水溶性化學(xué)分流劑裂縫分流試驗(yàn)研究

劉 飛袁學(xué)芳劉 舉 高鵬宇

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610500；2.塔里木油田油氣工程研究院，塔里木 843300）

水溶性化學(xué)分流劑裂縫分流試驗(yàn)研究

劉 飛1袁學(xué)芳2劉 舉2高鵬宇1

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610500；2.塔里木油田油氣工程研究院，塔里木 843300）

裂縫性儲層注水井酸化增注作業(yè)中，由于裂縫發(fā)育、非均質(zhì)性強(qiáng)，難以均勻布酸，影響酸化效果，為此對SA-2水溶性分流劑溶解性能及其對裂縫性雙巖心的暫堵分流效果進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評價(jià)，并采用多元線性回歸方法分析了滲透率級差、驅(qū)替壓力、分流劑濃度、平均縫寬對分流液用量的影響。結(jié)果表明，SA-2能對寬度小于0.7mm的裂縫實(shí)現(xiàn)暫堵分流，分流指數(shù)在95%以上，驅(qū)替壓力、平均縫寬及分流劑濃度是影響分流液用量的主要因素。

裂縫性儲層；分流劑SA-2；注水井酸化；分流指數(shù)；多元回歸

酸液分流置放進(jìn)入各目的層段是決定基質(zhì)酸化效果的關(guān)鍵因素之一，只有將酸液有效泵注到需要酸化處理的目的層段，才可能獲得良好的酸化效果［1］。目前，已有很多分流工藝能實(shí)現(xiàn)酸液均勻置放，但是還沒有一種分流工藝適用于任何情形，特別是對于裂縫性儲層，由于裂縫發(fā)育，裂縫延伸長度和寬度都不均一，使得分流較難實(shí)現(xiàn)［2］。針對裂縫性儲層注水井酸化分流技術(shù)的難點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)評價(jià)了水溶性化學(xué)分流劑SA-2的溶解性能及其對雙巖芯裂縫的分流效果。

SA-2具有油不溶性、在水中溶解度很高、遇酸則變成顆粒的性質(zhì)，而不同的表面活性劑可以改變其粒徑大小及分布等。通過試驗(yàn)研究其油不溶性、酸不溶性和水溶性，測試不同表面活性劑下分流劑的粒徑大小及分布，實(shí)驗(yàn)評價(jià)不同分流劑濃度、實(shí)驗(yàn)溫度及表面活性劑類型對不同級差縫寬巖芯的暫堵分流效果，并采用多元回歸方法分析了實(shí)現(xiàn)暫堵分流時(shí)的分流液用量，最后正注和反注水基液評價(jià)其解堵效果。

1 試驗(yàn)方法

酸化中各種液體均遵循最小阻力原理，優(yōu)先進(jìn)入高滲巖芯（裂縫較寬的巖芯），分流液將按照滲透率級差比例進(jìn)入巖芯，高滲巖芯將進(jìn)入更多的分流劑，分流劑中較大顆粒將在巖芯入口端形成濾餅，而細(xì)小顆粒將進(jìn)入裂縫，在縫寬較窄處形成內(nèi)濾餅，降低裂縫的滲透率，從而最終使兩巖芯滲透率趨于一致，達(dá)到分流目的［3］。

巖芯滲透率由達(dá)西公式計(jì)算，為了評價(jià)分流效果及解堵效果，定義以下參數(shù)：

分流指數(shù)Di：

解堵指數(shù)Ri：

式中：Dk—滲透率級差，無因次；Dki—初始滲透率級差，無因次；Di—分流后滲透率級差，無因次；Ri—解堵指數(shù)，%；Ki1—高滲巖芯原始滲透率，μm2；Ki2—低滲巖芯原始滲透率，μm2；K1—高滲巖芯注堵劑后滲透率，μm2；K2—低滲巖芯注堵劑后滲透率，μm2；K′—正注基液解堵后巖芯滲透率，μm2。

2 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)采用多用途酸化分流試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 雙巖芯分流試驗(yàn)裝置圖

3 試驗(yàn)過程及結(jié)果分析

3.1 SA-2溶解性能評價(jià)

稱取10g SA-2分流劑，將其加入到50mL蒸餾水中，觀察分流劑SA-2的狀態(tài)，如圖2所示。分流劑SA-2在蒸餾水中溶解度較高。再向SA-2的水溶液中加入10%HCl及各種表面活性劑，觀察溶液變化情況，如圖3所示。分流劑水溶液遇酸則形成化學(xué)微粒，而表面活性劑能使該化學(xué)顆粒均勻分散，并改變其粒徑大小。酸液中SA-2顆粒過濾后的放大照片如圖4所示。

圖2 SA-2中加入蒸餾水后的狀態(tài)

圖3 SA-2水溶液中加入10%HCl后的狀態(tài)

SA-2分流劑溶解性能表明其適用于注水井分流酸化，且不會對儲層產(chǎn)生傷害，泵注程序簡單，既可與前置液混注，也可以與處理液混注，或在前置液與處理液段塞間以分流液的形式單獨(dú)注入。

圖4 SA-2在酸液中形成的化學(xué)顆粒形態(tài)

為了評價(jià)分流效果及各因素對其效果的影響，采用天然露頭巖石制成標(biāo)準(zhǔn)巖芯，造縫后加入陶粒得到不同裂縫寬度，模擬天然裂縫，進(jìn)行雙巖心分流實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)分3步：（1）用3%NH4Cl基液測定巖芯的基準(zhǔn)滲透率，再注入前置酸液使巖芯處于酸性環(huán)境，最后注入分流液進(jìn)行分流，評價(jià)分流效果；（2）正向注入基液以溶解濾餅解堵，評價(jià)解堵效果；（3）反向注入基液模擬返排解堵。

3.2 溫度對分流效果的影響

25℃和70℃條件下分流實(shí)驗(yàn)巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示。

其原理如下:壓縮空氣經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入風(fēng)刀高壓腔，氣流通過狹窄、細(xì)薄的噴嘴后在風(fēng)刀長度方向形成一張均衡的氣流薄片。由于腔室對高壓氣流的壓縮比為40∶1，使得氣流速度損失最小，而壓力最大，于是就產(chǎn)生一張具有強(qiáng)沖擊力而最小剪切力的氣流薄片。風(fēng)刀具有噪音低(69 dB以下)、耗氣量節(jié)省90%以上等優(yōu)點(diǎn)(見圖2)。

圖5 2-13#及2-22#巖心分流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖6 2-17#及2-18#巖心分流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)表明溫度對分流效果的影響較小，主要是由于溫度對SA-2在酸液中溶解度及粒徑影響較小，還有一個(gè)原因可能是由于兩組實(shí)驗(yàn)巖心裂縫寬度不一致而對分流效果產(chǎn)生影響。

3.3 表面活性劑類型對分流效果的影響

表面活性劑能改變分流劑顆粒的粒徑大小及分布，從而對巖心分流效果產(chǎn)生影響，實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由于表面活性劑對粒徑大小及分布的改變較小，從而對分流效果影響較小。

3.4 分流劑濃度對分流效果的影響

分流劑溶液為30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的SA-2水溶液與前置酸液 （3%HCl+0.5%SA1-3+0.5%SA-18+0.5%SA1-7+1%SA5-5/WD-12/OP-10）按照體積比為 1∶5或1∶10配置。 從表 1、表 2中可以看出，分流劑濃度對巖心最終分流效果影響較小，但達(dá)到有效分流所采用的分流液體積不一樣。

3.5 縫寬對分流效果的影響

通過改變裂縫寬度，研究裂縫寬度對巖心分流效果的影響，裂縫寬度為0.02～1.14mm，各組實(shí)驗(yàn)兩塊巖心裂縫寬度比并不一樣。從表1、表2中可以看出，裂縫寬度對巖心分流效果的影響較大，SA-2對0.5mm以下縫寬均能實(shí)現(xiàn)有效分流，對0.7mm縫寬能實(shí)現(xiàn)暫堵，使?jié)B透率大大降低，而對1.14mm縫寬無能為力。

表1 各組分流實(shí)驗(yàn)巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯總表

4 多元回歸分析

各組實(shí)驗(yàn)中兩塊巖芯實(shí)現(xiàn)分流所用液量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表3，采用Matlab對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸[4]可得：

式中：∑V—累積用分流液量，mL；Cd—分流劑濃度，小數(shù)；—平均裂縫寬度，mm；P1—驅(qū)替壓力，MPa。

表2 分流實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)匯總表

從式中可以看出，滲透率級差對分流液用量的影響較小。這是由于滲透率級差僅能反映滲透率的相對大小而不能反映其絕對大小，而滲透率絕對值決定了分流劑流動(dòng)的快慢。影響分流液用量的主要因素有分流劑濃度、裂縫平均寬度和驅(qū)替壓力。分流劑濃度越高，所用分流液越少；裂縫平均寬度越大，則所需分流液越多；驅(qū)替壓力越大，分流液用量越多。這是由于驅(qū)替壓力越大，分流液沉降速度降低而減慢分流速度。

表 各巖芯實(shí)現(xiàn)分流所用液量統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié) 論

通過對分流劑SA-2溶解性能評價(jià)試驗(yàn)，不同溫度、表面活性劑、分流劑濃度、裂縫寬度條件下裂縫分流及解堵實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合多元回歸分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）SA-2在水中溶解度極高，遇酸變?yōu)榛瘜W(xué)顆粒，表面活性劑能改變化學(xué)微粒的粒徑大小及分布，且能使其在酸液中均勻分散。

（2）溫度、表面活性劑類型及分流劑濃度對最終分流效果影響不大，分流效果主要受滲透率級差和絕對滲透率的影響。若絕對滲透率過大（裂縫寬度過寬，大于0.7mm），則不能實(shí)現(xiàn)分流，且正向和反向注入水基液體能夠有效解堵，不會對儲層造成損害。

（3）滲透率級差對所需分流液用量影響較小，而分流劑濃度、驅(qū)替壓力和平均裂縫寬度對所需分流液用量影響較大。

（4）綜合分析表明，SA-2分流劑可用于裂縫性儲層注水井酸化增注，實(shí)現(xiàn)均勻布酸。

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[6]張紹槐，羅平亞.保護(hù)儲集層技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1992.

Abstract：In the time of acidizing the injection well in fissured reservoir,for the existing of fracture and strong anisotropy,it’s hard to place it rationally.Laboratory evaluates the solubility and temporary plugged diversion for fractured double cores of water soluble diverter,named as SA-2.Employ the multiple regressions to analyze the effluence of permeability difference,average fracture width,displacement pressure and diverter concentration on the volume of diverter solution to achieve divert.Laboratory tests indicates that SA-2 can realize good diversion for fracture width less than 0.7mm as well as the diversion indexes are more than 95%,and the displacement pressure,average facture width and diverter concentration are major factors on the volume of diverter solution.

Key words：fissured reservoir；diverter SA-2；injection well acidizing；diversion index；multiple regression

Fracture Diversion Experimental Study on Water Soluble Diverter

LIU Fei1YUAN Xue-fang2LIU Ju2GAO Peng-yu1
(1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservior Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500；2.Research Institute of Oil Engineering Techonology，Tarim Oil Field，Tarim 843300)

TE254

A

1673-1980（2011）06-0001-04

2011-06-20

國家科技重大專項(xiàng)（2008ZX05024-04）；中海油發(fā)展能源公司項(xiàng)目（CJSP09Z0079）

劉飛（1987-），男，四川瀘州人，西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程在讀碩士研究生，研究方向?yàn)橛蜌獠卦霎a(chǎn)理論與技術(shù)。