ZD－10暫堵劑性能研究及其在普光氣田酸壓中的應(yīng)用

李國(guó)鋒，劉洪升，張國(guó)寶，張大慶，王穩(wěn)桃，張曉英

(1.中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南濮陽(yáng)457001;2.河南省科學(xué)院高新技術(shù)研究中心，河南鄭州 450002)

ZD－10暫堵劑性能研究及其在普光氣田酸壓中的應(yīng)用

李國(guó)鋒1，劉洪升1，張國(guó)寶2，張大慶1，王穩(wěn)桃1，張曉英1

(1.中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南濮陽(yáng)457001;2.河南省科學(xué)院高新技術(shù)研究中心，河南鄭州 450002)

研究了ZD－10酸壓暫堵劑的作用機(jī)理與使用性能，并在普光氣田304－1井酸壓施工中進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí):該暫堵劑具有懸浮穩(wěn)定性能好，對(duì)地層封堵后形成的突破壓力高、封堵能力強(qiáng)，經(jīng)殘酸解堵后滲透性恢復(fù)率高等特點(diǎn)。經(jīng)在普光氣田304－1井酸壓施工的試驗(yàn)應(yīng)用，有效地實(shí)現(xiàn)了暫堵和酸壓轉(zhuǎn)向作用，取得了日產(chǎn)天然氣30.58×104m3的良好效果。

酸壓;長(zhǎng)井段 ;暫堵劑;封堵 ;滲透率

Abstract:The mechanism and performance of ZD－10pressure temporary plugging are studied，the acid pressure testing application in puguang gas field 304－1well are researched.The result shows the temporary plugging has good suspended stable performance，high breakthrough pressure to formation plug，strong sealing capacity，higher recovery rate after residual acid solution plugging premeabilty et al.After testing application in paguang gas 304－1well acid pressure construction，the streering role of temporary plugging and acid pressure are implement effectively，abtains the nissan gas 30.58 ×104m3.

Key words:acid pressure;long interval;temporary plugging;plugging;permeability

普光氣田天然氣藏屬超長(zhǎng)井段、非均質(zhì)性儲(chǔ)層。在統(tǒng)計(jì)的40口氣井中，儲(chǔ)層平均厚度324.1m。縱向分布上，Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層比例占射孔厚度的4.0～18.2%，Ⅱ、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層占射孔厚度的96% ～81.8%。在長(zhǎng)井段、非均質(zhì)性儲(chǔ)層酸壓施工過(guò)程中，由于儲(chǔ)層縱向剖面上的物性差異，工作液主要進(jìn)入高滲層，而低滲層難以得到有效的改造，因而使得儲(chǔ)層生產(chǎn)剖面改造程度低，酸壓效果差。暫堵劑的作用是在酸壓施工的初期階段通過(guò)堵塞效應(yīng)，降低高滲層的吸液能力，使酸液發(fā)生轉(zhuǎn)向進(jìn)入低滲層，提高儲(chǔ)層縱向生產(chǎn)剖面的改造程度和工藝效果。

目前，國(guó)內(nèi)外所使用的酸化/酸壓暫堵劑主要有用于油井和注水井的固體顆粒狀暫堵劑[1－5]、有機(jī)凍膠類(lèi)暫堵劑[6－8]以及泡沫類(lèi)暫堵劑[9－10]等，其中以固體顆粒狀暫堵劑為主。在酸化/酸壓后排液過(guò)程中，該類(lèi)暫堵劑可逐漸被地下流體溶解，使高滲層滲透率得到恢復(fù)，從而達(dá)到改善長(zhǎng)井段儲(chǔ)層生產(chǎn)剖面滲流能力和提高整體酸化效果的目的。而在氣藏酸化/酸壓改造過(guò)程中，有關(guān)暫堵劑的研究及應(yīng)用報(bào)告較少。由于氣藏儲(chǔ)層流體的特殊性，應(yīng)用常規(guī)固體顆粒狀暫堵劑因在施工后排液過(guò)程中無(wú)法解堵易造成堵塞傷害，影響工藝效果。對(duì)此，本文研制了一種適用于氣藏暫堵酸壓改造的熱熔性有機(jī)物涂覆膜包裹固體顆粒型溫控暫堵劑，在氣藏酸壓施工應(yīng)用中既能起到暫堵高滲層的作用，又可在地層溫度條件下依靠返排液中的殘酸達(dá)到溶解解堵的目的。配合現(xiàn)場(chǎng)多級(jí)注入施工工藝，在普光氣田深層、高溫、長(zhǎng)井段304－1井酸壓施工中取得了良好的工藝效果。

1 ZD－10酸壓暫堵劑組成與作用機(jī)理

1.1 產(chǎn)品組成

ZD－10酸壓暫堵劑是在沸騰式制粒干燥機(jī)中通過(guò)霧化噴涂作用制成的一種物理形狀類(lèi)似于微膠囊類(lèi)型的微細(xì)固體顆粒。其外包裹材料是由石油樹(shù)脂和地蠟按1∶1～1∶2的比例(質(zhì)量比)配制的復(fù)合物，占產(chǎn)品質(zhì)量的20%;內(nèi)部材料是由酸溶性組分碳酸鈣和水溶性組分無(wú)機(jī)鹽組成的固體顆粒，占產(chǎn)品質(zhì)量的80%。

1.2 作用原理

在長(zhǎng)井段酸壓施工過(guò)程中，首先注入前置液和酸液改造高滲層，然后注入含有暫堵劑的懸浮暫堵液。根據(jù)流體向阻力最小方向流動(dòng)的原則，暫堵劑顆粒在懸浮液的攜帶下沿井筒首先進(jìn)入高滲層，對(duì)地層中的大孔道、原生裂縫、水力裂縫壁面以及炮眼處產(chǎn)生濾餅橋堵效應(yīng)，使得壓力升高，高滲層進(jìn)液困難，促使井筒吸液剖面發(fā)生變化。當(dāng)繼續(xù)注入后續(xù)工作液時(shí)，流體將發(fā)生轉(zhuǎn)向流動(dòng)，從而進(jìn)入物性較差的高應(yīng)力區(qū)儲(chǔ)層，使低滲層得到改造。由于暫堵劑外包裹材料所特有的酸不溶性能和水不溶性能，并且同時(shí)因前置液和酸液進(jìn)入地層后的冷卻作用，使暫堵劑在施工過(guò)程中能夠保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到有效改造整體儲(chǔ)層生產(chǎn)剖面的目的。

在施工后排液過(guò)程中，包裹的涂覆膜材料依靠地層溫度的恢復(fù)逐步發(fā)生熔融變化，形成可流動(dòng)性流體，內(nèi)包裹的碳酸鈣和鹽類(lèi)組分則分別溶于返排液中的殘酸和水，能夠順利返排出地面，對(duì)地層不產(chǎn)生污染影響。

2 ZD－10酸壓暫堵劑性能試驗(yàn)

2.1 溶解性能

稱取約5.00 g暫堵劑樣品2份，分別置于裝有100 mL殘酸(經(jīng)酸—巖反應(yīng)后pH值≤1.0，HCl質(zhì)量濃度≥0.1mol/L)和懸浮液溶劑(活性水)的不銹鋼密封容器中，然后在一定溫度下恒溫8h，取出后趁熱用真空抽濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，再在105℃烘箱中烘至恒重，并按(1)式計(jì)算暫堵劑樣品的酸溶率。

式中:η——溶解率，%;

W1——溶解前暫堵劑質(zhì)量，g;

W2——溶解后暫堵劑質(zhì)量，g。

試驗(yàn)結(jié)果證實(shí):試驗(yàn)溫度在80℃以下時(shí)，ZD－10酸壓暫堵劑在殘酸和懸浮液溶劑中的溶解率分別為26.7%和15.9%，其溶解率較低，說(shuō)明包裹的涂覆膜材料對(duì)內(nèi)部組分起到了良好的防護(hù)作用。隨著試驗(yàn)溫度升高，包裹材料逐漸軟化，溶解率大幅度上升，在120℃下殘酸對(duì)暫堵劑的溶解率可達(dá)到99%以上(見(jiàn)圖1)。因此，酸壓后依靠殘酸液體可達(dá)到良好的解堵效果;另外，由于懸浮液溶劑僅可溶解暫堵劑中的無(wú)機(jī)鹽類(lèi)組分，因而在施工期間有利于暫堵劑保持良好的封堵能力。

圖1 ZD－10暫堵劑溶解率與溫度的關(guān)系曲線

2.2 分散穩(wěn)定性能

ZD－10酸壓暫堵劑通過(guò)濃度為0.70%的羥丙級(jí)胍膠水溶液攜帶進(jìn)入地層，然后起到封堵作用。試驗(yàn)方法是:在攜帶液中按不同比例加入ZD－10酸壓暫堵劑，并攪拌均勻。然后取該懸浮液25 mL置于酸式滴定管中，記錄不同時(shí)間下析出原膠液的體積，并計(jì)算ZD－10酸壓暫堵劑的沉降率，以此評(píng)判ZD－10酸壓暫堵劑在羥丙級(jí)胍膠水溶液中的懸浮穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果表明，在濃度為0.70%的羥丙級(jí)胍膠水溶液中，當(dāng)ZD－10酸壓暫堵劑含量在5% ～10%時(shí)，其在2h沉降率為2.0% ～12.6%(見(jiàn)圖2)。說(shuō)明該懸浮液對(duì)ZD－10酸壓暫堵劑具有良好的懸浮性能，能夠保證現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中將暫堵劑順利攜帶進(jìn)入地層。

圖2 ZD－10酸壓暫堵劑的懸浮穩(wěn)定性

2.3 巖芯封堵性能

2.3.1 突破壓力

突破壓力的大小反映了暫堵劑對(duì)巖心的封堵效果，是暫堵劑在多孔介質(zhì)巖心中封堵后，應(yīng)用均相流體進(jìn)行驅(qū)替時(shí)達(dá)到突破封堵效應(yīng)所需要的最大壓力。試驗(yàn)選用不同滲透率的兩組人造巖芯在巖芯流動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀上進(jìn)行突破壓力測(cè)定。首先用地層水飽和巖芯，按0.5mL/min的流量驅(qū)替不同體積倍數(shù)的7%暫堵劑懸浮液。反應(yīng)0.5h后，用地層水按原流速驅(qū)替巖心，當(dāng)出口端排出第一滴液體時(shí)的進(jìn)口端壓力即為暫堵劑的突破壓力。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí):對(duì)不同滲透率的巖心，滲透率較低時(shí)，形成的突破壓力較大，說(shuō)明封堵強(qiáng)度較大;同時(shí)，隨著暫堵劑懸浮液體積倍數(shù)的增加，初始階段突破壓力大幅度增大，而后增加幅度緩慢。其中滲透率在0.519～0.540 μm2的一組巖心，在暫堵劑懸浮液體積倍數(shù)為2.0倍時(shí)，其突破壓力梯度為29.1MPa/m;滲透率在0.960～0.985 μm2的一組巖心，在暫堵劑懸浮液體積倍數(shù)為3.0倍時(shí)，其突破壓力梯度為28.4MPa/m(見(jiàn)圖3)。因此可知，應(yīng)用ZD－10酸化暫堵劑在注入一定體積倍數(shù)的條件下，可產(chǎn)生較高的突破壓力，對(duì)地層高滲系統(tǒng)形成有效的封堵。

圖3 暫堵劑懸浮液體積數(shù)對(duì)巖心突破壓力的影響

2.3.2 封堵率

封堵率反映了巖心封堵后相滲透率的降低程度，是衡量暫堵劑改變地層原始滲透率能力的重要指標(biāo)。試驗(yàn)步驟為:①首先用地層水飽和巖芯，并測(cè)定其滲透率Kw1;②注入7%暫堵劑懸浮液3PV，反應(yīng)0.5h;③用地層水驅(qū)替封堵后的巖心，測(cè)定其驅(qū)替不同PV時(shí)的滲透率Kw2，并計(jì)算封堵率。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí):對(duì)封堵后的巖心在驅(qū)替1PV時(shí)，封堵率達(dá)到了99.2%，驅(qū)替20 PV時(shí)，封堵率僅下降了5.2%(見(jiàn)圖4)。說(shuō)明ZD－10酸化暫堵劑不僅對(duì)巖心孔隙具有良好的封堵效果，同時(shí)具有較強(qiáng)的耐沖刷能力。

圖4 暫堵劑的封堵效率

2.4 解堵效果

施工過(guò)程中暫堵的高滲層滲透性的恢復(fù)依靠于排液時(shí)殘酸液體對(duì)ZD－10酸壓暫堵劑的溶解作用。室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)步驟如下:①將一組飛仙關(guān)—長(zhǎng)興組巖心處理后用地層水飽和，應(yīng)用巖芯流動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀在110℃下測(cè)定其正向滲透率Kw1;②反向注入7%暫堵劑懸浮液3PV，反應(yīng)0.5h;③在110℃下正向注入3PV的殘酸液(20%HCl原始酸液經(jīng)酸—巖反應(yīng)后，其pH值≤1.0，HCl的質(zhì)量濃度≥0.1mol/L)，并反應(yīng)0.5h;④在一定流量下用地層水正向驅(qū)替至流量穩(wěn)定后，測(cè)定其驅(qū)替滲透率Kw2，并計(jì)算解堵率。

試驗(yàn)結(jié)果證實(shí):在地層溫度條件下，通過(guò)酸化后殘酸返排液的作用，可以對(duì)暫堵劑以及儲(chǔ)層中的灰?guī)r組分進(jìn)行有效的溶解，不僅能夠恢復(fù)儲(chǔ)層原始滲透性，同時(shí)使?jié)B透性得到提高，試驗(yàn)巖心滲透性平均恢復(fù)率達(dá)到了111.7%(見(jiàn)表1)。

表1 巖心解堵后滲透性恢復(fù)率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 在304－1井酸壓施工中的試驗(yàn)應(yīng)用

3.1 ZD－10酸壓暫堵劑試驗(yàn)應(yīng)用的設(shè)計(jì)思路

普光304－1井主力含氣層段飛仙關(guān)—長(zhǎng)興組射孔井段5579.4 ～5818.8m，跨度239.4m，有效厚度195.1m，共28層。其中Ⅰ類(lèi)氣層9.6m/3層，Ⅱ類(lèi)氣層33.5m/10層，Ⅲ類(lèi)氣層 153.1m/16層。針對(duì)儲(chǔ)層縱向分布情況，首先應(yīng)用膠凝酸改造物性較好的Ⅰ類(lèi)氣層，然后注入暫堵劑濃度為10%的暫堵液4.0m3，再繼續(xù)注入膠凝酸改造Ⅱ、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層。

3.2 ZD－10酸壓暫堵劑試驗(yàn)應(yīng)用情況

圖5 暫堵劑對(duì)施工壓力影響情況

在注入膠凝酸40m3，高黏前置液30m3后，低排量注入暫堵液4.0m3。然后注入前置液130m3，膠凝酸360m3，頂替液29.6m3。圖5為暫堵劑對(duì)施工壓力的影響情況。在4.1m3/min的施工排量下頂替暫堵劑懸浮液6.5min時(shí)，暫堵劑到達(dá)儲(chǔ)層孔眼部位，引起施工壓力發(fā)生大幅度變化，施工壓力在 0.5min內(nèi)由53.0MPa上升到59.1MPa;隨著地層中暫堵劑含量的不斷增加，施工壓力在11min時(shí)升高至68.4MPa，相比暫堵前在同等排量下的注入壓力提高了15.4MPa。提高排量后在17min時(shí)壓力到達(dá)了73.2MPa，Ⅱ、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層相繼壓開(kāi)，施工壓力降低。通過(guò)施工壓力曲線分析可知:暫堵劑進(jìn)入地層后有效地屏蔽了高滲層的孔隙、裂隙體系，造成液體發(fā)生轉(zhuǎn)向作用，使Ⅰ類(lèi)層被很好的暫時(shí)封堵，Ⅱ、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層得到有效的改造。

普光304－1井酸壓后關(guān)井反應(yīng)2h，用Φ8mm氣嘴控制放噴，油壓由9.6MPa上升至35.6MPa，套壓由11.0MPa上升至24.1MPa，測(cè)試天然氣產(chǎn)量30.58 ×104m3/d，計(jì)算無(wú)阻流量 389.22 ×104m3/d。

4 結(jié)論

ZD－10酸化暫堵劑在羥丙級(jí)胍膠懸浮液中分散、穩(wěn)定性能好，有利于液體攜帶并輸送至酸壓封堵目的層;對(duì)地層封堵后形成的突破壓力高、封堵能力強(qiáng)，在儲(chǔ)層縱向分布非均質(zhì)性嚴(yán)重的長(zhǎng)井段氣藏的酸壓改造中，能夠有效地促進(jìn)液體發(fā)生轉(zhuǎn)向流動(dòng)，提高低滲儲(chǔ)層剖面的改造效果。在地層溫度條件下，ZD－10酸化暫堵劑能夠溶解于返排液殘酸中，因而在施工后投產(chǎn)過(guò)程中可使暫時(shí)封堵的高滲層滲透性逐步得到恢復(fù)，不會(huì)產(chǎn)生地層傷害。在普光氣田304－1井酸壓施工的試驗(yàn)應(yīng)用中，暫堵劑進(jìn)入地層后有效地屏蔽了高滲層的孔洞、裂隙體系，使Ⅱ、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層得到有效地改造，現(xiàn)場(chǎng)取得了日產(chǎn)天然氣30.58×104m3的良好效果。

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Peformance Study of ZD－10Temporary P1ugging and Its App1ication in Puguang Gas Fie1d Acid Pressure Process

LI Guo－feng1，LIU Hong－sheng1，ZHANG Guo－bao2，ZHANG Da－qing1，WANG Wen－tao1，ZHANG Xiao－ying1
(1.Zhongyuan Oilfield Branch Production Engineering Institute of Technology ，Puyang 457001 ，China;2.High Technology Research Center of Henan Academy of Sciences，Zhengzhou 450002，China)

TE347

A

1003－3467(2012)05－0023－04

2012－02－13

國(guó)家重大專項(xiàng)(2008ZX05017－003)

李國(guó)鋒(1975－)，男，工程師，從事油氣田儲(chǔ)層改造技術(shù)研究工作，電話:(0393)4890157。