復(fù)雜砂巖高效酸化技術(shù)先導(dǎo)性試驗

王明貴 張朝舉 王 萍

（中國石化集團西南石油局井下作業(yè)公司，四川德陽 618000）

川西須家河組砂巖氣藏儲層埋深3900~5200 m、溫度高（90~145 ℃）、微裂縫較發(fā)育，孔隙度2%~3%，滲透率（0.046~0.088）×10-3μm2，儲層主要為巖屑砂巖，巖屑石英砂巖、長石，膠結(jié)物以硅質(zhì)或泥質(zhì)為主，次為方解石、白云石，黏土礦物以速敏性伊利石和酸敏性綠泥石為主，酸敏感性中—強，常規(guī)酸化易造成傷害。因此酸液體系的選擇和配方的優(yōu)化是提高酸化效果的關(guān)鍵。

1 儲層改造存在的問題

（1）壓裂改造難度大，施工風(fēng)險高，增產(chǎn)效果不理想，在部分井層適應(yīng)性差。川西地區(qū)須家河組儲層經(jīng)歷了長期的構(gòu)造擠壓和縱向上強烈的壓實作用，致使氣藏儲層工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜，儲層巖性致密超致密，彈性模量高，破裂壓力梯度高，裂縫延伸困難，部分井還受井身結(jié)構(gòu)限制，不利于加砂壓裂。同時，儲層微裂縫較發(fā)育，埋深大，壓裂施工難度大，風(fēng)險高。

（2）常規(guī)酸液體系落后，酸化解堵效果差，酸液體系需要優(yōu)化。目前川西須家河組砂巖儲層酸化采用了兩種酸液體系：鹽酸+土酸和直接用鹽酸體系進行酸化作業(yè)。酸液體系存在如下主要缺點：①高溫下HF與黏土反應(yīng)速度非?？欤嵋捍蟛糠窒脑诰哺浇?，穿透距離短；②酸化產(chǎn)生的氟化物及硅質(zhì)沉淀會造成儲層永久性的傷害；③鹽酸對結(jié)晶石英溶解量少，對膠結(jié)物及鉆完井液固相物質(zhì)溶蝕性差，難以有效解除鉆完井、修井等過程中各種傷害，常規(guī)酸液體系已不適應(yīng)儲層改造的需要。

2 酸液配方優(yōu)化

2.1 儲層工程地質(zhì)特征對酸液性能的要求

考慮因素包括：（1）低孔滲。川西須家河組屬于特低孔、特低滲儲層，排驅(qū)壓力高（1.5~11.4 MPa），入井液易造成水鎖傷害。同時，酸化作業(yè)過程中易產(chǎn)生酸渣沉淀，可引起嚴(yán)重的固相沉淀傷害，酸液優(yōu)化時應(yīng)作為主要考慮因素。（2）黏土礦物。儲層黏土礦物以伊利石和酸敏性綠泥石為主，酸液應(yīng)具有很好的穩(wěn)鐵等能力。（3）裂縫發(fā)育。儲層微裂縫較發(fā)育，鉆完井過程中漏失鉆井液量可達(dá)46.8~786.7 m3以上，要求酸液解除鉆井液污染能力強。（4）巖石和膠結(jié)物。儲層以砂巖為骨架，以泥質(zhì)、硅質(zhì)為主要膠結(jié)物，同時有少量的鈣質(zhì)膠結(jié)物，酸液配方中既要有HF來較好地溶蝕硅質(zhì)、泥質(zhì)，又要有HCl來溶解鈣質(zhì)。

2.2 酸液配方優(yōu)化

2.2.1 酸型優(yōu)選 國內(nèi)外砂巖儲層主要酸液體系有鹽酸、土酸、SHF酸（連續(xù)氫氟酸）、高pH值緩速酸、氟硼酸及多氫酸［1-2］。其中，土酸體系對泥漿黏土礦物溶蝕能力強，但反應(yīng)快，對巖石骨架強度降低較大，酸化后二次傷害嚴(yán)重，只宜用于儲層污染嚴(yán)重的井段解堵；而鹽酸是為了在土酸前溶蝕鈣質(zhì)物，降低氟酸鹽沉淀的風(fēng)險，通常砂巖酸化中都要注入一定量的鹽酸。SHF酸液體系適宜于黏土含量高的儲層，但施工工藝復(fù)雜，現(xiàn)場應(yīng)用不方便；高pH值緩速酸體系主劑水解速度很難控制，注酸后關(guān)井時間很長，目前一般不使用該體系；氟硼酸體系反應(yīng)速度低于常規(guī)土酸，較適宜于水敏地層、疏松地層或液相損害為主的地層，可作為一種備選酸［3-4］，但根據(jù)酸巖流動實驗，氟硼酸對須家河組砂巖儲層酸化效果不理想。

多氫酸體系含有多個氫離子，具有緩慢釋放H+的特性，反應(yīng)速度是土酸的30%~50%左右，吸附能力較強、具有水濕性質(zhì) 、亞化學(xué)計量螯合特性，能很好地延緩/抑制近井地帶沉淀物的生成［5-6］，因此，選擇鹽酸和多氫酸作為川西須家河組砂巖儲層酸化的酸液。

2.2.2 酸濃度優(yōu)化

（1）鹽酸濃度優(yōu)化。如圖1，6%~12%的鹽酸對須二巖心溶蝕率變化不大，鹽酸濃度對溶蝕率影響較小，因此，選擇鹽酸濃度為6%~10%。

圖1 酸濃度與須二巖心溶蝕率關(guān)系

（2）多氫酸SA601濃度優(yōu)化。采用1%~7%的多氫酸SA601進行酸巖溶蝕實驗（圖1），巖心溶蝕率在15.2%~16.4%之間，巖心溶蝕率先升后降但相差不大，溶蝕率最大值在SA601加量為5%~7%之間。

（3）多氫酸SA701濃度優(yōu)化。采用1%~5%多氫酸SA701進行溶蝕實驗（圖1），隨著多氫酸濃度的增加，巖心溶蝕率也先升后降，酸液的溶蝕能力較強。根據(jù)實驗結(jié)果，多氫酸濃度在3%~5%較為合適。

2.2.3 主要添加劑優(yōu)選

（1）緩蝕劑優(yōu)選。對多種緩蝕劑進行了評價，在相同加量和實驗條件下，加有1.0%SA1-3緩蝕劑和1.0%WD-11緩蝕劑動態(tài)腐蝕速率最低，130 ℃時分別為24.7 g/（m2·h）和28.3 g/（m2·h），具有很好的緩蝕效果。

（2）黏土穩(wěn)定劑優(yōu)選。砂巖酸化過程中，酸液或殘酸與巖石中黏土礦物接觸時，除發(fā)生化學(xué)反應(yīng)外，還存在黏土礦物的水化膨脹。須家河組儲層黏土礦物普遍存在，為防止黏土水化膨脹，酸液中應(yīng)加入適量的黏土穩(wěn)定劑。對多種黏土穩(wěn)定劑進行了評價和篩選，其中，SA-18防膨效果較好，加量為1.0%和0.5%時防膨率分別為66.4%和57.1%。

（3）其他添加劑優(yōu)選。為進一步優(yōu)化酸液性能，優(yōu)選出了增強添加劑配伍性和降低酸液表面張力的互溶劑SA-19（加量4.5%），以及具有穩(wěn)定鐵離子、防止黏土膨脹等多種功能的復(fù)配添加劑SA-18（加量0.5%~1.0%），并在酸液加入無水乙醇進一步提高酸液的自排能力。

（4）酸液配方的確定。根據(jù)上述實驗結(jié)果和儲層地質(zhì)特點，初步確定的酸液配方如下。

前置酸配方：10%HCl+1%SA601+4.5%SAJ -3+ 1.0%SA-19+1%SA1-3 +5%C2H5OH+1%SA-18，其中鹽酸用量設(shè)計為12%以期能溶解鈣質(zhì)膠結(jié)物，加入SA601減少沉淀物的生成。

主體酸配方：6%HCl+6%SA601+5%SA701+ 4.5%SAJ-3+1.0%SA-19+1%SA1-3+5%C2H5OH+ 1%SA-18，加入SA701溶解硅質(zhì)及堵塞物質(zhì)，繼續(xù)加入SA701降低二次沉淀傷害。

后置酸配方：8%HCl+4.5%SAJ-3+1.0%SA-19 +5%C2H5OH+0.5%SA1-3+0.5%SA-18，把主體酸替入地層，并防止近井地帶二次沉淀傷害。

2.2.4 整體性能評價

（1）溶蝕能力。從巖心溶蝕實驗結(jié)果（表1）來看，多氫酸主體酸對巖心的溶蝕率在2%左右，酸液對巖石的溶蝕能力較弱，不會破壞骨架。而在120 ℃下多氫酸比土酸對巖心溶蝕率更高，原因是多氫酸液有較好防止酸渣沉淀的作用。溫度升高酸溶蝕率降低，也是由于反應(yīng)快產(chǎn)生酸化沉淀的原因。

表1 多氫酸、土酸對須二巖心溶蝕實驗結(jié)果（X3井須二4916~4943 m井段巖心）

從酸液對鉆井液溶蝕實驗來看，酸液對鉆井液溶蝕能力較強，前置酸、主體酸1 h對鉆井液的溶蝕率較土酸略高（表2）。

表2 酸液對新21-2H井現(xiàn)場鉆井液酸溶蝕實驗結(jié)果（反應(yīng)時間1 h，溫度90 ℃）

（2）腐蝕性能。以新場構(gòu)造須二為目的層，分別評價了酸液在130 ℃和120 ℃時動態(tài)腐蝕性，從實驗結(jié)果來看，酸液體系完全滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求（表3）。

表3 酸液高溫動態(tài)腐蝕性能（N80鋼片）評價結(jié)果

（3）鐵離子穩(wěn)定能力及表面張力。評價表明，酸液表面張力較低，易于酸化后排液，降低酸渣沉淀傷害地層的風(fēng)險。并且酸液也具有較好的鐵離子穩(wěn)定能力，能較好地穩(wěn)定酸化過程中產(chǎn)生的鐵離子（表4）。

表4 酸液表面張力及鐵離子穩(wěn)定能力評價結(jié)果

（4）巖心流動效果評價。根據(jù)酸化施工工序，進行巖心流動試驗，評價現(xiàn)場酸化過程中儲層滲透率演變情況，以最終確定酸化效果好的酸液配方。注液順序為：2%NH4Cl（測k0）→前置液→處理液→后置液→2%NH4Cl。

由實驗結(jié)果可見（表5），土酸流動實驗傷害明顯，采用氟硼酸酸化則難以保證酸化效果，而多氫酸酸化效果較好，能有效溶蝕擴大巖心孔喉。

表5 巖心（新3井巖心）酸化流動實驗結(jié)果

從以上整體性能評價結(jié)果可見，多氫酸酸液在高溫條件下動態(tài)腐蝕性弱，表面張力較低，并且對鉆井液溶蝕能力強，但對巖心溶蝕能力不強，不會對巖心骨架產(chǎn)生破壞；同時，酸液具有較高的穩(wěn)定鐵離子的能力，巖心流動實驗還表明多氫酸對于巖心滲透性有較明顯的改善作用，可見，優(yōu)選出的多氫酸非常適合須家河組砂巖儲層酸化作業(yè)。

3 酸化工藝優(yōu)化

3.1 施工參數(shù)優(yōu)化

（1）酸化規(guī)模。為了實現(xiàn)對近井地帶解堵，溶解地層巖石中填隙物和雜基，溝通可能存在的微裂縫等，國外一般以酸化半徑0.5~1.2 m確定酸化規(guī)模。根據(jù)川西須家河儲層微裂縫較發(fā)育、鉆井液漏失量較大的特點，以酸液流動前緣1.5 m（平均），平均酸化半徑0.8 m左右為原則進行規(guī)模設(shè)計。

（2）酸化排量優(yōu)化。根據(jù)國內(nèi)外砂巖酸化作業(yè)經(jīng)驗和相關(guān)理論研究成果，砂巖酸化應(yīng)是在不壓破地層的條件下，盡可能提高施工排量，以利于活性酸液向地層深部推進?？紤]管柱尺寸、液體摩阻大小、施工安全等因素，通過模擬計算推薦新場構(gòu)造須家河組儲層酸化排量為0.5~2 m3/min，大邑構(gòu)造酸化排量為1.5~4 m3/min。

3.2 工藝優(yōu)化

根據(jù)儲層特征來確定出幾種酸化工藝。

（1）針對巖性致密、可溶物含量相對較高儲層，采取的施工工藝為：注前置酸→注主體酸→注后置酸，并在前置液前增加一段氯化銨溶液。

（2）對于巖性高度致密，且鹽酸可溶物含量較低的儲層，注前置液時地層吸酸將較為困難，此時需要考慮前置酸和處理酸交替注入，即注液順序調(diào)整為：注前置酸→注主體酸→（注前置酸→注主體酸）…→注后置酸。

（3）針對鉆井液污染嚴(yán)重及重復(fù)酸化的井，采用2級或2級以上多級酸化工藝，注少量前置酸反應(yīng)10~20 min后將殘酸返排出井口，然后再注主體酸和后置酸。

（4）排液工藝優(yōu)化。對排液困難或排液速度慢的井，應(yīng)在酸化過程中拌注液氮或在酸化后采用液氮氣舉等措施加快排液。

4 現(xiàn)場試驗

4.1 施工情況

L116井是布置在新場構(gòu)造的一口探井，該井須四段（3950~3970 m）鉆進過程發(fā)現(xiàn)輕微漏失現(xiàn)象，儲層含水飽和度74%，鄰井產(chǎn)水；儲層孔隙度7%，滲透率為0.62×10-3μm2，鉆開液密度2.02 g/cm3，同層位鄰井為裂縫—孔隙型氣層，為盡可能避免溝通水層，并解除近井帶鉆井液的污染，通過優(yōu)選采用多氫酸進行了酸化作業(yè)。

該井采用?88.9 mm+?73 mm油管注入方式施工，施工工藝為：注前置酸（20 m3）→注主體酸（40 m3）→注后置酸（20 m3），實際注入地層酸量90.8 m3，酸化施工壓力68~85 MPa，施工排量0.8~1.95 m3/min。酸化最高施工壓力85 MPa，施工停泵壓力只有57.54 MPa，說明酸化施工達(dá)到了解除地層堵塞和改造地層的目的。

4.2 施工效果

從該井酸化作業(yè)吸酸指數(shù)變化曲線來看（圖2），地層吸酸能力逐漸增大，通過酸化有效解除了近井帶污染堵塞。該井酸化前射孔無阻流量1.9816×104m3/d，酸化后無阻流量12.33×104m3/d。截至2010年10月初，該井酸化后累計產(chǎn)氣638.4057×104m3，有效期已達(dá)26個月，酸化起到了明顯的增產(chǎn)效果。

圖2 L116井酸化施工吸酸指數(shù)曲線

5 結(jié)論與建議

基于川西須家河組儲層特點對酸液的要求，優(yōu)選出了一種高效酸液體系，它對巖心骨架溶蝕率較低，不會破壞巖石骨架，但對鉆井液又有較高的溶蝕率，可有效解除鉆井液污染；同時，酸酸有較好防止酸化沉淀的能力，酸化緩速性能好，穩(wěn)定鐵離子能力較強和較低的表面張力，非常適合川西高溫深層砂巖酸化改造的需要。

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