閉合酸壓技術在川東北氣田的研究與應用

屈 靜 林立世 楊永華 張 磊 楊衍東

(中國石化西南油氣分公司工程技術研究院)

閉合酸壓技術在川東北氣田的研究與應用

屈 靜 林立世 楊永華 張 磊 楊衍東

(中國石化西南油氣分公司工程技術研究院)

酸壓改造是川東北地區(qū)海相碳酸鹽巖儲層增儲上產的重要手段。川東北海相碳酸鹽巖儲層具有的埋藏深、溫度高、非均質性強、低孔低滲、部分地區(qū)高含硫等特點,使實施儲層改造措施面臨大量技術難題。為此,選用該地區(qū)儲層巖心進行室內試驗,優(yōu)選出適合該地區(qū)的膠凝酸酸液體系;從實際情況出發(fā),結合儲層的具體特征,優(yōu)選出適合該地區(qū)的閉合酸化工藝;并以一口典型井為例,證實了優(yōu)選出的酸液體系及酸化工藝在該地區(qū)具有較好的適應性。圖 4表 4參 6

碳酸鹽巖 膠凝酸 閉合酸壓

0 引言

川東北區(qū)塊主要包括宣漢—達縣、通南巴、南江、巴中、涪陵—綦江、天堂壩等地區(qū),在二疊系、三疊系和侏羅系地層中含有豐富的天然氣資源,是四川盆地五大含氣區(qū)之一。二疊系、中下三疊統(tǒng)地層為海相沉積,巖性以碳酸鹽巖為主。海相碳酸鹽巖儲層的孔隙度和滲透率普遍較低,屬于低孔滲致密儲層,非均質性較強,高含硫,部分地區(qū)儲層高溫高壓。

針對川東北海相碳酸鹽巖儲層的特點,采用膠凝酸閉合酸壓工藝技術,取得了良好的增產效果。

1 閉合酸壓機理概述

目前,碳酸鹽巖儲層酸化改造主要形成和發(fā)展了基質酸化和壓裂酸化 (簡稱酸壓)兩大類工藝技術。閉合酸壓工藝是酸壓工藝中的一種特殊工藝。

閉合酸壓的原理是在注入酸液后降壓,讓裂縫閉合,在低于開啟裂縫的壓力下將酸液注入到已存在的“閉合”裂縫中,酸液在裂縫面之間產生溶蝕孔洞,這些溶蝕孔洞構成了地層流體流入井眼的通道。酸液在裂縫壁面上進一步刻蝕成較深的溝槽,即使在高的閉合應力條件下,酸蝕裂縫也能保持較高的導流能力。

閉合酸壓的優(yōu)點:

(1)因為酸液基本上處于自由流動而不象常規(guī)酸壓那樣被迫流動,所以,絕大多數酸液都流入酸蝕能力高的區(qū)域或滲透率高的區(qū)域,有利于提高酸液的利用效率。

(2)容易在近井地帶形成導流能力特別高的酸蝕裂縫,減少了未溶蝕顆粒、有機雜質、粘土等阻塞地層的可能性。

2 閉合酸壓技術關鍵

2.1 酸壓工藝和酸液體系的選擇

川東北海相碳酸鹽巖儲層普遍埋藏較深,地質情況較為復雜,對酸化工藝和酸液體系的要求較高。在酸化工藝和酸液體系選擇上做了以下考慮:①儲層埋藏深(>4000m),為利于壓開地層,需采用降阻酸體系以降低摩阻和施工壓力;②地層溫度高 (>120℃),酸液必須有高溫條件下的緩蝕、緩速性能;③儲層溶蝕孔洞、裂縫發(fā)育,易形成酸蝕溶孔,酸液濾失嚴重。必須降低酸液的濾失,以獲取較長的有效酸蝕裂縫,盡量溝通天然裂縫系統(tǒng);④地層閉合應力較大 (>60MPa)酸化壓裂施工后裂縫重新閉合,有效酸蝕裂縫導流能力下降快,影響酸化效果,要求酸蝕裂縫必須具有高閉合壓力下的長期導流能力;⑤酸壓后殘酸返排困難,要求采用易返排的酸液體系。

由于此類氣藏儲集空間以基質孔隙和溶蝕孔洞為主,其次為裂縫,地層閉合應力較大,所以優(yōu)選閉合酸壓工藝,以滿足在高的閉合應力條件下,酸蝕裂縫也能保持較高的導流能力。

在酸液體系方面,采用河壩區(qū)塊的巖心和膠凝酸體系進行室內實驗,經過實驗證明采用的膠凝酸體系具備以下條件:①酸巖反應速度慢,酸液緩速率高達 76.28%;②巖屑酸溶蝕率高 (85.3%);③酸液腐蝕速度低(87.5 g/m2h);④高溫下鐵離子穩(wěn)定能力和配伍性能均較好。該膠凝酸主要性能指標見表1,流變性能測定數據見圖 1。

表1 膠凝酸主要性能

基于上述認識及室內實驗研究結果,酸液體系選擇了耐高溫的膠凝酸體系,利用膠凝酸體系的緩速性能提高酸液在裂縫內穿透距離,解除地層裂縫深處污染和堵塞,溝通遠端的天然裂縫。

圖1 酸液體系流變性能測定

2.2 酸壓施工規(guī)模的優(yōu)化

通過軟件對動態(tài)縫長、動態(tài)縫高、酸蝕縫長、平均縫寬和裂縫導流能力的綜合模擬,結合實際經濟狀況、儲層物性特征、儲層有效厚度和酸壓施工目的對酸壓規(guī)模進行優(yōu)化,再考慮深井、超深井施工在高泵壓、施工排量受限情況下設備能力的限制對酸壓規(guī)模作出相應的調整。

以河壩 2井飛仙關組 5105m～5112m儲層為例。根據河壩 2井飛仙關組儲層特征,本次酸壓施工規(guī)模優(yōu)化時,分別對 30m3～180m3工作液規(guī)模進行了模擬分析,模擬結果表明,較優(yōu)的酸壓規(guī)模為120m3左右。但由于本井有出水的風險,為避免溝通水層,應適當減小施工規(guī)模,故施工規(guī)模設計為90m3。酸壓模擬輸入主要參數見表 2,模擬結果見表 3、圖 2、圖 3。

表2 酸壓設計模擬主要輸入參數

表3 酸壓設計模擬結果 (排量 3.5m3/min)

圖2 河壩 2井飛仙關 (5105m～5112m)90m3酸壓規(guī)模裂縫形態(tài)圖

圖3 河壩 2井飛仙關 (5105 m～5112m)不同酸壓規(guī)模與酸蝕裂縫形態(tài)關系圖

2.3 酸壓施工排量的優(yōu)化

計算不同排量下的井口泵注壓力,根據儲層的地質情況和設備的實際情況選擇最優(yōu)的排量。以河壩 2井飛仙關組 5105m～5112m儲層為例。

對河壩 2井施工排量與井口施工壓力預測計算時,模擬改造層段的吸酸壓力梯度在 0.020MPa/m～0.026MPa/m左右,模擬排量為 1m3/min～4.5m3/min,施工壓力及排量預測計算見表 4。根據本井射孔后清水擠注情況估算本井層的吸酸壓力梯度約為 0.023MPa/m左右,則在限壓 95MPa下,預計施工排量可達到 3.5m3/min左右 (施工壓力90MPa左右 )。

表4 膠凝酸的施工壓力與排量預測

3 現場應用及效果分析

膠凝酸閉合酸壓工藝在河壩 2井進行了現場應用。河壩 2井是位于川東北通南巴構造帶河壩場西高點南翼的一口評價井,該井飛三段儲層巖石以灰?guī)r為主,儲層埋深 5105 m ～5112m,儲層溫度高達132℃,儲層壓力高達 108.9MPa,非均質性強,平均孔隙度 2.8%～5.4%,平均滲透率 0.186 mD～3.395mD,屬典型的高溫高壓低孔低滲儲層。

3.1 酸壓施工簡況

該井于 2008年 1月 21日順利實施了 90m3規(guī)模的前置酸 +膠凝酸閉合酸壓施工,施工排量 3m3/min～4m3/min,施工泵壓 70 MPa～80 MPa,入地液量 113m3,排液、放噴、求產期間累計排液 113m3,返排率 100%,施工曲線 (見圖 4)。酸壓后天然氣產量由酸壓前的 2.96×104m3/d(油壓 7.0MPa,套壓1.0MPa)增加到了 204×104m3/d(穩(wěn)定油壓44.02MPa),繼通南巴構造帶重點發(fā)現井—河壩 1井之后獲得了河壩場構造的又一口高產天然氣井。

圖4 河壩 2井飛仙關 (5105 m～5112m)酸壓施工曲線圖

3.2 酸壓施工效果分析

由施工后排液求產情況可見,施工達到了酸壓改造的目的。從壓前壓后產量對比分析,酸壓改造效果顯著,說明 90m3酸液規(guī)模形成的縫長和裂縫導流能力能夠滿足地層要求,閉合酸壓工藝對川東北探區(qū)具有較好的針對性,同時也證明膠凝酸達到了應有的緩速效果。施工排量達到了 4m3/min,達到了預計排量的最高值,說明采用的膠凝酸液體系具有較好的低摩阻性能。返排率 100%,說明該膠凝酸體系易返排。

4 結論與認識

(1)儲層地質條件好是酸壓施工的有利因素,但是還需結合科學的設計和優(yōu)質的施工才能取得成功。

(2)由室內實驗和施工效果可以看出,該膠凝酸酸液體系具有較好的緩速性能,能有效控制酸巖反應速度,提高裂縫穿透深度。

(3)該膠凝酸酸液體系具有較好的降摩阻效果,能夠滿足施工對排量的要求。

(4)酸壓施工后的返排率達到了 100%,說明該膠凝酸體系易返排。

(5)膠凝酸閉合酸壓工藝對川東北海相碳酸鹽巖儲層改造具有較好的針對性,建議推廣使用。

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APPLICATION OF CLOSED ACID FRACTURING TO NORTHEASTERN SICHUAN GASFIELD

QU Jing,LIN Lishi,YANG Yonghua,ZHANGLei and YANG Yandong(Research Institute of Engineering Technology,Sinopec SouthwestOil&Gas Company).

Acid fracturing is an important tool to increase reserves and production ofmarine carbonate rock reservoir in northeastern Sichuan Basin.The reservoir is characterized by deep bury,high temperature,strong heterogeneous,low porosity and permeability,and rich H2S in some areas.So,it's very hard to have a reservoir reconstruction in view of technology.In this study,to chose some cores obtained from the marine carbonate rock reservoir;and then to take gelling acid suited for this area as an acid fluid;thirdly to optimize closed acid-fracturing technique also suited for this area;at last to apply the optimized acid fluid and closed acid-fracturing technique to one well.A better result has been achieved.

carbonate rock,gelling acid,closed acid fracturing

屈靜,女,1982年出生,碩士,畢業(yè)于西南石油大學油氣田開發(fā)專業(yè);中國石化西南油氣分公司工程技術研究院科研設計人員,主要從事增產措施工藝技術研究。地址:(618000)四川省德陽市龍泉山北路 298號中石化西南油氣分公司工程技術研究院酸化壓裂技術中心。電話:(0838)2553127,15983811659。E-mail:jingzhi200058@163.com

NATURALGAS EXPLORAT ION&DEVELOPMENT.v.33,no.2,pp.47-50,4/25/2010

(修改回稿日期 2009-06-16 編輯 文敏)