水平井分段轉(zhuǎn)向酸酸化壓裂技術

艾 昆，賈光亮，張會師，劉俊邦

(1.中石化華北石油工程有限公司，河南 鄭州 450000;2.中油長慶油田分公司，陜西 西安 710021)

引 言

大牛地氣田下古生界奧陶系風化殼碳酸鹽巖儲氣層為典型的低壓、低孔、低滲致密儲層。截至目前，大牛地氣田下古生界共酸化壓裂改造直井101層次，水平井7口(油層68段)，其中獲得工業(yè)氣流44層次?？傮w來看，直井改造后產(chǎn)能較低，水平井雖有所突破，但整體酸化壓裂施工效果不理想［1－7］。為獲得碳酸鹽巖儲層酸化壓裂工藝的突破，進行了水平井分段轉(zhuǎn)向酸酸化壓裂工藝技術研究與應用。

1 轉(zhuǎn)向機理

清潔自轉(zhuǎn)向劑由多種表面活性劑復合而成，其在地層中隨著酸液的消耗，pH值上升，當pH值上升至2～3時，液體由線性流體變成黏彈性凍膠狀［8］，增加了酸液在地層微裂縫及孔道中的流動阻力，迫使酸液轉(zhuǎn)向其他流動阻力相對較小的孔道［9－10］，起到降低濾失和轉(zhuǎn)向的目的。

2 轉(zhuǎn)向酸A特性

轉(zhuǎn)向酸A配方為:20.0%HCl+4.5%BA1－27(轉(zhuǎn)向劑)+1.5%BA1－11(緩蝕劑)+1%BA1－2(鐵離子穩(wěn)定劑)。

2.1 轉(zhuǎn)向酸A流變性

在90℃下，對轉(zhuǎn)向酸A的流變性進行了測試(圖1)。實驗證明:加，最高達到150 mPa·s，后期黏度基本保持穩(wěn)定，剪切90 min后酸液黏度依然保持在60 mPa·s左右，與鮮酸形成黏度差，具有很好的降濾失及分流轉(zhuǎn)向性能。

圖1 轉(zhuǎn)向酸A流變性能測試結(jié)果

2.2 轉(zhuǎn)向酸A緩速性能

在室內(nèi)對比了轉(zhuǎn)向酸與空白酸(無轉(zhuǎn)向劑)的反應速度，測定了其緩速率(圖2)。實驗說明轉(zhuǎn)向酸A液具有很好的緩速效果。

圖2 轉(zhuǎn)向酸與空白酸的酸濃度與反應時間關系對比

2.3 轉(zhuǎn)向酸A轉(zhuǎn)向性能

轉(zhuǎn)向酸A 注酸壓力曲線見圖3。初期注入壓力較為平緩，注入轉(zhuǎn)向劑時，注入壓力比(注入轉(zhuǎn)向劑前后注入壓力比)持續(xù)上升，表明酸液的黏度在酸化過程中增加，形成一種暫堵段塞，是體系分流能力的體現(xiàn)。實驗巖心的入口面沒有任何殘留物，表明轉(zhuǎn)向過程發(fā)生在巖心內(nèi)部。

圖3 轉(zhuǎn)向酸體系注酸過程中的壓力響應曲線

3 轉(zhuǎn)向酸B特性

轉(zhuǎn)向酸B是在轉(zhuǎn)向酸A的基礎上加入降阻劑以達到降低施工摩阻的作用。轉(zhuǎn)向酸B配方為:20.0%HCl+1.0%BA1－27(轉(zhuǎn)向劑)+1.5%BA1－11(緩蝕劑)+1.0%BA1－2(鐵離子穩(wěn)定劑)+2.0%BA1－9(降阻劑)。

轉(zhuǎn)向酸B在排量為4 m3/min時，在?88.9 mm油管中的流動摩阻系數(shù)為6.45 MPa/km，折合計算出轉(zhuǎn)向酸B摩阻為清水摩阻(14.34 MPa/km)的45%，降阻率達到了55%。

4 酸化壓裂工藝

4.1 技術要求

(1)由于儲層壓力系數(shù)較低，現(xiàn)場施工采用全程泵注液氮的工藝，同時盡量縮短壓裂后關井時間，以充分利用酸巖反應形成CO2的能量，增加壓裂后儲層的返排能力，減少殘酸對儲層的再次傷害。

(2)水平井裸眼管外封隔器分段完井管柱，投球滑套所產(chǎn)生的節(jié)流摩阻較大，為降低地面施工壓力，保證施工安全，要求鉆井井眼的水平段方位與大牛地氣田馬五儲層的最大水平主應力方向(北偏東64～75°)近似垂直，以減少近井地帶復雜裂縫的形成，保證橫切井筒的人工裂縫更好地溝通天然裂縫。

4.2 酸化壓裂管柱

完井酸化壓裂管柱采用酸化壓裂生產(chǎn)聯(lián)作管柱+裸眼封隔器+壓裂滑套一體化結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)一趟管柱完成裸眼分段完井、分段酸化壓裂、排液、投產(chǎn)一體化作業(yè)，適應于水平井分段壓裂改造。其主要特點:①封隔器之間采用?114.3 mm套管代替生產(chǎn)油管，大通徑套管既起到減小施工阻力穩(wěn)定井壁作用，同時又是儲層改造及生產(chǎn)通道，適用于有可能發(fā)生井眼垮塌的儲層;②采用尾管懸掛器或完井封隔器懸掛下部完井管柱;③以懸掛器、裸眼封隔器作為封隔儲層的生產(chǎn)封隔器;④以壓裂滑套、浮閥等作為流量控制裝置，起到井下節(jié)流器的作用，可有效減少生產(chǎn)過程中水合物的形成，降低氣井過早水淹的風險。

4.3 施工工藝

對于不同的儲層特性，依據(jù)地質(zhì)設計要求，結(jié)合儲層顯示情況，裸眼井段間距設置為80～150 m。對于物性顯示差的水平段，采用轉(zhuǎn)向酸A實施深度酸化壓裂，突破井筒區(qū)域的致密帶，盡量溝通井筒周圍裂縫系統(tǒng)，以獲得好的改造效果。通過FracproPT軟件模擬確定轉(zhuǎn)向酸A的用量。對于儲層條件較好的重點改造層段，在深度酸化壓裂的同時，盡量溝通天然裂縫系統(tǒng)，采用不同類型酸液交替注入的方式，并采用大排量施工。根據(jù)注酸排量(5.0 m3/min)的摩阻模擬計算結(jié)果，采用轉(zhuǎn)向酸A+轉(zhuǎn)向酸B的模式，通過FracproPT軟件模擬確定轉(zhuǎn)向酸A和B的用量。

5 現(xiàn)場應用及效果

對大12井區(qū)A井奧陶系馬五段5層進行了水平井管外封隔器分段轉(zhuǎn)向酸壓裂試驗。A井構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，垂深為2897 m，水平段長度為1000 m，鉆遇具有全烴顯示的總長度為185 m。儲層孔隙度為1.3% ～11.0%，滲透率為0.001×10－3～1.300 ×10－3μm2，含氣飽和度為10.2% ～71.0%，泥質(zhì)含量較低，總體上儲層物性較差，借鑒鄰井參數(shù)預測本井地層壓力系數(shù)為0.86，具有典型的低壓、低孔、低滲特征。

根據(jù)該井不同封隔層段的地質(zhì)情況，兼顧每段的產(chǎn)能和裂縫擴展情況，對不同層段施工參數(shù)進行了優(yōu)化(表1)。

表1 A井分段酸化壓裂參數(shù)

該井壓裂共注入酸量2236.4 m3(轉(zhuǎn)向酸A 1302.0 m3，轉(zhuǎn)向酸 B 934.4 m3)，累計注入液氮110 m3。注轉(zhuǎn)向酸期間油壓平穩(wěn)上升后減小，說明轉(zhuǎn)向酸對裂縫發(fā)育儲層段具有降低濾失和暫堵轉(zhuǎn)向的作用，使得后面泵注的鮮酸能夠更好地對致密儲層進行刻蝕，達到均勻改造的目的。壓裂后進行返排試氣，累計排液1288.6 m3，返排率為56.6%，說明施工全程泵注液氮有效地提高了儲層的返排能力。試氣無阻流量為5.92×104m3/d。

6 結(jié)論

(1)轉(zhuǎn)向酸與巖層反應的殘酸和鮮酸形成黏度差，具有很好的降濾及分流轉(zhuǎn)向性能。

(2)酸化壓裂管柱采用酸化壓裂、生產(chǎn)聯(lián)作管柱+裸眼封隔器+壓裂滑套一體化結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)一趟管柱完成裸眼分段完井、分段酸壓、排液、投產(chǎn)一體化作業(yè)，適應于水平井分段壓裂改造。

(3)對于大牛地氣田奧陶系馬五段整體物性較差、微裂縫發(fā)育的儲層，根據(jù)酸化壓裂層段儲層差異，有針對性選擇轉(zhuǎn)向酸酸化壓裂工藝及酸液體系，在儲層錄井無顯示段，采用深度酸化壓裂改造思路，在儲層錄井顯示較好段，在儲層深度改造的同時，兼顧均勻改造的思路，可以取得較好的改造效果。

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