復(fù)雜砂巖氣藏酸化酸液體系優(yōu)選①

茍 波 郭建春 何春明,3 陸燈云 張明友 雷躍雨

(1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西南石油大學(xué)))

(2.塔里木石油勘探開(kāi)發(fā)指揮部第二勘探公司)

(3.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院 4.中國(guó)石油西南油氣田公司蜀南氣礦合江采氣作業(yè)區(qū))

TZ氣藏產(chǎn)層為新近系的吉迪克組，沉積環(huán)境為寬淺鹽湖沉積，產(chǎn)層段砂泥巖共劃分出4大類(lèi)12個(gè)巖石相。其中粉砂巖相發(fā)育，而粉砂巖相又包括灰質(zhì)粉砂巖相、粉砂巖相、泥質(zhì)粉砂巖相等，對(duì)應(yīng)的巖石類(lèi)型有含灰質(zhì)的粉砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等，巖石類(lèi)型相當(dāng)復(fù)雜，主要巖石類(lèi)型為灰質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。前期借鑒Harry[1]的砂巖酸化酸液體系選擇經(jīng)驗(yàn)，選擇了一套酸液體系，但酸化效果不理想。針對(duì)TZ氣藏這類(lèi)復(fù)雜砂巖儲(chǔ)層的酸液體系優(yōu)選，不能盲目照搬酸化經(jīng)驗(yàn)，需要開(kāi)展室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。本實(shí)驗(yàn)利用氣藏前期經(jīng)驗(yàn)選擇的酸液體系與現(xiàn)場(chǎng)兩類(lèi)典型的巖石開(kāi)展酸化物理模擬實(shí)驗(yàn)，分析酸化效果，根據(jù)酸化效果優(yōu)選適合TZ氣藏復(fù)雜砂巖儲(chǔ)層特征的酸液體系。

1 儲(chǔ)層巖石礦物特征分析

酸液體系的選擇需首先分析巖石礦物成分。選取TZ氣藏TZ2井區(qū)代表井TZ-2井、TZ3井區(qū)代表井TZ-3井的巖心，利用X射線(xiàn)衍射分析法確定巖石礦物組成(見(jiàn)表1)[2]。

表1 全巖X衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果

TZ-2產(chǎn)層段巖石礦物成分主要為石英和碎屑，碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(20%～30%)；TZ-3井碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低(小于10%)，黏土含量較高，部分井段達(dá)到了30%(w)，但仍以石英和碎屑成分為主。這兩口井的巖石類(lèi)型代表了TZ氣藏兩類(lèi)典型的砂巖類(lèi)型，一類(lèi)是碳酸鹽礦物含量較高的砂巖儲(chǔ)層；一類(lèi)是黏土含量較高的泥質(zhì)砂巖儲(chǔ)層。復(fù)雜的砂巖礦物組成特征決定了TZ氣藏酸液體系的復(fù)雜性，后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究以這兩井的巖心為對(duì)象。

黏土礦物分析(表2)表明，儲(chǔ)層黏土礦物主要以速敏性礦物伊利石為主，其次為水敏性礦物伊/蒙混層，此外還含有少量酸敏性礦物綠泥石。從黏土礦物分析，伊利石含量高，酸化后容易破碎形成微粒，通過(guò)流體運(yùn)移堵塞孔隙喉道；伊/蒙混層含量高，酸化后易造成礦物膨脹、脫落堵塞孔隙喉道，降低酸化效果[3-4]。因此，TZ氣藏酸液體系必須考慮盡量減小酸化后造成的二次傷害。

表2 黏土礦物分析

2 酸液體系優(yōu)選

2.1 實(shí)驗(yàn)原理及步驟

將選取的TZ-2井、TZ-3井巖心制成標(biāo)準(zhǔn)巖樣，采用巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M酸化效果[5]。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1) 氣測(cè)標(biāo)準(zhǔn)巖心的初始滲透率k1。

(2) 開(kāi)展鉆井液污染實(shí)驗(yàn)，測(cè)試巖心污染后的滲透率k2。

(3 ) 采用不同的酸液體系驅(qū)替巖心，開(kāi)展酸化解堵實(shí)驗(yàn)，測(cè)定解堵后的滲透率k3。

實(shí)驗(yàn)條件：驅(qū)替壓力2 MPa，溫度(儲(chǔ)層溫度)60 ℃。

實(shí)驗(yàn)配方：

(1) 復(fù)合鹽XSQB-tek鉆井液。

(2) 經(jīng)驗(yàn)選擇的酸液體系：前置酸(鹽酸)配方——12%(w)HCl+2%(w)緩蝕劑+1%(w)鐵離子穩(wěn)定劑+1%(w)破乳劑+1%(w)助排劑+2%(w)黏土穩(wěn)定劑；主體酸(土酸)配方——12%(w)HCl+2%(w)HF+2%(w)緩蝕劑+1%(w)鐵離子穩(wěn)定劑+1%(w)破乳劑+1%(w)助排劑+2%(w)黏土穩(wěn)定劑。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.2.1鉆井液污染傷害

鉆井過(guò)程中，鉆井液與儲(chǔ)層巖石長(zhǎng)期接觸，鉆井液的固相、液相不可避免地進(jìn)入儲(chǔ)層孔隙空間，對(duì)儲(chǔ)層造成傷害[6]。酸化目的之一就是解除鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的污染。因此，弄清鉆井液的傷害程度有助于酸液體系的選擇和用酸量的確定[7]。

表3是儲(chǔ)層巖心被鉆井液傷害2 h后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從表3可以看出，鉆井液對(duì)儲(chǔ)層巖心滲透率的傷害超過(guò)70%；儲(chǔ)層物性越好，鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度越嚴(yán)重。鉆井液與巖心相接觸的端面形成了一層較厚的泥餅(圖1(b))。

表3 鉆井液傷害測(cè)試

為了進(jìn)一步明確鉆井液對(duì)儲(chǔ)層傷害程度，對(duì)1#巖心和3#巖心刮去接觸端面鉆井液濾餅，測(cè)試刮去濾餅后的巖心滲透率。從實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果(表4)可知，刮去濾餅后巖心的傷害程度從70%以上降低到40%左右，傷害程度大幅度降低；同時(shí)可以看出單純的解除外部濾餅的傷害難以有效恢復(fù)儲(chǔ)層的原始滲透率。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，外部濾餅的堵塞僅是巖心傷害的一部分，其他如內(nèi)部濾餅、鉆井液濾液同樣會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成較大的傷害[8]。

表4 刮去濾餅后滲透率恢復(fù)結(jié)果

2.2.2酸化解堵效果分析

(1) 鹽酸酸化效果分析。對(duì)于TZ2井區(qū)這類(lèi)碳酸鹽礦物含量高的儲(chǔ)層，賀承祖、Harry O. McLeod Jr等學(xué)者[1，9]認(rèn)為，僅采用鹽酸酸化即可。實(shí)驗(yàn)選取TZ2井區(qū)5#巖心，開(kāi)展鹽酸酸化解堵實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出(圖2)，鉆井液污染后，巖心滲透率傷害率達(dá)84.3%，鹽酸酸化后滲透率僅恢復(fù)到初始值的23.5%，因此單靠鹽酸酸化解除鉆井液傷害的能力有限。

從酸液體系對(duì)鉆井液泥餅的溶蝕率(表5)可知，鹽酸對(duì)泥餅的溶蝕能力有限(最高僅24.65%)，因此鹽酸酸化后巖心滲透率恢復(fù)率很低。實(shí)質(zhì)上，賀承祖等人[9]未考慮鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的嚴(yán)重傷害，Harry O. McLeod Jr[1]沒(méi)有考慮鹽酸對(duì)不同鉆井液體系泥餅的溶蝕程度差異。

(2) “前置酸+主體酸”酸化效果分析。選取TZ氣藏前期酸化廣泛采用的酸液體系，用TZ2、TZ3井區(qū)的巖心先做鉆井液污染實(shí)驗(yàn)，然后做“前置酸+主體酸”酸化的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

表5 不同酸液對(duì)鉆井液泥餅的溶蝕實(shí)驗(yàn)

表6 不同井區(qū)酸化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表6)可以看出，“前置酸+主體酸”對(duì)儲(chǔ)層的酸化效果較鹽酸有大幅度的提高，特別是TZ-2井7#、8#巖心，酸化后的巖心滲透率超過(guò)了初始滲透率；TZ-3井酸化后，滲透率有一定恢復(fù)，但恢復(fù)效果沒(méi)有TZ-2井好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，需要對(duì)TZ氣藏不同井區(qū)所選擇的酸液體系開(kāi)展有針對(duì)性的優(yōu)化，才能更好地提高區(qū)塊酸化效果。考慮到不同井區(qū)儲(chǔ)層巖性存在一定的差異，分別對(duì)TZ-2井、TZ-3井酸化后的巖心進(jìn)行分析。

從7#巖心酸液入口端面分析，酸化后巖心表面的鉆井液堵塞大幅度減小，同時(shí)在巖樣的酸液入口端、中間區(qū)域以及出口端出現(xiàn)了大量小尺寸的溶蝕孔洞(紅圈標(biāo)示)，這種溶蝕孔洞在碳酸鹽巖酸化中經(jīng)常出現(xiàn)稱(chēng)為“酸蝕蚓孔”[10]。全巖礦物分析(表1)表明，TZ-2井碳酸鹽礦物含量較高，酸化過(guò)程中酸液溶蝕的碳酸鹽礦物區(qū)域容易形成“酸蝕蚓孔”。對(duì)于碳酸鹽礦物含量高的砂巖儲(chǔ)層，酸蝕蚓孔的產(chǎn)生有利于提高酸化效果；從圖3(a)看出酸化后酸液入口端面的巖心已經(jīng)出現(xiàn)了裂縫，表明TZ-2井的巖心結(jié)構(gòu)較疏松，酸化時(shí)需要考慮避免對(duì)巖石骨架破壞。為進(jìn)一步溶蝕TZ-2井儲(chǔ)層巖石中的碳酸鹽礦物，提高酸化效果，實(shí)驗(yàn)對(duì)8#巖心增加了用酸量。

8#巖心酸化后巖樣(圖4(a))出現(xiàn)了破碎，因此酸化后滲透率大幅增加(表6)，極可能是巖心出現(xiàn)破碎造成巖樣滲流能力大幅增加的假象。酸化不僅溶蝕了堵塞礦物，也在一定程度上破壞了巖石結(jié)構(gòu)，主體酸中氫氟酸濃度過(guò)高或大規(guī)模酸化極易破壞巖石結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致儲(chǔ)層出砂[11]。從酸化后巖樣的電鏡掃描(圖4(b))分析，酸化后巖心出現(xiàn)了大量的未膠結(jié)物和次生礦物，說(shuō)明目前的酸液體系產(chǎn)生的酸化二次傷害較嚴(yán)重，同時(shí)也極容易破壞巖石結(jié)構(gòu)。

從圖5可看出，TZ3井區(qū)9#巖樣酸化后與TZ2井區(qū)7#巖樣有較大的差異。9#巖樣酸化后并未出現(xiàn)“酸蝕蚓孔”。由于物性普遍較TZ2井區(qū)差，因此對(duì)TZ3井區(qū)可以考慮提高用酸量，以提高儲(chǔ)層酸化效果。

11#巖樣經(jīng)大規(guī)模酸化后，巖心的強(qiáng)度有所降低，部分區(qū)域存在脫落現(xiàn)象(圖6(a))，但整體結(jié)構(gòu)并未發(fā)生如8#巖心較大的變化，說(shuō)明TZ3井區(qū)的儲(chǔ)層對(duì)用酸規(guī)模的敏感性較TZ2井區(qū)大幅度降低；酸化結(jié)果(表6)表明，提高本井區(qū)用酸量有利于提高酸化效果。從酸化后的掃描電鏡分析(圖6(b))可見(jiàn)，11#巖心酸化后，孔隙空間有一定改善，但明顯沒(méi)有8#巖心改善效果好，同時(shí)孔隙喉道附近仍然附著大量微粒，表明酸化后出現(xiàn)了次生礦物的傷害。

綜合以上實(shí)驗(yàn)分析，TZ氣藏由于砂巖礦物組成及物性的差異，相同的酸液體系在不同井區(qū)的酸化效果存在較大差異，因此TZ氣藏酸化酸液體系的選擇必須堅(jiān)持“一井區(qū)一酸液體系”的優(yōu)化策略。

2.2.3酸液體系調(diào)整

綠林地生境中,群落穩(wěn)定性(B1)受鄉(xiāng)村性影響明顯,原因可能是較多經(jīng)濟(jì)林被綠化景觀林所替代,導(dǎo)致了物種多樣性、結(jié)構(gòu)豐富度、林冠郁閉度、種群更新潛力、生長(zhǎng)勢(shì)的全面降低。物種豐富度均值由10.05降低為9.56,復(fù)層數(shù)均值由2.95降低為2.5,林冠郁閉度由61%降低為53%。村落中原有的經(jīng)濟(jì)林如散生竹林、香樟(Cinnamomum camphora)林、櫸樹(shù)(Zelkova serrata)林等由于群落發(fā)育時(shí)間較長(zhǎng),具有比較高的群落穩(wěn)定性和典型性,應(yīng)予以重視和保護(hù)。

實(shí)驗(yàn)分析表明，TZ氣藏的儲(chǔ)層傷害主要為鉆井液固相堵塞傷害，因此需要酸化在解除堵塞的同時(shí)能進(jìn)一步溶蝕儲(chǔ)層。鉆井液泥餅溶蝕率實(shí)驗(yàn)表明(表5)，在各種土酸濃度下，都能實(shí)現(xiàn)較好的溶蝕(28.95%～41.95%)，選擇鉆井液泥餅溶蝕率超過(guò)30%的酸液體系[12]，在此基礎(chǔ)上兼顧對(duì)儲(chǔ)層巖石溶蝕以及避免巖心結(jié)構(gòu)破壞、減小因酸化引起的二次傷害。

表7 TZ氣藏調(diào)整后的酸液體系

針對(duì)TZ2井區(qū)巖心碳酸鹽礦物含量高，骨架較疏松，在原配方基礎(chǔ)上將前置酸中的鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由12%提高到15%，增大前置酸對(duì)儲(chǔ)層碳酸鹽礦物的溶蝕；將主體酸中的氫氟酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)由2%下調(diào)到1%，防止主體酸含量過(guò)高造成對(duì)巖石骨架的破壞，同時(shí)將主體酸中鹽酸與氫氟酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)比由6∶1(12%∶2%)提高到12∶1(12%∶1%)，有利于減少酸化反應(yīng)二次礦物沉淀對(duì)儲(chǔ)層的傷害[13-14]。針對(duì)TZ3井區(qū)碳酸鹽礦物含量不高，巖石膠結(jié)強(qiáng)度較好、黏土礦物含量較高的特征，前置酸配方不變，主體酸鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由12%增加到13.5%(表1)。增加主體酸中鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有利于減少酸化反應(yīng)產(chǎn)生的二次傷害；氫氟酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，可保證對(duì)黏土礦物的充分溶蝕，提高酸化效果。

采用調(diào)整后的酸液配方開(kāi)展了酸化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表8)表明，調(diào)整酸液配方后，巖心滲透率的恢復(fù)率較之前(表6)有大幅提高。TZ2井區(qū)滲透率恢復(fù)率至少提高了30%左右，TZ3井區(qū)滲透率恢復(fù)率提高了5%～10%左右。

表8 調(diào)整酸液配方后酸化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從TZ2井區(qū)12#巖心酸化結(jié)果分析，調(diào)整酸液配方后，酸化后巖石進(jìn)酸端(圖7(a))沒(méi)有出現(xiàn)明顯的破壞，可運(yùn)移微粒數(shù)量有一定下降(圖7(b))。

從TZ3井區(qū)14#巖心酸化實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖8)分析，酸化后巖石的孔隙空間明顯增大，運(yùn)移顆粒數(shù)量相對(duì)較少。顆粒運(yùn)移的減少有利于提高酸化效果。

通過(guò)系統(tǒng)的酸化實(shí)驗(yàn)研究，并結(jié)合對(duì)酸化后巖心內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察看出，調(diào)整后的酸液配方雖然導(dǎo)致儲(chǔ)層巖心的溶蝕能力有一定程度降低，但酸化后未出現(xiàn)明顯的巖石結(jié)構(gòu)破壞，巖心產(chǎn)生二次傷害的幾率也減小，更有利于提高酸化效果。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

實(shí)驗(yàn)優(yōu)選的酸液體系在TZ2、TZ3井區(qū)成功應(yīng)用7井次(表9)，酸化后儲(chǔ)層表皮系數(shù)降至0左右，油管壓力和日產(chǎn)量均有明顯增加，表明新體系較好地解除了儲(chǔ)層污染，提高了酸化效果。

表9 TZ氣藏酸化效果統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 論

通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，針對(duì)TZ氣藏復(fù)雜砂巖儲(chǔ)層酸化得出以下主要結(jié)論：

(1) TZ氣藏復(fù)雜的砂巖儲(chǔ)層特征決定了酸液體系選擇的復(fù)雜性，僅憑經(jīng)驗(yàn)選擇的一套酸液體系難以解決復(fù)雜地質(zhì)特征的酸化問(wèn)題，應(yīng)堅(jiān)持“一井區(qū)一酸液體系”的策略。

(2) 對(duì)于TZ氣藏碳酸鹽礦物含量高的儲(chǔ)層(TZ2井區(qū))，僅用鹽酸難以實(shí)現(xiàn)有效酸化，同時(shí)此類(lèi)儲(chǔ)層酸化應(yīng)注意控制酸液濃度和用酸量，防止酸液對(duì)儲(chǔ)層的過(guò)度溶蝕，造成巖石結(jié)構(gòu)破壞；對(duì)于泥質(zhì)含量較高的儲(chǔ)層(TZ3井區(qū))，應(yīng)適當(dāng)增加用酸量，在解除鉆井液對(duì)儲(chǔ)層傷害的同時(shí)，應(yīng)擴(kuò)大對(duì)儲(chǔ)層巖心黏土礦物的溶蝕，盡量提高酸化效果。

(3) 針對(duì)TZ氣藏碳酸鹽礦物含量高、膠結(jié)疏松的儲(chǔ)層，前置酸中鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到15%，主體酸中氫氟酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到1%；對(duì)于泥質(zhì)含量高、膠結(jié)強(qiáng)度高的儲(chǔ)層，將主體酸中的鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到13.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，調(diào)整后的酸液配方儲(chǔ)層酸化效果較好。

(4) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)優(yōu)選的酸液體系能有效地解除儲(chǔ)層污染，提高酸化效果。

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