低滲碳酸鹽巖儲(chǔ)層新型清潔酸液體系開發(fā)研究

呂 楊，代東每，李鳳瑞，侯 瑞，徐 軍，常 森，唐 婧，文曉輝

（1.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710021；2.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安 710021）

根據(jù)世界油氣和生產(chǎn)資料統(tǒng)計(jì)，油氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量高達(dá)50 %來自碳酸鹽巖儲(chǔ)層；碳酸鹽巖油氣田是各大油田勘探研究的重點(diǎn)和焦點(diǎn)[1]。蘇里格氣田下古生界蘊(yùn)藏較豐富的碳酸鹽巖資源，是長慶油田穩(wěn)產(chǎn)5 000 萬噸的重點(diǎn)開發(fā)對(duì)象之一。面對(duì)致密的碳酸鹽巖資源開發(fā)比例增加，亟需尋找提升致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層改造效果的新技術(shù)。本文通過自主研發(fā)一套新型酸液體系，結(jié)合致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層的地質(zhì)特征，采用大排量溝通天然裂縫的改造工藝，開展了現(xiàn)場試驗(yàn)研究。

1 儲(chǔ)層發(fā)育裂縫特征

蘇里格氣田東區(qū)廣泛發(fā)育致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層。該類氣藏埋藏較深，一般為3 100～3 500 m，巖石主要以白云巖和灰?guī)r為主，儲(chǔ)層表現(xiàn)低壓（0.87～0.94 MPa/100m）、低孔（2 %～6 %）、低滲（0.01～10 mD）、非均質(zhì)性強(qiáng)等特征[4,5]。單純基質(zhì)滲透改善增產(chǎn)效果有限，更高的增產(chǎn)依靠天然裂縫的發(fā)育。該區(qū)巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖1和圖2），碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育天然縫、溶孔、溶縫等，為下古儲(chǔ)層提供天然的氣流通道。

圖1 白云巖儲(chǔ)層溶孔及溶縫（3 265.3 m，馬五13，Z**）

圖2 微晶白云巖儲(chǔ)層裂縫（SD**-62C1）

2 新型清潔酸液體系開發(fā)

新型清潔酸是在酸液中直接加入強(qiáng)酸基表面活性劑稠化劑形成。由于酸液中強(qiáng)質(zhì)子介質(zhì)使強(qiáng)酸基表面活性劑分子相互纏織在一起的蠕蟲狀膠束，在酸液中產(chǎn)生粘度形成清潔酸液體系。

2.1 強(qiáng)酸基稠化劑產(chǎn)品及評(píng)價(jià)測試

室內(nèi)按照20 %HCl 和10 %HF（無機(jī)酸）和10 %乙酸（有機(jī)酸）與不同比例強(qiáng)酸基稠化劑進(jìn)行混合，測量其稠化劑增粘和延遲交聯(lián)時(shí)間，結(jié)果（見圖3、圖4）。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，強(qiáng)酸基稠化劑在不同酸液中均有較好的溶解增粘性能，隨酸液濃度增加稠化劑溶解時(shí)間略微增長；但酸液速溶稠化劑在20 %以內(nèi)濃度的酸液（無機(jī)酸和有機(jī)酸）中溶解增粘時(shí)間小于2 min；3%～5 %的強(qiáng)酸基壓裂液稠化劑在不同酸液中初始粘度達(dá)到70～80 mPa·s，能滿足酸化、酸壓及加砂壓裂要求。

圖3 強(qiáng)酸基稠化劑增粘性能

圖4 強(qiáng)酸基稠化劑延長時(shí)間性能

2.2 強(qiáng)酸基清潔酸液體系性能

2.2.1 體系耐溫剪切性能 強(qiáng)酸基清潔酸液體系的流變曲線（見圖5）。清潔酸在50 ℃下粘度較低，具有良好的可泵性和降阻性能；在50～80 ℃條件下酸液粘度迅速升至200 mPa·s，在120 ℃條件下剪切60 min 粘度仍能保持在20 mPa·s 以上。因此，對(duì)致密裂縫發(fā)育的儲(chǔ)層進(jìn)行改造時(shí)，可利用其優(yōu)良的降濾失和緩速性能，實(shí)現(xiàn)酸液深穿透的目的，達(dá)到有效增加酸蝕縫長的目的。

圖5 強(qiáng)酸基清潔壓裂液耐溫耐剪切測試

2.2.2 體系緩速性能 室內(nèi)采用馬家溝下古天然巖心對(duì)體系進(jìn)行了靜態(tài)酸鹽反應(yīng)試驗(yàn)，試驗(yàn)條件：常壓，面容比：1：4，溫度：90 ℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖6）。

圖6 強(qiáng)酸基清潔壓裂液體系緩速性能測試

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，強(qiáng)酸基清潔壓裂液體系殘酸中的鹽酸濃度達(dá)到5 %以下時(shí)，所需的時(shí)間為普通鹽酸的6～8 倍，具有良好的緩速特征。

2.2.3 體系緩蝕性能 室內(nèi)依據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5405-1996《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》，在90 ℃條件下用N80 鋼片對(duì)強(qiáng)酸基壓裂液體系做靜態(tài)緩蝕實(shí)驗(yàn)，其腐蝕速率為5.16 g/m2·h，滿足二級(jí)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.4 體系破膠 室內(nèi)測試體系在70～110 ℃恒溫靜置3～7h，無須加破膠劑，體系可自動(dòng)破膠。

2.2.5 體系表界面張力 室內(nèi)測試該體系破膠液殘酸表面張力小于25 mN/m，界面張力低于1 mN/m，說明強(qiáng)酸基稠化劑的加入在完成酸壓（酸化）后能提高入井液殘酸的返排能力。

2.2.6 體系殘?jiān)?室內(nèi)測試體系在90 ℃、4 h 破膠后的破膠液殘?jiān)繛?.7 mg/L。強(qiáng)酸基壓裂液體系破膠后的殘?jiān)鼛缀鯙榱?，由于稠化劑主要是由小分子表面活性劑組成，表面活性劑在膠束解離后能完全溶解于酸液中，不存在任何水不溶物。

3 新型酸壓工藝方案及技術(shù)優(yōu)勢

3.1 新型清潔酸酸壓工藝

圍繞如何充分利用蘇里格致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層天然縫開展酸壓工藝研究。提出以“增加酸蝕有效距離、延伸作用體積、溝通天然縫和提高酸蝕裂縫導(dǎo)流能力”實(shí)現(xiàn)深度改造的主體工藝技術(shù)思路。

3.1.1 不加砂酸壓工藝 （1）適用條件：物性相對(duì)較好的儲(chǔ)層；（2）工藝目標(biāo)：溝通更多的天然縫，增大酸蝕作用體積；（3）工藝方式：初期高粘清潔酸造縫，之后低粘清潔酸大排量體積酸壓；（4）排液技術(shù)：液氮全程伴注，伴注比例3 %～5 %。

3.1.2 加砂酸壓工藝 （1）適用條件：高充填致密儲(chǔ)層；（2）工藝目標(biāo)：增大支撐縫長，增強(qiáng)裂縫導(dǎo)流能力；（3）工藝方式：前置液高粘清潔酸造縫，采用大排量多級(jí)加砂進(jìn)行充填；（4）排液技術(shù)：液氮全程伴注，伴注比例4 %～6 %。

3.2 技術(shù)優(yōu)勢

（1）“一液兩用”雙重功能，強(qiáng)酸基清潔壓裂液技術(shù)兼有稠化酸酸壓和交聯(lián)酸加砂壓裂技術(shù)兩者的功能。

（2）“連續(xù)混配”施工模式，稠化酸和交聯(lián)酸需要現(xiàn)場提前配液，過程復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度較高。而強(qiáng)酸基清潔酸液采用“連續(xù)混配”的施工模式，整個(gè)作業(yè)過程具有稠化劑比例可控、施工程序簡單、安全風(fēng)險(xiǎn)低等特點(diǎn)。

（3）“深度改造”效果優(yōu)勢，強(qiáng)酸基清潔酸液具有良好的緩速、高粘低濾失、較低的管路摩阻等特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)深度改造碳酸鹽巖儲(chǔ)層提供技術(shù)支持。

（4）“清潔低傷害”儲(chǔ)層保護(hù)，強(qiáng)酸基清潔酸液屬于清潔液體，具有良好的儲(chǔ)層保護(hù)作用。

4 現(xiàn)場試驗(yàn)及效果分析

4.1 酸壓試驗(yàn)及效果

針對(duì)一口物性相對(duì)較好的下古井進(jìn)行酸壓試驗(yàn)，同一井場的鄰井同層位采用稠化酸酸壓工藝。兩口井儲(chǔ)層厚度相當(dāng)，鄰井氣層物性略好。兩口井酸壓后效果：鄰井測試日產(chǎn)16 915 m3、計(jì)算無阻流量34 247 m3/d強(qiáng)酸基壓裂液酸壓的試驗(yàn)井測試日產(chǎn)23 254 m3、計(jì)算無阻流量50 247 m3/d。對(duì)比鄰井稠化酸酸壓效果表明：強(qiáng)酸基壓裂液酸壓試驗(yàn)獲得單井產(chǎn)能增加46.7 %的效果優(yōu)勢。

4.2 加砂酸壓試驗(yàn)及效果

針對(duì)另一口物性相對(duì)較差的下古儲(chǔ)層井進(jìn)行加砂酸壓試驗(yàn)。該井前期采用交聯(lián)酸加砂酸壓，由于胍膠殘?jiān)鼘?duì)人工裂縫傷害大。壓裂液粘度高，抑制了酸液在人工裂縫內(nèi)與地層反應(yīng)速度，殘液酸濃度高，酸化效果有限。采用清潔酸加砂酸壓的重復(fù)壓裂施工方案：大前置液量（50 %）、低砂比（10 %）、大排量（3～4 m3/min）、小粒徑支撐劑（40/60 目）。初次交聯(lián)酸加砂壓裂后試氣無阻流量為3 400 m3/d，強(qiáng)酸基清潔酸加砂重復(fù)改造后無阻流量為48 100 m3/d。對(duì)比表明：清潔酸加砂酸壓后單井產(chǎn)量提高14.15 倍，增產(chǎn)效果顯著。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）酸壓改造是低滲碳酸鹽巖油氣藏開發(fā)的有效途徑，裂縫發(fā)育是致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層獲取產(chǎn)能的重要因素。

（2）開發(fā)的強(qiáng)酸基清潔壓裂液具有在地層內(nèi)粘度較高、緩速性能良好、摩阻較低、可酸壓也可加砂酸壓作業(yè)、連續(xù)混配施工等優(yōu)點(diǎn)。

（3）現(xiàn)場2 井次試驗(yàn)表明：強(qiáng)酸基清潔壓裂液酸壓和加砂壓裂酸化聯(lián)作改造增產(chǎn)效果顯著，為低滲碳酸鹽巖儲(chǔ)層改造提供有利的技術(shù)支持。

［1］ 江懷友. 世界海相碳酸鹽巖油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀與展望［R］.中國石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，2008.

［2］ 王成俊，等.碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸壓工藝技術(shù)的概況和發(fā)展方向［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，22（s1）：86-88.

［3］ 王海濤，伊向藝，盧淵，等.交聯(lián)酸攜砂酸壓在白云巖氣藏改造中的應(yīng)用［J］.油氣井試，2012，19（5）：58-62.

［4］ 李浮萍，盧濤，等. 蘇里格氣田東區(qū)下古生界馬五14儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2012，34（7）：32-36.

［5］ 黎菁，趙峰，等. 蘇里格氣田東區(qū)致密砂巖氣藏儲(chǔ)層物性下限值的確定［J］.地質(zhì)勘探，2012，32（6）：31-34.