雙分支水平井酸化技術(shù)在碳酸鹽巖儲層中的應(yīng)用

張合文丁云宏赫安樂李俊波

（1.中國科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所，河北廊坊 065007；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；3.阿克糾賓油氣股份公司，哈薩克斯坦阿克糾賓 030000）

雙分支水平井酸化技術(shù)在碳酸鹽巖儲層中的應(yīng)用

張合文1丁云宏2赫安樂2李俊波3

（1.中國科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所，河北廊坊 065007；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；3.阿克糾賓油氣股份公司，哈薩克斯坦阿克糾賓 030000）

為了擴(kuò)大單井控制面積，提高儲層動用程度，增加單井產(chǎn)量，在哈薩克斯坦K油田進(jìn)行了一口雙分支水平井兩分支分別酸化措施后合采的先導(dǎo)性試驗。根據(jù)該油田儲層、巖性和物性特征，確定了與儲層配伍性較好且具有自轉(zhuǎn)向功能、儲層污染小的清潔自轉(zhuǎn)向酸體系作為主體酸。為了達(dá)到提高水平段均勻改造程度和后期快速返排的目的，使用了氮氣暫堵技術(shù)和液氮暫堵技術(shù)，并對施工壓力、排量、連續(xù)油管拖動速度等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。酸化后分析表明，兩個分支都起到了酸化解堵、恢復(fù)產(chǎn)能的目的，且單支產(chǎn)量與其鄰井產(chǎn)量相當(dāng)，說明雙分支水平井酸化工藝在該油田具有較好的應(yīng)用效果。

碳酸鹽巖；雙分支；水平井；自轉(zhuǎn)向酸；暫堵

哈薩克斯坦K油田埋藏較深，平均埋深4 335 m，最深達(dá)6 000 m?；?guī)r含量高，方解石平均含量97%，物性差，平均孔隙度7.2%，平均滲透率0.098 mD，屬于低孔、特低滲儲層。微觀孔隙結(jié)構(gòu)主要是小微喉道，含天然裂縫。儲層原始地層溫度78～91℃，屬于中溫地層。原始地層壓力系數(shù)較高，為1.7～1.8，但下降較快，目前壓力系數(shù)已低于1.0。

由于滲透率低，非均質(zhì)性嚴(yán)重，儲層橫向和縱向連通性差，供液能力不足，穩(wěn)產(chǎn)期短，產(chǎn)量和壓力下降快。雙分支水平井可以有效地提高單井控制面積，降低儲層流體滲流阻力，大大降低鉆井成本。但是由于鉆井液浸泡時間長、水平井段長、物性差異、傷害分布不均勻，所以酸化改造勢在必行。

1 清潔自轉(zhuǎn)向酸液體系

在對碳酸鹽巖儲層進(jìn)行基質(zhì)酸化改造時，由于傷害較輕的高滲透層阻力小，在相同的壓力系統(tǒng)下，酸液首先并主要進(jìn)入傷害較輕的高滲透層和已解堵的儲層，而對于低滲和傷害嚴(yán)重的層段，酸液則很難進(jìn)入［1］。為了達(dá)到全面均勻改造的目的，考慮使用具有暫堵轉(zhuǎn)向功能的清潔自轉(zhuǎn)向酸液體系［2-4］。

清潔自轉(zhuǎn)向劑由多種表面活性劑復(fù)合而成，它在溶液中會從單個離子締合成為膠態(tài)聚集體，形成膠團(tuán)，在溶液性質(zhì)發(fā)生突變時，膠團(tuán)數(shù)目會顯著增加進(jìn)而形成巨大的層狀膠團(tuán)——凝膠。凝膠在孔道中增加酸液的流動阻力，將阻礙酸液在此孔道中的繼續(xù)流動而使酸液被迫轉(zhuǎn)向其他流動阻力相對較小的孔道。其轉(zhuǎn)向變黏過程如圖1，可以看出，鮮酸的黏度很低，小于3 mPa·s。隨著酸巖反應(yīng)的進(jìn)行，pH值升高，反應(yīng)得到的殘酸黏度很高，當(dāng)pH值為2.5時，黏度可達(dá)到1 200 mPa·s。但當(dāng)pH值進(jìn)一步提高時，黏度基本上不再變化，實驗結(jié)果見圖2。在完成酸化作業(yè)后，殘酸遇到油氣破膠，利用美國CSL2500流變儀的錐板測試系統(tǒng)，在170 s-1剪切速率下測得殘酸破膠后的黏度也很低，利于作業(yè)后的返排作業(yè)。

圖1 清潔轉(zhuǎn)向酸轉(zhuǎn)向變黏過程

圖2 60 ℃下不同殘酸濃度與黏度的關(guān)系

巖心的鹽酸溶蝕率超過97%，X衍射分析顯示方解石含量大于99%，因此確定以鹽酸為主體酸液體系。另外還對轉(zhuǎn)向劑、緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑、助排劑、破乳劑等進(jìn)行了篩選和性能測試，并確定了清潔轉(zhuǎn)向酸配方：15%HCl+5%～6%轉(zhuǎn)向劑+1%緩蝕劑+2%多功能添加劑（包括助排性能、鐵離子穩(wěn)定性能、破乳性能等）。

轉(zhuǎn)向酸除了具有如圖2所示的較好的變黏轉(zhuǎn)向性能外，還具有較好的緩速效果和儲層保護(hù)性能，實驗結(jié)果如圖3所示。圖3（a）實驗結(jié)果顯示：5%轉(zhuǎn)向酸+20%HCl酸液的緩速率大于90%。另外，通過對3塊巖心的滲透率恢復(fù)值的分析，滲透率平均傷害率為0.79%，對巖心基本無傷害，如圖3（b）所示。

圖3 轉(zhuǎn)向酸緩速、傷害實驗結(jié)果

2 酸化施工方案及參數(shù)優(yōu)化

兩分支都是四開時使用?215.9 mm鉆頭鉆定向段，打開油層，完井方式都是?168.3 mm套管懸掛?139.7 mm篩管，采用套管段固井的半程固井方式完井。第1分支井眼篩管段4 387.56～4 939.70 m，垂深4 288～4 328 m，第2分支井眼篩管段4 359.84～4 822.52 m,垂深4 299～4 384 m。第2分支井眼在公共主井筒?244.5 mm套管內(nèi)開窗，開窗點深度位于3 724.75 m。

兩分支都在?168.3 mm套管內(nèi)下入PGP懸掛器，其下懸掛?88.9 mm油管到油層段，作為產(chǎn)層內(nèi)流體流出和井口注入流體流入的通道。公共主井筒內(nèi)則下入?88.9 mm油管，通過插管封隔器與第1分支井眼內(nèi)的油管相連通，并在開窗點下方的?88.9 mm油管上安裝可開關(guān)的生產(chǎn)滑套，作為第2分支和上部油管連通的通道。

根據(jù)完井和生產(chǎn)管柱結(jié)構(gòu)，考慮到分支井重入技術(shù)的的復(fù)雜性和不完善性，為了提高該先導(dǎo)井的施工成功率，考慮對第2分支進(jìn)行籠統(tǒng)酸化，對第1分支進(jìn)行連續(xù)油管拖動酸化，兩分支酸化作業(yè)后合層生產(chǎn)。

為了提高第2分支的均勻酸化程度，使用轉(zhuǎn)向酸和注氮氣相結(jié)合的方式，利用氮氣和轉(zhuǎn)向酸中的表面活性劑、起泡劑等形成的泡沫再次暫堵高滲層和已酸化層；同時，氮氣的注入也可起到增加酸化后返排速度、減少二次傷害的作用。圖4給出了不同施工排量下地層破裂所需的井口壓力，為了不壓開地層，井口應(yīng)限壓40～45 MPa，限壓條件下盡量提高排量。

圖4 第2分支施工排量與井口壓力關(guān)系

第1分支由于不存在重入難題，采用布酸效果較好的連續(xù)油管拖動酸化方式。為了提高施工排量，采用外徑44.4 mm的連續(xù)油管，總長度為5 500 m，摩阻損失按下式計算［5-6］

式中，△p為流體摩阻壓力損失，Pa；ρ為流體密度，kg/m3；v為流體平均流速，m/s；d為連續(xù)油管內(nèi)徑，m；f為摩擦因數(shù)；L為連續(xù)油管長度，m。

對于螺旋管，在管內(nèi)流體為牛頓流體條件下，雷諾數(shù)Re可表示為

式中，μ為流體動力黏度，Pa·s。

牛頓流體在直管段的摩擦因數(shù)f可由下式計算

對于層流：a=16，b=1.0；對于紊流：a=0.079，b=0.25。

牛頓流體通過螺旋管段的摩擦因數(shù)f的計算公式為

式中，D為滾筒心軸直徑，m；d為連續(xù)油管內(nèi)徑，m。

摩阻計算結(jié)果見圖5，按照井口最高限壓45 MPa，最大施工排量約為4 L/s，考慮到較長的水平井段和儲層非均質(zhì)性，擬來回拖動3次，分別實現(xiàn)泵注普通酸、轉(zhuǎn)向酸、液氮和普通酸的目的，其中液氮是為了起到輔助暫堵轉(zhuǎn)向和酸化后快速返排的目的。拖動速度隨排量的變化情況見圖6。

圖5 連續(xù)油管摩阻隨排量變化

圖6 不同排量下連續(xù)油管回抽速度

3 現(xiàn)場施工及效果分析

2013年1月和4月分別完成了第2分支和第1分支的酸化施工，施工曲線見圖7和圖8。兩分支井眼酸化及投產(chǎn)主要過程如下：酸化第2分支→放噴求產(chǎn)→鋼絲關(guān)閉可開關(guān)生產(chǎn)滑套→鋼絲作業(yè)打撈堵塞器→第1分支井眼酸化→放噴求產(chǎn)→打開可開關(guān)生產(chǎn)滑套→合采。

圖7 第2分支施工曲線

圖8 第1分支施工曲線

根據(jù)實際施工數(shù)據(jù)，對表皮因數(shù)進(jìn)行了計算，結(jié)果見圖9和圖10。數(shù)據(jù)顯示表皮因數(shù)都降到了0以下，說明酸化起到了解堵和增產(chǎn)的作用。

圖9 第2分支表皮因數(shù)

圖10 第1分支表皮因數(shù)

增產(chǎn)效果：第2分支初期平均日產(chǎn)油100 t/d，是酸化前求產(chǎn)產(chǎn)量70.2 t/d的1.42倍，油壓為酸化前的1.33倍，與該分支相鄰的井相比，該分支的產(chǎn)量是相鄰水平井的1.6～2.2倍。第1分支的初期平均日產(chǎn)油116 t/d，產(chǎn)量與該分支臨近的水平井產(chǎn)量相當(dāng)。

4 結(jié)論

（1）實驗確定的清潔自轉(zhuǎn)向酸具有較好的轉(zhuǎn)向、緩速和低傷害特點，適合特低滲碳酸鹽巖水平井酸化改造。

（2）兩個分支井眼的酸化都達(dá)到了解除污染的目的，但是受到分支井眼重入的限制，第2分支只能進(jìn)行籠統(tǒng)酸化作業(yè)。

［1］MCDANIEL B W,LOYD EAST.Overview of stimulation technology for horizontal completions without cemented casing in the lateral［R］.SPE 77825,2002.

［2］CHANG F,QU QI,FRENIER W.A novel self-divertingacid developed for matrix simulation of carbonate reservoirs ［R］.SPE 65033,2001.

［3］LUNGWITZ B,FREDD C,BRADY M,et al.Diversion and cleanup studies of viscoelastic surfactant-based selfdiverting acid ［R］.SPE 86504,2004.

［4］艾昆，李謙定.清潔轉(zhuǎn)向酸酸壓技術(shù)在塔河油田的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2008，30（4）：71-74.

［5］張晉凱，李根生，黃中偉，等.連續(xù)油管螺旋段摩阻壓耗數(shù)值模擬［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，36（2）：115-119.

［6］王峻喬.連續(xù)油管技術(shù)分析與研究［J］.石油礦場機(jī)械，2005，34（5）：34-36.

（修改稿收到日期 2014-01-25）

〔編輯 景 暖〕

Application of acidizing in bi-lateral horizontal well in carbonate reservoir

ZHANG Hewen1,DING Yunhong2,HE Anle2,LI Junbo3
（1.Institute of Porous flow & Fluid Mechanics,CNPC &CAS,Langfang065007,China;2.Research Institute of Petroleum Exploration and Development-Langfang,Langfang065007,China;3.CNPC International Aktobe Petroleum,Aktobe030000,Kazakstan）

In order to increase single well control area,producing degree and production of single well,a pilot test of bi-lateral horizontal well acidizing was conduced in K oilfield,Kazakhstan.First,clean self-diverting-acid system was chosen as the main acid,which has self-diverting and little formation pollution,based on the characteristics of the reservoir,lithology and physical properties of this oilfield.Besides,nitrogen and liquid nitrogen were used to temporarily block high permeability layers and make the acidizing more uniform.They can also accelerate flowing back velocity of residual acid.Treating pressure,pumping rate,and coiled tubing drawback velocity were optimized.The analysis after acidizing shows that acidizing worked in plugging removal and productivity restoration in both branches,and the production of single branch equals to its neighbour well separately.This means that bi-lateral horizontal well acidizing can get good application effect in this oilfield.

carbonate;bi-lateral;horizontal well;self-diverting-acid;temporary plugging

張合文，丁云宏，赫安樂，等.雙分支水平井酸化技術(shù)在碳酸鹽巖儲層中的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：84-87.

TE357

：B

1000–7393（2014）04–0084–04

10.13639/j.odpt.2014.04.021

張合文，1982年生。在讀博士研究生。主要從事酸化壓裂方面的工作。電話：010-69213157。E-mail：etczhanghw@163.com。