類暫堵劑[6－8]以及泡沫類暫堵劑[9－10]等，其中以固體顆粒狀暫堵劑為主。在酸化/酸壓后排液過程中，該類暫堵劑可逐漸被地下流體溶解，使高滲層滲透率得到恢復，從而達到改善長井段儲層生產(chǎn)剖面滲流能力和提高整體酸化效果的目的。而在氣藏酸化/酸壓改造過程中，有關暫堵劑的研究及應用報告較少。由于氣藏儲層流體的特殊性，應用常規(guī)固體顆粒狀暫堵劑因在施工后排液過程中無法解堵易造成堵塞傷害，影響工藝效果。對此，本文研制了一種適用于氣藏暫堵酸壓改造的熱熔性有機物涂覆膜包裹固體顆粒型溫控暫堵劑，在氣藏酸壓施工應用中既能起到暫堵高滲層的作用，又可在地層溫度條件下依靠返排液中的殘酸達到溶解解堵的目的。配合現(xiàn)場多級注入施工工藝，在普光氣田深層、高溫、長井段304－1井酸壓施工中取得了良好的工藝效果。

1 ZD－10酸壓暫堵劑組成與作用機理

1.1 產(chǎn)品組成

ZD－10酸壓暫堵劑是在沸騰式制粒干燥機中通過霧化噴涂作用制成的一種物理形狀類似于微膠囊類型的微細固體顆粒。其外包裹材料是由石油樹脂和地蠟按1∶1～1∶2的比例(質量比)配制的復合物，占產(chǎn)品質量的20%;內部材料是由酸溶性組分碳酸鈣和水溶性組分無機鹽組成的固體顆粒，占產(chǎn)品質量的80%。

1.2 作用原理

在長井段酸壓施工過程中，首先注入前置液和酸液改造高滲層，然后注入含有暫堵劑的懸浮暫堵液。根據(jù)流體向阻力最小方向流動的原則，暫堵劑顆粒在懸浮液的攜帶下沿井筒首先進入高滲層，對地層中的大孔道、原生裂縫、水力裂縫壁面以及炮眼處產(chǎn)生濾餅橋堵效應，使得壓力升高，高滲層進液困難，促使井筒吸液剖面發(fā)生變化。當繼續(xù)注入后續(xù)工作液時，流體將發(fā)生轉向流動，從而進入物性較差的高應力區(qū)儲層，使低滲層得到改造。由于暫堵劑外包裹材料所特有的酸不溶性能和水不溶性能，并且同時因前置液和酸液進入地層后的冷卻作用，使暫堵劑在施工過程中能夠保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)，達到有效改造整體儲層生產(chǎn)剖面的目的。

在施工后排液過程中，包裹的涂覆膜材料依靠地層溫度的恢復逐步發(fā)生熔融變化，形成可流動性流體，內包裹的碳酸鈣和鹽類組分則分別溶于返排液中的殘酸和水，能夠順利返排出地面，對地層不產(chǎn)生污染影響。

2 ZD－10酸壓暫堵劑性能試驗

2.1 溶解性能

稱取約5.00 g暫堵劑樣品2份，分別置于裝有100 mL殘酸(經(jīng)酸—巖反應后pH值≤1.0，HCl質量濃度≥0.1mol/L)和懸浮液溶劑(活性水)的不銹鋼密封容器中，然后在一定溫度下恒溫8h，取出后趁熱用真空抽濾機進行過濾，再在105℃烘箱中烘至恒重，并按(1)式計算暫堵劑樣品的酸溶率。

式中:η——溶解率，%;

W1——溶解前暫堵劑質量，g;

W2——溶解后暫堵劑質量，g。

試驗結果證實:試驗溫度在80℃以下時，ZD－10酸壓暫堵劑在殘酸和懸浮液溶劑中的溶解率分別為26.7%和15.9%，其溶解率較低，說明包裹的涂覆膜材料對內部組分起到了良好的防護作用。隨著試驗溫度升高，包裹材料逐漸軟化，溶解率大幅度上升，在120℃下殘酸對暫堵劑的溶解率可達到99%以上(見圖1)。因此，酸壓后依靠殘酸液體可達到良好的解堵效果;另外，由于懸浮液溶劑僅可溶解暫堵劑中的無機鹽類組分，因而在施工期間有利于暫堵劑保持良好的封堵能力。

圖1 ZD－10暫堵劑溶解率與溫度的關系曲線

2.2 分散穩(wěn)定性能

ZD－10酸壓暫堵劑通過濃度為0.70%的羥丙級胍膠水溶液攜帶進入地層，然后起到封堵作用。試驗方法是:在攜帶液中按不同比例加入ZD－10酸壓暫堵劑，并攪拌均勻。然后取該懸浮液25 mL置于酸式滴定管中，記錄不同時間下析出原膠液的體積，并計算ZD－10酸壓暫堵劑的沉降率，以此評判ZD－10酸壓暫堵劑在羥丙級胍膠水溶液中的懸浮穩(wěn)定性。試驗結果表明，在濃度為0.70%的羥丙級胍膠水溶液中，當ZD－10酸壓暫堵劑含量在5% ～10%時，其在2h沉降率為2.0% ～12.6%(見圖2)。說明該懸浮液對ZD－10酸壓暫堵劑具有良好的懸浮性能，能夠保證現(xiàn)場施工過程中將暫堵劑順利攜帶進入地層。

圖2 ZD－10酸壓暫堵劑的懸浮穩(wěn)定性

2.3 巖芯封堵性能

2.3.1 突破壓力

突破壓力的大小反映了暫堵劑對巖心的封堵效果，是暫堵劑在多孔介質巖心中封堵后，應用均相流體進行驅替時達到突破封堵效應所需要的最大壓力。試驗選用不同滲透率的兩組人造巖芯在巖芯流動實驗儀上進行突破壓力測定。首先用地層水飽和巖芯，按0.5mL/min的流量驅替不同體積倍數(shù)的7%暫堵劑懸浮液。反應0.5h后，用地層水按原流速驅替巖心，當出口端排出第一滴液體時的進口端壓力即為暫堵劑的突破壓力。試驗結果證實:對不同滲透率的巖心，滲透率較低時，形成的突破壓力較大，說明封堵強度較大;同時，隨著暫堵劑懸浮液體積倍數(shù)的增加，初始階段突破壓力大幅度增大，而后增加幅度緩慢。其中滲透率在0.519～0.540 μm2的一組巖心，在暫堵劑懸浮液體積倍數(shù)為2.0倍時，其突破壓力梯度為29.1MPa/m;滲透率在0.960～0.985 μm2的一組巖心，在暫堵劑懸浮液體積倍數(shù)為3.0倍時，其突破壓力梯度為28.4MPa/m(見圖3)。因此可知，應用ZD－10酸化暫堵劑在注入一定體積倍數(shù)的條件下，可產(chǎn)生較高的突破壓力，對地層高滲系統(tǒng)形成有效的封堵。

圖3 暫堵劑懸浮液體積數(shù)對巖心突破壓力的影響

2.3.2 封堵率

封堵率反映了巖心封堵后相滲透率的降低程度，是衡量暫堵劑改變地層原始滲透率能力的重要指標。試驗步驟為:①首先用地層水飽和巖芯，并測定其滲透率Kw1;②注入7%暫堵劑懸浮液3PV，反應0.5h;③用地層水驅替封堵后的巖心，測定其驅替不同PV時的滲透率Kw2，并計算封堵率。試驗結果證實:對封堵后的巖心在驅替1PV時，封堵率達到了99.2%，驅替20 PV時，封堵率僅下降了5.2%(見圖4)。說明ZD－10酸化暫堵劑不僅對巖心孔隙具有良好的封堵效果，同時具有較強的耐沖刷能力。

圖4 暫堵劑的封堵效率

2.4 解堵效果

施工過程中暫堵的高滲層滲透性的恢復依靠于排液時殘酸液體對ZD－10酸壓暫堵劑的溶解作用。室內試驗評價步驟如下:①將一組飛仙關—長興組巖心處理后用地層水飽和，應用巖芯流動實驗儀在110℃下測定其正向滲透率Kw1;②反向注入7%暫堵劑懸浮液3PV，反應0.5h;③在110℃下正向注入3PV的殘酸液(20%HCl原始酸液經(jīng)酸—巖反應后，其pH值≤1.0，HCl的質量濃度≥0.1mol/L)，并反應0.5h;④在一定流量下用地層水正向驅替至流量穩(wěn)定后，測定其驅替滲透率Kw2，并計算解堵率。

試驗結果證實:在地層溫度條件下，通過酸化后殘酸返排液的作用，可以對暫堵劑以及儲層中的灰?guī)r組分進行有效的溶解，不僅能夠恢復儲層原始滲透性，同時使?jié)B透性得到提高，試驗巖心滲透性平均恢復率達到了111.7%(見表1)。

表1 巖心解堵后滲透性恢復率試驗數(shù)據(jù)

3 在304－1井酸壓施工中的試驗應用

3.1 ZD－10酸壓暫堵劑試驗應用的設計思路

普光304－1井主力含氣層段飛仙關—長興組射孔井段5579.4 ～5818.8m，跨度239.4m，有效厚度195.1m，共28層。其中Ⅰ類氣層9.6m/3層，Ⅱ類氣層33.5m/10層，Ⅲ類氣層 153.1m/16層。針對儲層縱向分布情況，首先應用膠凝酸改造物性較好的Ⅰ類氣層，然后注入暫堵劑濃度為10%的暫堵液4.0m3，再繼續(xù)注入膠凝酸改造Ⅱ、Ⅲ類儲層。

3.2 ZD－10酸壓暫堵劑試驗應用情況

圖5 暫堵劑對施工壓力影響情況

在注入膠凝酸40m3，高黏前置液30m3后，低排量注入暫堵液4.0m3。然后注入前置液130m3，膠凝酸360m3，頂替液29.6m3。圖5為暫堵劑對施工壓力的影響情況。在4.1m3/min的施工排量下頂替暫堵劑懸浮液6.5min時，暫堵劑到達儲層孔眼部位，引起施工壓力發(fā)生大幅度變化，施工壓力在 0.5min內由53.0MPa上升到59.1MPa;隨著地層中暫堵劑含量的不斷增加，施工壓力在11min時升高至68.4MPa，相比暫堵前在同等排量下的注入壓力提高了15.4MPa。提高排量后在17min時壓力到達了73.2MPa，Ⅱ、Ⅲ類儲層相繼壓開，施工壓力降低。通過施工壓力曲線分析可知:暫堵劑進入地層后有效地屏蔽了高滲層的孔隙、裂隙體系，造成液體發(fā)生轉向作用，使Ⅰ類層被很好的暫時封堵，Ⅱ、Ⅲ類儲層得到有效的改造。

普光304－1井酸壓后關井反應2h，用Φ8mm氣嘴控制放噴，油壓由9.6MPa上升至35.6MPa，套壓由11.0MPa上升至24.1MPa，測試天然氣產(chǎn)量30.58 ×104m3/d，計算無阻流量 389.22 ×104m3/d。

4 結論

ZD－10酸化暫堵劑在羥丙級胍膠懸浮液中分散、穩(wěn)定性能好，有利于液體攜帶并輸送至酸壓封堵目的層;對地層封堵后形成的突破壓力高、封堵能力強，在儲層縱向分布非均質性嚴重的長井段氣藏的酸壓改造中，能夠有效地促進液體發(fā)生轉向流動，提高低滲儲層剖面的改造效果。在地層溫度條件下，ZD－10酸化暫堵劑能夠溶解于返排液殘酸中，因而在施工后投產(chǎn)過程中可使暫時封堵的高滲層滲透性逐步得到恢復，不會產(chǎn)生地層傷害。在普光氣田304－1井酸壓施工的試驗應用中，暫堵劑進入地層后有效地屏蔽了高滲層的孔洞、裂隙體系，使Ⅱ、Ⅲ類儲層得到有效地改造，現(xiàn)場取得了日產(chǎn)天然氣30.58×104m3的良好效果。

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Peformance Study of ZD－10Temporary P1ugging and Its App1ication in Puguang Gas Fie1d Acid Pressure Process

LI Guo－feng1，LIU Hong－sheng1，ZHANG Guo－bao2，ZHANG Da－qing1，WANG Wen－tao1，ZHANG Xiao－ying1
(1.Zhongyuan Oilfield Branch Production Engineering Institute of Technology ，Puyang 457001 ，China;2.High Technology Research Center of Henan Academy of Sciences，Zhengzhou 450002，China)

TE347

A

1003－3467(2012)05－0023－04

2012－02－13

國家重大專項(2008ZX05017－003)

李國鋒(1975－)，男，工程師，從事油氣田儲層改造技術研究工作，電話:(0393)4890157。