閉合酸壓技術(shù)在川東北氣田的研究與應(yīng)用

屈 靜 林立世 楊永華 張 磊 楊衍東

(中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院)

閉合酸壓技術(shù)在川東北氣田的研究與應(yīng)用

屈 靜 林立世 楊永華 張 磊 楊衍東

(中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院)

酸壓改造是川東北地區(qū)海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要手段。川東北海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有的埋藏深、溫度高、非均質(zhì)性強(qiáng)、低孔低滲、部分地區(qū)高含硫等特點(diǎn),使實(shí)施儲(chǔ)層改造措施面臨大量技術(shù)難題。為此,選用該地區(qū)儲(chǔ)層巖心進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),優(yōu)選出適合該地區(qū)的膠凝酸酸液體系;從實(shí)際情況出發(fā),結(jié)合儲(chǔ)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(shí)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(yīng)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(dá)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(chǔ)層的孔隙度和滲透率普遍較低,屬于低孔滲致密儲(chǔ)層,非均質(zhì)性較強(qiáng),高含硫,部分地區(qū)儲(chǔ)層高溫高壓。

針對(duì)川東北海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層的特點(diǎn),采用膠凝酸閉合酸壓工藝技術(shù),取得了良好的增產(chǎn)效果。

1 閉合酸壓機(jī)理概述

目前,碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸化改造主要形成和發(fā)展了基質(zhì)酸化和壓裂酸化 (簡(jiǎn)稱(chēng)酸壓)兩大類(lèi)工藝技術(shù)。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(kāi)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(chǎn)生溶蝕孔洞,這些溶蝕孔洞構(gòu)成了地層流體流入井眼的通道。酸液在裂縫壁面上進(jìn)一步刻蝕成較深的溝槽,即使在高的閉合應(yīng)力條件下,酸蝕裂縫也能保持較高的導(dǎo)流能力。

閉合酸壓的優(yōu)點(diǎn):

(1)因?yàn)樗嵋夯旧咸幱谧杂闪鲃?dòng)而不象常規(guī)酸壓那樣被迫流動(dòng),所以,絕大多數(shù)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(dǎo)流能力特別高的酸蝕裂縫,減少了未溶蝕顆粒、有機(jī)雜質(zhì)、粘土等阻塞地層的可能性。

2 閉合酸壓技術(shù)關(guān)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(chǔ)層普遍埋藏較深,地質(zhì)情況較為復(fù)雜,對(duì)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(chǔ)層埋藏深(>4000m),為利于壓開(kāi)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(chǔ)層溶蝕孔洞、裂縫發(fā)育,易形成酸蝕溶孔,酸液濾失嚴(yán)重。必須降低酸液的濾失,以獲取較長(zhǎng)的有效酸蝕裂縫,盡量溝通天然裂縫系統(tǒng);④地層閉合應(yīng)力較大 (>60MPa)酸化壓裂施工后裂縫重新閉合,有效酸蝕裂縫導(dǎo)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(zhǎng)期導(dǎo)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(lèi)氣藏儲(chǔ)集空間以基質(zhì)孔隙和溶蝕孔洞為主,其次為裂縫,地層閉合應(yīng)力較大,所以?xún)?yōu)選閉合酸壓工藝,以滿足在高的閉合應(yīng)力條件下,酸蝕裂縫也能保持較高的導(dǎo)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(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn),經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明采用的膠凝酸體系具備以下條件:①酸巖反應(yīng)速度慢,酸液緩速率高達(dá) 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(biāo)見(jiàn)表1,流變性能測(cè)定數(shù)據(jù)見(jiàn)圖 1。

表1 膠凝酸主要性能

基于上述認(rèn)識(shí)及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)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(nèi)穿透距離,解除地層裂縫深處污染和堵塞,溝通遠(yuǎn)端的天然裂縫。

圖1 酸液體系流變性能測(cè)定

2.2 酸壓施工規(guī)模的優(yōu)化

通過(guò)軟件對(duì)動(dòng)態(tài)縫長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)縫高、酸蝕縫長(zhǎng)、平均縫寬和裂縫導(dǎo)流能力的綜合模擬,結(jié)合實(shí)際經(jīng)濟(jì)狀況、儲(chǔ)層物性特征、儲(chǔ)層有效厚度和酸壓施工目的對(duì)酸壓規(guī)模進(jìn)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(shè)備能力的限制對(duì)酸壓規(guī)模作出相應(yīng)的調(diào)整。

以河壩 2井飛仙關(guān)組 5105m～5112m儲(chǔ)層為例。根據(jù)河壩 2井飛仙關(guān)組儲(chǔ)層特征,本次酸壓施工規(guī)模優(yōu)化時(shí),分別對(duì) 30m3～180m3工作液規(guī)模進(jìn)行了模擬分析,模擬結(jié)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(fēng)險(xiǎn),為避免溝通水層,應(yīng)適當(dāng)減小施工規(guī)模,故施工規(guī)模設(shè)計(jì)為90m3。酸壓模擬輸入主要參數(shù)見(jiàn)表 2,模擬結(jié)果見(jiàn)表 3、圖 2、圖 3。

表2 酸壓設(shè)計(jì)模擬主要輸入?yún)?shù)

表3 酸壓設(shè)計(jì)模擬結(jié)果 (排量 3.5m3/min)

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

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

2.3 酸壓施工排量的優(yōu)化

計(jì)算不同排量下的井口泵注壓力,根據(jù)儲(chǔ)層的地質(zhì)情況和設(shè)備的實(shí)際情況選擇最優(yōu)的排量。以河壩 2井飛仙關(guān)組 5105m～5112m儲(chǔ)層為例。

對(duì)河壩 2井施工排量與井口施工壓力預(yù)測(cè)計(jì)算時(shí),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(yù)測(cè)計(jì)算見(jiàn)表 4。根據(jù)本井射孔后清水?dāng)D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(yù)計(jì)施工排量可達(dá)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(yù)測(cè)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

膠凝酸閉合酸壓工藝在河壩 2井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。河壩 2井是位于川東北通南巴構(gòu)造帶河壩場(chǎng)西高點(diǎn)南翼的一口評(píng)價(jià)井,該井飛三段儲(chǔ)層巖石以灰?guī)r為主,儲(chǔ)層埋深 5105 m ～5112m,儲(chǔ)層溫度高達(dá)132℃,儲(chǔ)層壓力高達(dá) 108.9MPa,非均質(zhì)性強(qiáng),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(chǔ)層。

3.1 酸壓施工簡(jiǎn)況

該井于 2008年 1月 21日順利實(shí)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(chǎn)期間累計(jì)排液 113m3,返排率 100%,施工曲線 (見(jiàn)圖 4)。酸壓后天然氣產(chǎn)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(gòu)造帶重點(diǎn)發(fā)現(xiàn)井—河壩 1井之后獲得了河壩場(chǎng)構(gòu)造的又一口高產(chǎn)天然氣井。

圖4 河壩 2井飛仙關(guān) (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(chǎn)情況可見(jiàn),施工達(dá)到了酸壓改造的目的。從壓前壓后產(chǎn)量對(duì)比分析,酸壓改造效果顯著,說(shuō)明 90m3酸液規(guī)模形成的縫長(zhǎng)和裂縫導(dǎo)流能力能夠滿足地層要求,閉合酸壓工藝對(duì)川東北探區(qū)具有較好的針對(duì)性,同時(shí)也證明膠凝酸達(dá)到了應(yīng)有的緩速效果。施工排量達(dá)到了 4m3/min,達(dá)到了預(yù)計(jì)排量的最高值,說(shuō)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(shuō)明該膠凝酸體系易返排。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)儲(chǔ)層地質(zhì)條件好是酸壓施工的有利因素,但是還需結(jié)合科學(xué)的設(shè)計(jì)和優(yōu)質(zhì)的施工才能取得成功。

(2)由室內(nèi)實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(duì)排量的要求。

(4)酸壓施工后的返排率達(dá)到了 100%,說(shuō)明該膠凝酸體系易返排。

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

1 李穎川主編 .采油工程 [M].北京:石油工業(yè)出版社,2002.

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5 原勵(lì) .膠凝酸酸化技術(shù)在磨溪?dú)馓飸?yīng)用效果的認(rèn)識(shí)[J].石油與天然氣化工,2004,4(33):115-117.

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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(xué)油氣田開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè);中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院科研設(shè)計(jì)人員,主要從事增產(chǎn)措施工藝技術(shù)研究。地址:(618000)四川省德陽(yáng)市龍泉山北路 298號(hào)中石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院酸化壓裂技術(shù)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)