元壩超深水平井纖維暫堵酸化技術

鐘 森，任 山，黃禹忠，丁 咚

（中石化西南油氣分公司，四川 德陽 618000）

引 言

元壩氣田海相長興組為碳酸鹽巖巖性圈閉氣藏，埋藏深度為 6200～7200m，地層壓力為67～71MPa，地層溫度為148～159℃，H2S含量平均為5.53%，為超深、高溫、高壓、高含硫酸性氣田[1]。氣田采用襯管完井的水平井、大斜度井開發(fā)，由于完井管柱僅下至造斜點附近，無法實施分段改造，酸液主要進入 A靶點附近的高滲層，水平段中后部及低滲層難以得到有效改造。本次研究采用暫堵酸化工藝，通過暫堵液的物理堵塞效應，降低高滲層的吸液能力，推動酸液向 B靶點流動，配合多級暫堵，可以提高整個水平段生產(chǎn)剖面的改造效果[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、有機凍膠類暫堵劑［3］以及纖維類暫堵劑［4］等，其中以固體顆粒狀暫堵劑為主。普光氣田海相儲層埋深5500m左右，暫堵劑為樹脂覆膜包裹碳酸鈣顆粒，暫堵效果較好，但存在溶解不徹底引起堵塞裂縫、埋產(chǎn)層的問題[5]。本文研制了一種有機纖維暫堵劑，采用聚合物壓裂液作攜帶介質(zhì)，高黏混合暫堵液起到化學和物理雙重暫堵作用，配合多級暫堵和排量優(yōu)化設計，可實現(xiàn)水平段的分流酸化，達到水平井均勻改造的目的。

1 纖維暫堵劑實驗評價

1.1 巖心暫堵實驗

纖維暫堵技術是為了解決天然裂縫或滲透率差異大的儲層酸化轉向問題，主要應用在常規(guī)暫堵劑性能無法滿足要求的高溫高壓地層中。從國外肯基亞克油田、國內(nèi)川東石炭系氣藏應用情況來看，氣藏埋藏深度均在5000m左右，溫度大于120℃[6-8]。

本文研發(fā)的人造有機纖維暫堵劑纖維長度為 3～4mm（圖 1），利于與輸送介質(zhì)均勻混合；纖維密度為1.3g/cm3，直徑為35μ m，在水中1～5s內(nèi)自動均勻分散開，且與水和壓裂液配伍性好。為便于纖維輸送，輸送介質(zhì)采用 0.45%胍膠壓裂液，纖維添加比例為 1.5%～2.0%，混合后成為高黏白色絮凝狀（圖2），表觀黏度大于500mPa·s。

圖1 暫堵用有機短纖維實物圖

圖2 纖維與高黏壓裂液混合后的暫堵液

室內(nèi)進行暫堵效果評價實驗，巖心通過暫堵液暫堵后，滲透率降低至原來的 1/1500，驅(qū)替壓力也大大增加，說明暫堵效果較好；采用20%鹽酸解堵，巖心滲透率恢復至50%左右（表1）。

表1 暫堵液的暫堵效果巖心實驗

1.2 降解性能評價

暫堵劑的使用目的是達到短時間的暫堵，因此要求暫堵后能在短時間內(nèi)溶解，保證酸化后裂縫的暢通。本文研制的有機纖維在酸性、高溫環(huán)境下能完全降解，實現(xiàn)酸化后的零殘留。纖維在清水、酸液中的溶解實驗表明，70、90℃清水中2h的溶解率近50%（酸化過程中井底溫度實測值為70～90℃），20%鹽酸中2h內(nèi)溶解率高于90%（表2）。

表2 不同溫度下纖維在清水、酸液中的溶解率實驗

元壩長興組氣藏溫度達到 150℃，酸化后降解更快，降解率更高，高溫條件下纖維溶解得較徹底，僅剩少量的固體殘留物；固體殘留物粒徑測定表明，粒徑 1～3μ m占絕大多數(shù)，而酸化刻蝕的裂縫寬度在毫米級，因此不存在地層和裂縫的二次傷害問題。

2 暫堵酸化工藝設計

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泥漿普遍漏失，且酸化前水平段壓井泥漿無法循環(huán)出來，因此，酸化前采取液氮誘噴，盡量凈化井筒。通過注入液氮減小井筒液柱密度，同時多次開關井活動地層，誘使泥漿返出。從現(xiàn)場實施情況看，返出的泥漿量為 29～63m3（表3），大于水平段井筒容積，說明井筒凈化效果明顯，同時也減小了酸化后泥漿返出堵塞井筒的風險。

表3 部分井鉆井漏失及誘噴情況統(tǒng)計

2.2 暫堵酸化工藝設計

2.2.1 暫堵級數(shù)設計

元壩長興組氣藏含氣礁體分散，水平段鉆遇的各類儲層交替分布，采用多級暫堵酸化工藝時，膠凝酸與暫堵液多級交替注入，逐段暫堵高滲儲層段，形成段間轉向，推動酸液向 B靶點流動，從而實現(xiàn)整個水平段均勻改造。暫堵級數(shù)是關鍵參數(shù)，根據(jù)水平段儲層分布特點及襯管段的位置來確定。YB101-1H井 Ⅰ、Ⅱ類物性較好的儲層分布在 A、B靶點附近，2段襯管段較長，設計2級暫堵。首先采用膠凝酸對A靶點附近的儲層進行酸化，注入暫堵液暫堵，推動膠凝酸液進入 B靶點附近儲層，再注入暫堵液暫堵，最后注膠凝酸，使酸液均勻分布于水平段。YB205-1井物性較好的儲層主要分布在A靶點及中間位置，投產(chǎn)襯管段為3段，設計3級暫堵，逐級推動酸液向B靶點流動，保證整個井筒充滿酸液。

2.2.2 注入排量設計

為達到暫堵轉向，采用“初期小排量、暫堵定排量、后期大排量”的原則。初期以1～2m3/min小排量注入，防止壓破地層，造成酸液僅流入某一小段，盡量推動酸液深入水平段后部。暫堵階段排量為 1m3/min，既便于暫堵劑的均勻加入，又可防止原裂縫繼續(xù)延伸，造成暫堵失效。暫堵結束后，大幅度提高排量至 5m3/min以上，實現(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 2～3m3/min，加深縫口位置溶蝕，提高縫口處導流能力[9-10]。階段排量設計實例見表4。

表4 多級暫堵酸化泵注排量設計實例

2.3 暫堵劑泵注工藝

酸化過程中，暫堵纖維要求大量、快速均勻地加入，為此研發(fā)了專用纖維泵進行加注，實現(xiàn)精確計量和快速加注。纖維泵通過機械混合系統(tǒng)，將成塊狀的纖維自動打散，通過鼓風機送入混合筒內(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，充分攪拌均勻后，經(jīng)壓裂車注入井筒。該系統(tǒng)能滿足最大30kg/min加入速度。

3 現(xiàn)場應用情況

截至2013年8月，共實施多級暫堵酸化8口井，施工成功率為100%。統(tǒng)計結果表明，部分井暫堵后地面壓力上升1.0～11.0MPa，12級暫堵中的9級壓力上升較顯著，暫堵有效率為75%（表5）。YB204-1H井Ⅰ類儲層比例大，儲層吸酸強度大，暫堵效果不明顯，其余井儲層性質(zhì)相對較差，施工曲線顯示壓力快速上升，起到了暫堵轉向作用。實施該工藝后，氣井產(chǎn)量與酸化前自然產(chǎn)能相比，增產(chǎn)倍比為2.2～5.0，增產(chǎn)有效率為100%。

表5 部分井投產(chǎn)井酸化施工參數(shù)統(tǒng)計

4 結 論

（1）常規(guī)暫堵劑滿足不了元壩氣藏超深水平井的暫堵要求，室內(nèi)實驗表明，新型有機纖維暫堵劑暫堵效果好，在高溫酸性環(huán)境中溶解率高，達到暫堵和零殘留的目標。

（2）暫堵酸化參數(shù)設計是工藝的關鍵，酸化前利用液氮誘噴凈化井筒，根據(jù)水平段儲層分布及襯管段確定暫堵級數(shù)為2～4級，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，可取得較好的施工效果。

（3）現(xiàn)場實施效果表明，纖維暫堵有效率為75%，增產(chǎn)倍比為2.2～5.0，說明該工藝在深層碳酸鹽巖地層有較好的適應性。

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