酸化過程中儲層條件對注酸強(qiáng)度和注酸速度的影響研究

王勇 （中石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西 西安710021）

李年銀 （油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 （西南石油大學(xué)），四川 成都610500）

隋蕾，申曉莉，陸小兵 （中石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西 西安710021）

儲層地質(zhì)條件是影響酸化效果的物質(zhì)基礎(chǔ)［1，2］。儲層礦物成分影響酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的大小，儲層裂縫發(fā)育程度和物性的好壞對酸液和壓裂液的濾失有較大影響；更重要的是儲層條件直接影響著注酸速度和注酸強(qiáng)度，而最佳注酸速度和注酸強(qiáng)度又是決定酸化成功與否和酸化施工效果的關(guān)鍵參數(shù)。天然裂縫對孔隙度、滲透率有決定性影響，筆者主要針對儲層巖石敏感性、儲層天然裂縫頻度及寬度等儲層條件對注酸速度和注酸強(qiáng)的影響進(jìn)行了分析。

1 巖石敏感性對注酸速度和注酸強(qiáng)度的影響

參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T5358－2009，采用地層水和煤油開展儲層裂縫巖心速敏試驗，試驗結(jié)果 （見圖1、圖2）表明，當(dāng)裂縫寬度w 較小時，速敏嚴(yán)重，隨著裂縫寬度的增大，2種流體的速敏程度都逐漸弱。從速敏試驗和儲層潛在損害因素分析可見，在實際生產(chǎn)過程中，微裂縫對油流貢獻(xiàn)不大，而提供油流通道的主要是較大的裂縫［3］。酸敏試驗結(jié)果同速敏結(jié)果一致。在試驗中都發(fā)現(xiàn)裂縫表面有被酸蝕的“蚓孔”，而且在裂縫中 “蚓孔”增大了滲透率，無酸敏。小裂縫則酸敏嚴(yán)重，滲透率下降。造成這種現(xiàn)象的原因是由于酸與巖石作用后產(chǎn)生了一些酸不溶解的微粒［4］。由于裂縫小，這些微粒在排酸時堵塞了小裂縫。而在大裂縫中，這些微粒在排酸時隨殘酸排出，故滲透率上升。

由上述分析可知，如果采用常規(guī)解堵酸化工藝，不論注入速度如何，微小裂縫的滲透率都會下降［5，6］。這是因為酸不溶解的微粒堵塞裂縫造成的。這需要從酸化工藝上想辦法解決，優(yōu)化常規(guī)酸化的施工參數(shù)并不能解決［7］。因此，儲層的敏感性 （速敏、酸敏等）不對注酸速度和注酸強(qiáng)度作限制。

圖1 裂縫儲層鹽水速敏曲線

圖2 裂縫儲層煤油速敏曲線

2 天然裂縫對注酸強(qiáng)度和注酸速度的影響

基于雙重介質(zhì)油藏滲流理論及酸巖反應(yīng)熱力學(xué)與動力學(xué)理論，建立酸液在雙重介質(zhì) （基質(zhì)和天然裂縫）中的滲流數(shù)學(xué)模型、酸巖反應(yīng)模型和地層溫度場模型，模擬了天然裂縫分布對注酸強(qiáng)度和注酸速度的影響，以酸液的穿透作用距離為評價酸化效果的主要標(biāo)準(zhǔn)之一，對各影響因素 （注入速度，注酸強(qiáng)度，天然裂縫分布等）作了分析研究。

2．1 天然裂縫的分布與孔隙度、滲透率的關(guān)系

天然裂縫對孔隙度、滲透率有決定性影響。

已知裂縫寬度w 和頻度，則裂縫滲透率Kf為：

裂縫孔隙度φf為：

式中，Kf為裂縫滲透率，mD；w 為裂縫寬度，mm；δ為2條縫間距，m；φf為孔隙度。

式（1）和式 （2）即表征了天然裂縫的分布與滲透率和孔隙度的關(guān)系。

2．2 裂縫頻度的影響

在一定注酸強(qiáng)度條件下，天然裂縫頻度對酸液穿透深度的影響如圖3所示。由圖3可以看出，隨裂縫頻度的增加，酸液穿透深度逐漸下降。這是因為隨著裂縫頻度的增加，導(dǎo)致酸液在縫中的流速降低、面容比增大，繼而使得酸巖反應(yīng)速度加快，酸液穿透深度不斷下降。

圖4是在注酸速度（0．01m3／（m·min））一定的條件下，注酸強(qiáng)度隨裂縫頻度的變化關(guān)系曲線。由圖4可見，要達(dá)到一定的穿透深度，若天然裂縫頻度較高，則必須提高注酸強(qiáng)度。由此得出的結(jié)論同前述一致。因此，對于天然裂縫較為發(fā)育的地層，為了增大酸液的有效作用距離，應(yīng)適當(dāng)提高注酸強(qiáng)度。

圖3 裂縫頻度對酸液穿透深度的影響

2．3 裂縫寬度的影響

圖5為裂縫寬度與酸液穿透深度的關(guān)系曲線，可以看出，在注酸強(qiáng)度（1m3／m）一定的條件下，隨著裂縫寬度的增加，酸液穿透深度越長，而且在裂縫寬度一定時，注酸速度越大，酸液穿透深度越長。這是因為當(dāng)?shù)貙犹烊涣芽p較寬時，一方面增大了H＋的傳質(zhì)距離，降低了酸液在裂縫中的反應(yīng)速度，另一方面，由于裂縫寬度越大，酸液在裂縫中的滲流阻力則越小，一定的注入壓力下酸液的穿透距離則越遠(yuǎn)［8，9］。因此，在一定的條件下，天然裂縫愈寬，酸液穿透深度越大；在穿透相同的深度時，所需的注酸速度則較小。

不同注酸速度條件下，酸液穿透深度隨注酸強(qiáng)度的變化關(guān)系曲線如圖6所示。根據(jù)曲線變化趨勢情況看，注酸初期，隨著注酸量的增加，酸液穿透深度不斷增加，當(dāng)注酸量達(dá)到一定值之后，酸液穿透深度則不再增加。這是由于鹽酸與灰?guī)r反應(yīng)速度較快，其有效作用時間較短，當(dāng)酸液在裂縫中的反應(yīng)時間超過酸液的有效作用時間后，酸液變?yōu)闅埶?，后續(xù)注入的酸液繼續(xù)溶解刻蝕被酸反應(yīng)過的裂縫壁面，加深刻蝕溝槽，使得酸蝕裂縫導(dǎo)流能力增加而穿透深度則不變或增加很小。當(dāng)酸液穿透深度不再隨注酸強(qiáng)度增加 （或增加趨勢明顯變慢）時的注酸強(qiáng)度稱為 “最佳注酸強(qiáng)度”［10～12］。

當(dāng)然，對于同一地層不同的酸液類型，其 “最佳注酸強(qiáng)度”不一樣。實際酸化施工設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合室內(nèi)試驗，基于各種酸液的 “殘酸極限濃度”選擇其“最佳注酸強(qiáng)度”，若設(shè)計注酸強(qiáng)度超過該值，不但不經(jīng)濟(jì)，還會因酸液的過度溶蝕而導(dǎo)致酸蝕裂縫導(dǎo)流能力反而下降以及殘酸返排困難等諸多問題。由圖6還可以看出，隨注酸強(qiáng)度提高，酸液穿透深度增大，可見大的注酸排量對提高酸化效果是有利的。

圖4 裂縫頻度對注酸強(qiáng)度的影響

圖5 裂縫寬度對酸液穿透深度的影響

圖6 酸液穿透深度對注酸強(qiáng)度的影響

3 酸蝕蚓孔對注酸強(qiáng)度和注酸速度的影響

另外注酸強(qiáng)度還受制于濾失量的影響。注酸強(qiáng)度的大小最終主要受制于有效作用時間te和有效作用半徑Le。由于酸液向基質(zhì)的濾失，使得其向地層深部推進(jìn)速度降低，在有效作用時間te內(nèi)，推進(jìn)速度的降低必然導(dǎo)致有效作用半徑的降低。為了獲得一定的有效作用范圍，從濾失的角度出發(fā)，應(yīng)考慮注酸強(qiáng)度及注酸速度的調(diào)整。

由于基質(zhì)酸化、酸壓時裂縫的分布、幾何尺寸難以準(zhǔn)確預(yù)測，且裂縫中不同部位酸流動狀態(tài)及濃度等各不相同，從酸流速的角度考慮難以控制蚓孔的發(fā)育及生長而達(dá)到降濾的目的。只能用其他降濾措施降低酸液的濾失量，并且保持注酸速度大于酸液的濾失速度，以確保水力裂縫的正常延伸。鑒于酸壓與基質(zhì)酸化時的酸流動狀態(tài)、反應(yīng)機(jī)理的差異，只能給出注入速度的某一范圍。

4 結(jié)論

1）對于常規(guī)解堵酸化工藝，不論注入速度如何，微小裂縫的滲透率都會下降。因此儲層的敏感性（速敏、酸敏等）不對注酸速度和注酸強(qiáng)度作限制。

2）隨裂縫頻度增加，導(dǎo)致酸液在縫中的流速降低、面容比增大，繼而使得酸巖反應(yīng)速度加快，酸液穿透深度不斷下降，因此對于天然裂縫較為發(fā)育的地層，為了增大酸液穿透深度，應(yīng)適當(dāng)提高注酸強(qiáng)度和注酸速度。

3）在一定的條件下，天然裂縫愈寬，酸液穿透深度越大，在穿透相同深度時，所需的注酸速度則較?。惶烊涣芽p寬度越小，則注酸強(qiáng)度應(yīng)適當(dāng)增大。

4）一定的注酸速度條件下，酸液存在 “最佳注酸強(qiáng)度”，對于不同的酸液類型，其 “最佳注酸強(qiáng)度”不一樣，實際酸化施工設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合室內(nèi)試驗，基于不同酸液的 “殘酸極限濃度”選擇其 “最佳注酸強(qiáng)度”。

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