元壩海相超深水平井均勻布酸技術(shù)研究及應(yīng)用

鐘 森 任 山 黃禹忠 楊永華 丁 咚

（中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽 618000）

元壩氣田開發(fā)的主力層位是海相長興組碳酸鹽巖儲(chǔ)層，屬于礁灘體控制的巖性圈閉氣藏，埋藏深度6 200～7 200 m、地層壓力67～71 MPa、地層溫度148～159 ℃、硫化氫平均含量5.53%，為超深高溫、高壓、高含硫酸性氣田。氣田開發(fā)井中大部分井為襯管完井的水平井、大斜度井，由于水平段長（最長達(dá)921 m），儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，沿水平段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層交替分布，其酸化改造難度極大。由于氣藏超深、完井管柱僅下至造斜點(diǎn)附近，因此，無法實(shí)施水平井機(jī)械封隔分段改造，酸化時(shí)酸液主要進(jìn)入A 靶點(diǎn)附近的高滲層，水平段中后部及低滲層難以得到有效的改造。為解決長水平段均勻布酸的難題，提出暫堵轉(zhuǎn)向酸化工藝，技術(shù)關(guān)鍵是暫堵液，工藝核心是膠凝酸與暫堵液的交替注入。該工藝通過暫堵液的物理堵塞效應(yīng)，降低高滲層的吸液能力，推動(dòng)酸液向B 靶點(diǎn)流動(dòng)，配合多級暫堵，可以提高整個(gè)水平段生產(chǎn)剖面的改造效果［1-2］。

目前，國內(nèi)外所使用的酸化暫堵劑主要有固體顆粒狀暫堵劑［3-5］、有機(jī)凍膠類暫堵劑［6-7］以及纖維類暫堵劑［8］等，其中以固體顆粒狀暫堵劑為主。普光氣田海相儲(chǔ)層埋深5 500 m 左右，采用樹脂覆膜包裹碳酸鈣顆粒暫堵劑進(jìn)行酸壓改造，取得了一定的效果，但是出現(xiàn)暫堵劑溶解不徹底引起堵塞裂縫、埋產(chǎn)層的現(xiàn)象，影響改造效果［9］。本文研制了一種可降解纖維暫堵劑，采用聚合物壓裂液作為攜帶介質(zhì)，高黏混合暫堵液起到化學(xué)和物理雙重暫堵作用，采用交替注入工藝，在水平段酸化中既能暫堵高滲透儲(chǔ)層推動(dòng)酸液向前流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水平段的均勻布酸，又能在高溫殘酸中自動(dòng)降解，實(shí)現(xiàn)零殘留。該工藝的應(yīng)用基本解決了超深層水平井的均勻布酸問題，一定程度上實(shí)現(xiàn)了分流酸化的目的。

1 暫堵劑室內(nèi)評價(jià)

1.1 暫堵效果評價(jià)

纖維暫堵技術(shù)可以解決天然裂縫和滲透率差異大的儲(chǔ)層酸化轉(zhuǎn)向的問題，主要應(yīng)用在常規(guī)暫堵劑性能無法滿足要求的高溫高壓儲(chǔ)層中。國外肯基亞克油田、國內(nèi)川東石炭系氣藏都有成功應(yīng)用，適用條件為氣藏埋藏深度5 000 m 左右、溫度120 ℃以上［10-11］。本文研發(fā)的人造有機(jī)纖維暫堵劑（圖1）性能更穩(wěn)定、韌性更強(qiáng)，纖維長度減小至3～4 mm，利于均勻混合在油管中輸送；纖維密度1.3 g/cm3、直徑35 μm，在水中1～5 s 內(nèi)自動(dòng)均勻分散開，且與水和壓裂液配伍性好。為便于纖維輸送，攜帶介質(zhì)采用瓜膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.45%的壓裂液，纖維添加比例為1.5%～2.0%，混合后的暫堵液黏度大于500 mPa·s，以高黏非反應(yīng)液起到暫堵裂縫的作用。室內(nèi)進(jìn)行暫堵液的暫堵效果實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1，巖心通過暫堵液暫堵后，滲透率降低1 000 倍以上，驅(qū)替壓力大大增加，具有很好的暫堵效果；采用20%鹽酸解堵，巖心滲透率恢復(fù)50%左右，對儲(chǔ)層的傷害屬于可控范圍。

圖1 可降解有機(jī)纖維實(shí)物圖

表1 暫堵液的暫堵實(shí)驗(yàn)效果

1.2 降解性能評價(jià)

使用暫堵劑在酸化后存在堵塞裂縫、埋產(chǎn)層的風(fēng)險(xiǎn)，因此，要求暫堵劑短時(shí)期內(nèi)要有較好的溶解性，酸化后能夠?qū)崿F(xiàn)裂縫的暢通。本文研制的有機(jī)纖維在酸性、高溫環(huán)境下能完全降解，實(shí)現(xiàn)酸化后的零殘留。表2 是纖維在清水、酸液中的溶解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，70 ℃、90 ℃高溫條件下清水中2 h 的溶解率達(dá)到50%（酸化過程中井底溫度實(shí)測值70 ～90℃），20%鹽酸中2 h 內(nèi)溶解率高于90%。元壩長興組氣藏溫度達(dá)到150 ℃，酸化后降解更快、降解率更高。圖2是纖維溶解于清水和酸液中的形態(tài)，溶解得較均勻和徹底，僅含有少量固體殘留物；固體殘留物粒徑測定表明粒徑1～3 μm 占絕大多數(shù)（圖3），而酸化刻蝕的裂縫寬度為毫米級，固體殘留物不會(huì)對地層和裂縫造成二次傷害。

表2 不同溫度下纖維在清水、酸液中的溶解實(shí)驗(yàn)

圖2 70 ℃下纖維在不同溶劑中溶解120 min 形態(tài)

圖3 70 ℃下纖維在20%鹽酸中溶解后粒度分布測定

2 多級暫堵交替注入設(shè)計(jì)

2.1 水平段凈化措施

元壩長興組氣藏水平井在鉆井過程中普遍漏失鉆井液，且酸化前水平段壓井鉆井液無法循環(huán)出來，增加了水平段均勻布酸的難度。為此，酸化前采取液氮誘噴，盡量凈化井筒。第一批投產(chǎn)井中有3 口井均在A 靶點(diǎn)附近存在漏失（表3），通過注入液氮減小井筒液柱密度，同時(shí)多次開井關(guān)井活動(dòng)地層，誘使鉆井液返出。從現(xiàn)場實(shí)施的情況看，返出的鉆井液量均大于水平段容積，說明井筒凈化效果明顯，同時(shí)也減小了酸化后鉆井液返出堵塞井筒的風(fēng)險(xiǎn)。

表3 鉆井漏失及誘噴情況統(tǒng)計(jì)

2.2 多級暫堵交替注入設(shè)計(jì)

2.2.1 暫堵級數(shù)設(shè)計(jì) 元壩長興組氣藏含氣礁體分散不連續(xù)，水平段鉆遇各類儲(chǔ)層交替分布，采用膠凝酸與暫堵液多級交替注入工藝，逐段暫堵高滲儲(chǔ)層段形成段間轉(zhuǎn)向，推動(dòng)酸液向B 靶點(diǎn)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)水平段均勻布酸。暫堵級數(shù)的設(shè)計(jì)是工藝關(guān)鍵，設(shè)計(jì)的原則是根據(jù)水平段儲(chǔ)層分布特點(diǎn)及襯管段的位置來確定。YB101-1H 井儲(chǔ)層分布在A、B 靶點(diǎn)附近，A 靶點(diǎn)附近儲(chǔ)層以Ⅰ類氣層為主（6 968～7 208 m），B 靶點(diǎn)附近儲(chǔ)層以Ⅰ、Ⅱ類為主（7 447～7 959 m），兩段襯管段較長，所以設(shè)計(jì)兩級暫堵。首先采用膠凝酸對A 靶點(diǎn)附近的Ⅰ類儲(chǔ)層進(jìn)行酸化，注入暫堵液暫堵，推動(dòng)膠凝酸酸液進(jìn)入B 靶點(diǎn)附近儲(chǔ)層，再注入暫堵液暫堵Ⅰ類儲(chǔ)層，最后注膠凝酸使酸液均勻分布于水平段。YB205-1 井Ⅰ類儲(chǔ)層主要分布在A 靶點(diǎn)及中間位置，投產(chǎn)襯管段為3 段（6 615～6 845 m、6 887～6970 m、7 002～7 095 m），設(shè)計(jì)三級暫堵，逐級推動(dòng)酸液向B 靶點(diǎn)流動(dòng)，保證整個(gè)井筒充滿酸液。

2.2.2 注入排量設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn)水平段的均勻布酸，各階段排量設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，總體采用“初期低排量、暫堵定排量、后期大排量”的原則。初期以1～2 m3/min的小排量注入，防止壓破地層造成酸液僅流入某一小段，盡量推動(dòng)酸液深入水平段后部。暫堵階段注入排量為1 m3/min，一是便于暫堵劑的加入和均勻攪拌，二是防止原裂縫繼續(xù)延伸，造成暫堵失效。暫堵結(jié)束后大幅度提高排量至5 m3/min 以上，實(shí)現(xiàn)碳酸鹽巖深度酸壓，盡量延長裂縫的長度和寬度。閉合酸階段降低排量至2～3 m3/min，加深縫口位置溶蝕，提高縫口處導(dǎo)流能力［12］，降低近井筒“漏斗效應(yīng)”，階段排量設(shè)計(jì)示例見表4。

表4 暫堵交替注入泵注排量設(shè)計(jì)示例

2.3 暫堵劑泵注工藝

暫堵纖維在酸化過程中被要求大量、快速均勻地加入，研發(fā)了專用纖維泵FiberJet 進(jìn)行加注（圖4），實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量和快速加注。FiberJet 纖維泵通過機(jī)械混合系統(tǒng)，把成塊狀的纖維自動(dòng)打散，通過鼓風(fēng)機(jī)送入混合筒內(nèi)與清水混合，形成較均勻的混合液后注入混砂車的攪拌罐內(nèi)與壓裂液混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠼?jīng)壓裂車注入井筒。該系統(tǒng)可滿足最大30 kg/min 的加入速度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了加注質(zhì)量。

圖4 纖維泵注工藝現(xiàn)場應(yīng)用

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

元壩氣田實(shí)施暫堵交替注入工藝4 口井，施工成功率100%，酸壓時(shí)暫堵液進(jìn)地層后泵注壓力上升了1.2～11 MPa（表5），9 級暫堵中的7 級壓力上升較顯著，暫堵有效率78%。YB204-1H 井Ⅰ類儲(chǔ)層比例高，儲(chǔ)層吸酸強(qiáng)度大，暫堵效果不明顯，其余3 口井儲(chǔ)層性質(zhì)相對較差，泵注壓力快速上升，起到了暫堵轉(zhuǎn)向作用。實(shí)施后產(chǎn)量與酸化前自然產(chǎn)能相比，增產(chǎn)倍比2.2～5.0，增產(chǎn)有效率100%。

表5 元壩4 口投產(chǎn)井酸化施工參數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）研制的有機(jī)纖維暫堵劑，在瓜膠壓裂液中分散性能好，降低巖心滲透率1 000 倍以上，在高溫酸性環(huán)境中溶解率高，達(dá)到暫堵和零殘留的要求。

（2）酸化前利用液氮誘噴鉆井液是凈化水平井井筒的必要措施，根據(jù)水平段儲(chǔ)層分布及襯管段確定暫堵級數(shù)，暫堵液與膠凝酸以“初期低排量、暫堵定排量、后期大排量”的方式交替注入，逐級暫堵推動(dòng)酸液向B 靶點(diǎn)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水平段的均勻布酸。

（3）元壩氣田的成功現(xiàn)場應(yīng)用表明，該工藝在深層碳酸鹽巖地層有較好適應(yīng)性。

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