王洋

中國(guó)石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院

塔河油田碳酸鹽巖油藏儲(chǔ)集空間以天然裂縫、大洞穴和溶蝕孔洞為主，80%油井需要通過(guò)酸壓提高產(chǎn)能，酸蝕裂縫長(zhǎng)度直接影響酸壓效果的好壞。塔河碳酸鹽巖油藏酸壓過(guò)程中酸液極易形成酸蝕蚓孔并擴(kuò)大天然裂縫，既加劇了酸液濾失又降低了液體效率，嚴(yán)重制約了酸蝕裂縫長(zhǎng)度進(jìn)一步延伸，因此準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)塔河裂縫型儲(chǔ)層酸液濾失機(jī)理及影響因素是設(shè)計(jì)優(yōu)化的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)前置液濾失做了大量研究［1］， Panga等將酸蝕形態(tài)分為均一溶蝕、分支蚓孔、主導(dǎo)蚓孔、錐形蚓孔和面溶蝕5種模型，提出碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸蝕蚓孔形成是酸液擴(kuò)散作用和對(duì)流決定的［2］；Lzgec O等認(rèn)為酸液流動(dòng)主通道的形成受溶蝕孔縫分布影響［3］；郭建春等研究了存在酸蝕蚓孔的酸液濾失計(jì)算方法，將蚓孔內(nèi)的酸液濾失劃分為蚓孔中酸液體積擴(kuò)展濾失、蚓孔末端濾失以及沿蚓孔壁面濾失［4］。上述研究方法只分析了酸蝕蚓孔對(duì)酸液濾失的影響，缺乏天然裂縫對(duì)酸液濾失控制機(jī)理及影響因素研究。因此，針對(duì)塔河裂縫型儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育的實(shí)際情況，研制了酸蝕裂縫可視化濾失模擬評(píng)價(jià)儀，既實(shí)現(xiàn)了定量化研究天然裂縫對(duì)酸液濾失的影響，又直觀顯示試驗(yàn)結(jié)果，為塔河裂縫型儲(chǔ)層酸壓設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 可視化濾失儀

塔河裂縫型儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育，酸壓過(guò)程中酸液在天然裂縫中的濾失量較大［5-6］。自主研制了酸蝕裂縫可視化濾失模擬評(píng)價(jià)儀（圖1），主要由加壓系統(tǒng)、裂縫模擬系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)和排液系統(tǒng)組成。其中裂縫模擬系統(tǒng)利用專用切割工具，在大尺度地層巖心制成的碳酸鹽巖巖板上刻畫(huà)出多條寬度不同的網(wǎng)絡(luò)狀裂縫。裂縫尺度設(shè)計(jì)參照塔河裂縫型儲(chǔ)層天然裂縫寬度，能很好地模擬酸液的真實(shí)濾失情況。

1.2 巖板刻痕可視化模型的制作

塔河裂縫型儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育，具有密度大（＞20條/m）、尺度大（寬度1～3 mm為主）、角度大（中高角度裂縫發(fā)育）的特點(diǎn)，結(jié)合塔河裂縫型儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育情況，在由大尺度地層巖心制成的碳酸鹽巖巖石板上，用專用切割工具制作網(wǎng)狀裂縫模型，用以研究塔河地層天然裂縫組合條件下的酸液濾失機(jī)理及影響因素，如圖2所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)酸液選擇

為對(duì)比不同酸液類型對(duì)酸液濾失的影響，實(shí)驗(yàn)酸液選用膠凝酸和地面交聯(lián)酸，膠凝酸配方：20%HCl+0.7%膠凝劑+2%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑+1%破乳劑+1%助排劑；地面交聯(lián)酸配方：20%HCl+0.7%稠化劑+2%緩蝕劑+1%破乳劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑+2%交聯(lián)劑。

圖1 酸蝕裂縫可視化濾失模擬評(píng)價(jià)儀Fig.1 Visual filtration simulation and evaluation unit for acid etched fractures

圖2 網(wǎng)狀裂縫模型Fig.2 Fracture network model

1.4 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

塔河裂縫型儲(chǔ)層多采用多級(jí)交替注入酸壓工藝降低酸液濾失，提高液體效率和酸液作用距離，實(shí)現(xiàn)溝通裂縫遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體的目的。設(shè)計(jì)多級(jí)交替注入酸壓實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1，重點(diǎn)分析酸液類型、交替注入級(jí)數(shù)、前置液比例和注酸排量對(duì)酸液濾失的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 酸液類型的影響

采用膠凝酸與地面交聯(lián)酸，測(cè)試不同酸液對(duì)酸液濾失的影響。兩巖板每輪次注入1 PV前置液后切換為注酸2 PV，3輪次交替注入后停止，如圖3和圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：膠凝酸3級(jí)交替注入過(guò)程中呈現(xiàn)明顯的入口端效應(yīng)，酸液主要消耗在入口附近，入口端酸蝕縫寬明顯大于裂縫端部，且隨交替級(jí)數(shù)的增加，現(xiàn)象越明顯；膠凝酸在網(wǎng)絡(luò)裂縫中濾失存在明顯的選擇性，優(yōu)先選擇寬的主優(yōu)勢(shì)通道濾失，3 mm寬裂縫濾失量大，1 mm窄裂縫濾失量??；地面交聯(lián)酸酸巖反應(yīng)速度比膠凝酸低，酸蝕裂縫寬度比較均勻。因此，塔河裂縫型儲(chǔ)層多級(jí)交替注入酸壓應(yīng)選擇地面交聯(lián)酸，降低近井地帶的濾失和酸液消耗，實(shí)現(xiàn)深度酸壓的目的。

表1 塔河裂縫型儲(chǔ)層酸液濾失可視化實(shí)驗(yàn)方案Table 1 Visual test program of acidizing fluid filtration in Tahe fractured reservoir

圖3 膠凝酸三級(jí)交替注入酸壓Fig.3 3-stage alternative injection acid fracturing of gelling acid

圖4 地面交聯(lián)酸三級(jí)交替注入酸壓Fig.4 3-stage alternative injection acid fracturing of surface crosslinked acid

2.2 交替注入級(jí)數(shù)的影響

采用酸巖反應(yīng)速率較快的膠凝酸測(cè)試了1級(jí)、3級(jí)和5級(jí)交替注入級(jí)數(shù)對(duì)酸液濾失的影響，具體情況如圖5所示。注酸總量固定為6 PV，模擬注酸排量為4 m3/min，前置液注入量為每輪次注酸量的一半。由圖可知，隨交替注入級(jí)數(shù)的增加，酸液入口端效應(yīng)明顯減弱，多輪次前置液充填以及酸液的指進(jìn)現(xiàn)象都有利于減少酸液的損耗。同時(shí)隨著注入級(jí)數(shù)增加，酸液流經(jīng)裂縫條數(shù)減少，進(jìn)一步降低了酸液濾失，遠(yuǎn)處裂縫酸蝕效果明顯增強(qiáng)。交替注入級(jí)數(shù)越多，施工規(guī)模越大，現(xiàn)場(chǎng)操作越復(fù)雜，綜合考慮酸壓規(guī)模經(jīng)濟(jì)性及現(xiàn)場(chǎng)可操作性，建議塔河裂縫型儲(chǔ)層多級(jí)交替注入酸壓3～5級(jí)為優(yōu)。

圖5 不同交替注入級(jí)數(shù)對(duì)比Fig.5 Comparison between different alternative injection stages

2.3 前置液比例的影響

測(cè)試交替注入5級(jí)，前置液比例25%、40%和50%條件下不同前置液比例對(duì)酸液濾失的影響，注酸總量均為6 PV。如圖6所示，隨著前置液比例的增加，前置液進(jìn)入更多的天然裂縫系統(tǒng)進(jìn)行了有效的填堵，減少了酸液濾失，酸蝕裂縫的寬度和深度明顯增加，尤其是當(dāng)前置液比例達(dá)到50%時(shí)，酸蝕效果較前置液比例為40%時(shí)大幅提升，較高的前置液比例有利于酸液向地層深部流動(dòng)，建議塔河裂縫型儲(chǔ)層多級(jí)交替注入酸壓前置液比例50%。

圖6 前置液比例的影響Fig.6 Effect of prepad fluid proportion

2.4 注酸排量的影響

為探索注酸排量對(duì)酸液濾失的影響，控制注酸總量為6 PV，交替注入級(jí)數(shù)3級(jí)，設(shè)置3種不同的注酸排量（2 m3/min、4 m3/min、6 m3/min），進(jìn)行 3 組酸蝕裂縫酸液濾失實(shí)驗(yàn)。

低排量下酸液主要消耗在網(wǎng)絡(luò)裂縫的入口端［7］。從出口端裂縫寬度、深度變化百分比（如圖7所示）可看出，隨著注酸排量由2 m3/min提高至6 m3/min，遠(yuǎn)端裂縫酸蝕寬度和深度變化率明顯增加，尤其是當(dāng)注酸排量達(dá)到6 m3/min時(shí)，遠(yuǎn)端裂縫酸蝕深度變化率較4 m3/min提高40%，注酸排量越大，酸液近井濾失越小，更多的酸液將被推送到遠(yuǎn)端裂縫。因此為降低酸液近井濾失，在施工井口限壓條件下，應(yīng)盡可能提高注酸排量，增大裂縫遠(yuǎn)端刻蝕。

圖7 不同注酸速度下裂縫寬度變化Fig.7 Relationship of fracture width vs.acid injection rate

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

塔河油田躍進(jìn)區(qū)塊奧陶系油藏西部斜坡區(qū)天然裂縫極為發(fā)育，裂縫以構(gòu)造縫為主，其中80%為高角度裂縫。前期采用壓裂液+膠凝酸前置液酸壓工藝改造存在以下問(wèn)題：天然裂縫濾失明顯，酸壓液體效率比較低（18.5%），擬合的有效酸蝕縫長(zhǎng)比較短（平均長(zhǎng)度80 m）；壓后油井均表現(xiàn)為液面快速下降，自噴期短，累產(chǎn)低的特點(diǎn)，平均累產(chǎn)油1 000 t后即供液不足關(guān)井。

躍進(jìn)區(qū)塊西部斜坡YJX井奧陶系儲(chǔ)層埋深度為7 200 m，成像測(cè)井顯示改造層段天然裂縫發(fā)育，巖性為黃灰色泥晶灰?guī)r、含砂屑泥晶灰?guī)r、砂屑泥晶灰?guī)r、泥晶砂屑灰?guī)r。依據(jù)塔河裂縫型儲(chǔ)層酸液濾失可視化試驗(yàn)成果，YJX井以降低酸液濾失、提高液體效率、增大酸蝕縫長(zhǎng)為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)：優(yōu)選濾失量小、遠(yuǎn)端裂縫酸蝕能力強(qiáng)的地面交聯(lián)酸取代前期酸壓用膠凝酸體系；綜合考慮最佳裂縫半長(zhǎng)和施工成本因素，優(yōu)化施工規(guī)模900 m3，將前置液比例提升至50%，利用前置液對(duì)裂縫的充填作用進(jìn)一步降低濾失；采用3級(jí)交替注入酸壓工藝，大排量注酸提高遠(yuǎn)端裂縫酸蝕效果。

YJX井采用3級(jí)交替注入壓裂液+地面交聯(lián)酸酸壓工藝，現(xiàn)場(chǎng)注酸最大排量7 m3/min，最高泵壓91.2 MPa。壓后擬合結(jié)果表明，酸壓液體效率和酸蝕縫長(zhǎng)較鄰井增加明顯，其中酸壓液體效率提升15%，酸蝕縫長(zhǎng)增加35 m。壓后初期油壓20 MPa，日產(chǎn)油30 t/d，累產(chǎn)油1.5×104t，增油效果顯著。

4 結(jié)論及建議

（1）自行研制的酸蝕裂縫可視化濾失模擬評(píng)價(jià)儀采用網(wǎng)狀裂縫模型模擬塔河裂縫型儲(chǔ)層真實(shí)裂縫系統(tǒng)，能有效模擬酸液在裂縫型儲(chǔ)層中的濾失行為，從而為塔河裂縫型儲(chǔ)層酸壓設(shè)計(jì)優(yōu)化提供理論依據(jù)。

（2）塔河裂縫型儲(chǔ)層酸壓過(guò)程中酸液濾失嚴(yán)重，綜合采用地面交聯(lián)酸、3～5級(jí)交替注入酸壓工藝、增加前置液比例至50%充填天然裂縫和提高排量注酸等措施，能有效降低酸液在網(wǎng)絡(luò)裂縫中的濾失，提高酸壓液體效率，增大酸液穿透距離。

（3）建議采用CT掃描技術(shù)，結(jié)合數(shù)字化方法分析網(wǎng)狀裂縫表面形態(tài)在酸液濾失前后的變化情況，進(jìn)一步深入研究酸液在天然裂縫網(wǎng)絡(luò)中的濾失機(jī)理。

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