王明星，吳亞紅，孫海洋，陳盼盼，賈旭楠

(1.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834099； 2.中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249；3.中國石油長慶油田分公司，陜西 西安 710200； 4.國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津 300304)

0 引 言

碳酸鹽巖油氣藏采用酸化壓裂或復(fù)合酸化壓裂施工，酸與裂縫面的可溶礦物接觸，發(fā)生酸巖反應(yīng)，形成對裂縫面的刻蝕，酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力與酸化壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)和酸化壓裂效果緊密相關(guān)[1-4]。酸蝕裂縫導(dǎo)流能力取決于酸的不均勻刻蝕程度，酸與巖石在地層中的反應(yīng)是一個(gè)隨機(jī)過程，因此，酸蝕作用形成的裂縫導(dǎo)流能力很難預(yù)測。選擇合理的酸液體系和施工參數(shù)，形成長效高導(dǎo)流能力的不均勻酸蝕通道，可以大幅度地提高油井產(chǎn)能[5-6]。此次研究通過改變高溫膠凝酸、變黏酸和自轉(zhuǎn)向酸的體積分?jǐn)?shù)、用量、溫度、組合方式，進(jìn)行導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)，評價(jià)不同影響因素下酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的變化規(guī)律和導(dǎo)流能力保持率(在地層閉合壓力作用下，裂縫導(dǎo)流能力的剩余值與初始值的比值，稱之為導(dǎo)流能力保持率)，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化酸化壓裂的施工參數(shù)，為現(xiàn)場施工提供決策依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備為酸蝕裂縫導(dǎo)流儀，實(shí)驗(yàn)試劑主要為變黏酸、高溫膠凝酸和自轉(zhuǎn)向酸，實(shí)驗(yàn)巖板使用塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖的巖心制作。酸液體積分?jǐn)?shù)設(shè)置為10%、15%、20%、25%，用量設(shè)置為300、500、700、900、1 000 mL，溫度設(shè)置為60、80、100、120 ℃。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模阂皇窃u價(jià)不同酸液體積分?jǐn)?shù)、酸液用量和溫度條件下，變黏酸、高溫膠凝酸和自轉(zhuǎn)向酸的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的變化規(guī)律；二是評價(jià)2種酸在不同組合下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的變化規(guī)律(酸液體積分?jǐn)?shù)為20%，酸液用量各為250 mL)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 酸種類對酸蝕導(dǎo)流能力的影響

酸液注入速率為10 mL/min，酸液體積分?jǐn)?shù)為20 %，酸液用量均為1 000 mL，酸蝕導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可知：隨著閉合壓力的增加，3種酸液的酸蝕導(dǎo)流能力均逐漸降低，其中，高溫膠凝酸導(dǎo)流能力下降幅度最大，變黏酸下降幅度最小；在相同的閉合壓力下，高溫膠凝酸的導(dǎo)流能力保持率最低，變黏酸的導(dǎo)流能力保持率最高；盡管高溫膠凝酸導(dǎo)流能力保持率最低，但其導(dǎo)流能力始終高于變黏酸和自轉(zhuǎn)向酸。

觀察酸蝕后巖板表面的刻蝕情況可知(圖2)，3種酸液體系對巖板刻蝕程度明顯不同，高溫膠凝酸不均勻刻蝕程度較強(qiáng)，自轉(zhuǎn)向酸和變黏酸不均勻刻蝕程度較弱。

圖1 不同酸液種類對酸蝕導(dǎo)流能力的影響

2.2 酸液體積分?jǐn)?shù)對巖板導(dǎo)流能力的影響

酸液體積分?jǐn)?shù)分別為10%、15%、20%、25%，酸液用量均為1 000 mL，注入速率為10 mL/min，評價(jià)酸液體積分?jǐn)?shù)對巖板導(dǎo)流能力的影響(圖3)。由圖3可知：隨著酸液體積分?jǐn)?shù)的增加，3種酸液的酸蝕導(dǎo)流能力均增加；隨閉合壓力升高，3種酸液的酸蝕導(dǎo)流能力均逐漸下降。其主要原因是隨著酸液體積分?jǐn)?shù)增加，溶蝕能力越強(qiáng)，增加了酸液對巖石礦物的溶解量以及不均勻刻蝕程度，同時(shí)，酸液黏度也隨著酸液體積分?jǐn)?shù)增加而增加，降低了酸液的濾失量；酸液體積分?jǐn)?shù)增加，降低了酸巖反應(yīng)速度，有利于長時(shí)間保持酸液中的有效成分，酸液向地層深部穿透，增加了有效作用距離?？傊?，酸液體積分?jǐn)?shù)的增加，提高了酸液的作用效果和酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力[7-9]。

觀察不同體積分?jǐn)?shù)的3種酸液酸蝕后的巖板(圖2)可知：隨酸液體積分?jǐn)?shù)的增加，巖板表面的不均勻刻蝕程度越來越明顯；相同體積分?jǐn)?shù)下，高溫膠凝酸的不均勻刻蝕程度最強(qiáng)，自轉(zhuǎn)向酸其次，變黏酸最弱。巖板的刻蝕程度與酸蝕裂縫導(dǎo)流能力有較強(qiáng)的正相關(guān)性，巖板的刻蝕程度越強(qiáng)，導(dǎo)流能力越高。

由圖3a可知，變黏酸的導(dǎo)流能力保持率與其體積分?jǐn)?shù)并不是完全呈現(xiàn)一一對應(yīng)關(guān)系，不同體積分?jǐn)?shù)的導(dǎo)流能力保持率曲線出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，這是由于不同體積分?jǐn)?shù)的變黏酸的刻蝕程度不同，刻蝕的強(qiáng)度、深淺和均勻性等導(dǎo)致其支撐裂縫的能力也不同，在高閉合壓力作用下，導(dǎo)流能力的下降幅度受這幾種因素的共同作用，沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。但總的來看，變黏酸體積分?jǐn)?shù)在15%和20%時(shí)，導(dǎo)流能力的保持率較高[10-12]。由圖3b可知，高溫膠凝酸體積分?jǐn)?shù)在20%和25%時(shí)，導(dǎo)流能力保持率最大[13-15]。由圖3c可知，在閉合壓力小于80 MPa時(shí)，自轉(zhuǎn)向酸體積分?jǐn)?shù)為15%時(shí)的導(dǎo)流能力保持率最高，閉合壓力達(dá)到90 MPa時(shí)，酸液體積分?jǐn)?shù)為20%時(shí)的導(dǎo)流能力保持率最高。這是由于自轉(zhuǎn)向酸作用機(jī)理所致，隨注入量和注入壓力增加，表現(xiàn)出了明顯的變黏增壓轉(zhuǎn)向作用，從而更加有效地改造非均質(zhì)儲(chǔ)層[16-19]。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本，推薦最佳酸液體積分?jǐn)?shù)為15%～20%。

圖2 巖板酸蝕實(shí)驗(yàn)(從左至右酸液體積分?jǐn)?shù)分別為10%、15%、20%、25%)

2.3 酸液用量對酸蝕導(dǎo)流能力的影響

酸液注入速率為10 mL/min，酸液體積分?jǐn)?shù)為20%，酸液用量為300、500、700、900 mL，評價(jià)酸液用量對導(dǎo)流能力的影響(圖4)。由圖4可知：隨酸液用量的增加，酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力提高，這是由于酸液用量增加，增強(qiáng)了對裂縫壁面的刻蝕程度，從而提高了導(dǎo)流能力；隨閉合壓力的增加，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力大幅度下降。由圖4a、b可知，變黏酸和自轉(zhuǎn)向酸用量為900 mL時(shí)，酸蝕導(dǎo)流能力最大，但隨著閉合壓力增大，其下降幅度也是最大的。因此，在酸化壓裂設(shè)計(jì)時(shí)，變黏酸和自轉(zhuǎn)向酸的用量應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)層特征和酸化壓裂井段長度，考慮初始導(dǎo)流能力以及導(dǎo)流能力下降幅度等因素綜合優(yōu)化。由圖4c可知，高溫膠凝酸用量為900 mL時(shí)，酸蝕導(dǎo)流能力下降的幅度最小。因此，在考慮成本的情況下，應(yīng)盡可能增大高溫膠凝酸的用量，以獲得良好的增產(chǎn)效果。

2.4 溫度對酸蝕導(dǎo)流能力的影響

實(shí)驗(yàn)注入速率為10 mL/min，酸液用量為500 mL，溫度分別為60、80、100、120 ℃，研究溫度對導(dǎo)流能力的影響(圖5)。由圖5可知：溫度對酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響較大，不同酸的導(dǎo)流能力變化規(guī)律不同，高溫膠凝酸在80 ℃時(shí)導(dǎo)流能力最大，變黏酸和自轉(zhuǎn)向酸在100 ℃時(shí)的導(dǎo)流能力最大；低閉合壓力下，酸蝕導(dǎo)流能力越高，則在高閉合壓力下，其下降幅度也越大。

由圖5a可知：高溫膠凝酸在80 ℃時(shí)酸蝕導(dǎo)流能力最大，120 ℃時(shí)次之；隨著閉合壓力增大，酸蝕導(dǎo)流能力不斷下降，閉合壓力達(dá)到90 MPa時(shí)，無論是80 ℃還是120 ℃，導(dǎo)流能力仍能維持在4 μm2·cm左右，對酸蝕裂縫是比較理想的一個(gè)數(shù)值，說明高溫膠凝酸適合高溫高閉合壓力儲(chǔ)層的酸化壓裂施工。

圖3 不同酸液體積分?jǐn)?shù)對酸蝕導(dǎo)流能力的影響

由圖5b、c可知，不同溫度下變黏酸和自轉(zhuǎn)向酸的酸蝕導(dǎo)流能力變化規(guī)律相似。當(dāng)溫度為60 ℃時(shí)，導(dǎo)流能力較低，閉合壓力對導(dǎo)流能力的影響較?。粶囟壬?00 ℃時(shí)，酸蝕導(dǎo)流能力最大，繼續(xù)升高溫度，酸蝕導(dǎo)流能力下降。綜合分析可知，在一定范圍內(nèi)，溫度升高加快了酸巖反應(yīng)速度，有利于酸對巖板的溶蝕，提高了酸蝕導(dǎo)流能力。但溫度過高，酸巖反應(yīng)速度過快，導(dǎo)致巖板不均勻刻蝕程度嚴(yán)重，有效酸巖反應(yīng)距離縮短，反而不利于保持較高的導(dǎo)流能力。因此，變黏酸和自轉(zhuǎn)向酸適用溫度為100 ℃左右。

圖4 酸液用量對酸蝕導(dǎo)流能力的影響

2.5 組合酸對酸蝕導(dǎo)流能力的影響

實(shí)驗(yàn)注入速率為10 mL/min，酸液體積分?jǐn)?shù)為20%，每種酸液的用量為250 mL，評價(jià)組合酸對導(dǎo)流能力的影響(圖6)。由圖6可知，在相同閉合壓力下，組合酸酸蝕導(dǎo)流能力的大小順序依次為：高溫膠凝酸和自轉(zhuǎn)向酸組合、高溫膠凝酸和變黏酸組合、變黏酸和自轉(zhuǎn)向酸組合；組合酸導(dǎo)流能力介于高溫膠凝酸和變黏酸之間，偏向高溫膠凝酸一側(cè)。

圖5 不同溫度對酸蝕導(dǎo)流能力的影響

圖6 組合酸對酸蝕導(dǎo)流能力的影響

組合酸綜合了2種酸的優(yōu)點(diǎn)，不僅有利于保持較高的導(dǎo)流能力，還有利于維持較高的導(dǎo)流能力保持率，因此，采用交替注入組合酸的方式，可以獲得更高的導(dǎo)流能力，從而提高增產(chǎn)效果。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

根據(jù)3種長效酸對酸蝕導(dǎo)流能力變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)評價(jià)，在塔里木盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層開展了不同酸液體系的酸化壓裂施工現(xiàn)場應(yīng)用。針對不同儲(chǔ)層類型，采用相應(yīng)的液體體系，并對酸化壓裂施工參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

在塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層采用高溫膠凝酸施工的20口井，均獲得了良好的施工效果。以A井酸化壓裂施工為例，酸化壓裂目的層為奧陶系中下統(tǒng)鷹山組，酸化壓裂井段為6 687.94～6 780.00 m，近井地帶儲(chǔ)層發(fā)育及油氣顯示一般。該井酸化壓裂施工設(shè)計(jì)采用340 m3凍膠壓裂液和330 m3高溫膠凝酸進(jìn)行酸化壓裂，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)縫長為110.2 m，縫高為68.5 m，酸蝕縫長為92.7 m。

施工曲線表明，泵注前期地層順利壓開，泵注凍膠260 m3，壓力平穩(wěn)；正擠高溫膠凝酸295 m3，油壓為65.9～84.0 MPa，套壓為17.9～28.1 MPa，排量為5.4～6.0 m3/min。壓裂后數(shù)值模擬動(dòng)態(tài)縫長為129.7 m，縫高為69.3 m，酸蝕縫長為107.6 m，酸化壓裂施工參數(shù)合理，施工成功，表明采用的高溫膠凝酸液對地層酸蝕效果良好，為增產(chǎn)增儲(chǔ)提供了良好的技術(shù)保障[20]。

4 結(jié) 論

(1) 通過3種酸液的導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)評價(jià)和巖板刻蝕觀察，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力和酸蝕強(qiáng)度由強(qiáng)到弱依次為高溫膠凝酸、自轉(zhuǎn)向酸、變黏酸。高溫膠凝酸和自轉(zhuǎn)向酸形成的刻蝕紋理在巖板上分布均勻性較差，變黏酸形成的刻蝕紋理均勻性較好，有利于進(jìn)行深部酸化。

(2) 隨著酸液體積分?jǐn)?shù)增加，3種酸液的酸蝕導(dǎo)流能力和刻蝕程度均增加，酸液體積分?jǐn)?shù)在15%～20%時(shí)，酸蝕導(dǎo)流能力保持率最高。綜合考慮儲(chǔ)層特征和施工成本，酸化壓裂設(shè)計(jì)最優(yōu)體積分?jǐn)?shù)為15%～20%。

(3) 對變黏酸和自轉(zhuǎn)向酸，隨著酸液用量的增加，酸蝕導(dǎo)流能力也增大；隨著閉合壓力增大，酸液用量最大的，其下降幅度也最大。因此，在酸化壓裂設(shè)計(jì)時(shí)，酸液用量應(yīng)考慮初始導(dǎo)流能力以及導(dǎo)流能力下降幅度等因素進(jìn)行綜合優(yōu)化。高溫膠凝酸用量越大，酸蝕導(dǎo)流能力也越大，適合進(jìn)行大規(guī)模酸化壓裂施工。

(4) 隨溫度的升高，3種酸液的酸蝕導(dǎo)流能力總體是增大的；溫度對變黏酸和自轉(zhuǎn)向酸的酸蝕導(dǎo)流能力保持率的影響較??；高溫膠凝酸隨著溫度增加，酸蝕導(dǎo)流能力也增大，但在高閉合壓力作用下，其下降幅度也大。

(5) 高溫膠凝酸和自轉(zhuǎn)向酸組合，酸蝕導(dǎo)流能力最高，高溫膠凝酸和變黏酸組合，酸蝕的導(dǎo)流能力次之，變黏酸和自轉(zhuǎn)向酸酸蝕后的導(dǎo)流能力最低。對于裂縫發(fā)育的儲(chǔ)層可以采用高溫膠凝酸和自轉(zhuǎn)向酸的組合進(jìn)行酸化壓裂施工；對于基質(zhì)孔隙型儲(chǔ)層，可以采用高溫膠凝酸和變黏酸組合進(jìn)行酸化壓裂施工。

(6) 現(xiàn)場實(shí)例應(yīng)用高溫膠凝酸酸化壓裂施工，對地層的酸蝕效果較好，形成了高導(dǎo)流能力的裂縫，獲得了良好的酸化壓裂效果，為增產(chǎn)增儲(chǔ)提供了技術(shù)保障。