塔河油田后置砂酸壓技術(shù)研究

房好青

(中國(guó)石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆烏魯木齊 830011)

塔河油田后置砂酸壓技術(shù)研究

房好青

(中國(guó)石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆烏魯木齊 830011)

塔河油田屬縫洞型碳酸鹽巖油藏，儲(chǔ)層酸壓后近井地帶的巖石剩余抗壓強(qiáng)度不足以支撐酸蝕裂縫，壓裂縫在生產(chǎn)過程中很容易蠕變閉合，進(jìn)而喪失導(dǎo)流能力。分析了酸攜砂技術(shù)對(duì)導(dǎo)流能力的貢獻(xiàn)、酸蝕裂縫形態(tài)及支撐劑在酸蝕裂縫中的存在狀態(tài)，并研究了后置砂酸壓改造技術(shù)。該技術(shù)能夠很好地解決酸蝕裂縫在近井地帶過快閉合而喪失導(dǎo)流能力的問題，且投入少，現(xiàn)場(chǎng)施工方便。

塔河油田；儲(chǔ)層改造；碳酸鹽巖；壓裂液；抗壓強(qiáng)度

1 酸壓技術(shù)現(xiàn)狀

塔河油田屬縫洞型碳酸鹽巖油藏，儲(chǔ)層埋藏較深，一般為5 000～7 000 m，80%的油井需要通過壓裂改造才能建產(chǎn)。目前所用的酸壓技術(shù)主要有前置液加膠凝酸、變黏酸、地面交聯(lián)酸等酸壓技術(shù)，也開展了酸攜砂技術(shù)試驗(yàn)。由于埋藏深、設(shè)備能力有限，儲(chǔ)層易出現(xiàn)砂堵等異常情況，水力加砂壓裂只開展了3井次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，沒有普遍應(yīng)用。

隨著勘探開發(fā)的加快，超深高閉合應(yīng)力儲(chǔ)層越來越多，許多井酸壓后壓力下降快，轉(zhuǎn)抽后很快出現(xiàn)供液不足，酸化后又有產(chǎn)出但很快又出現(xiàn)地層產(chǎn)液困難的情況。初步判斷這種現(xiàn)象是由于高閉合應(yīng)力基質(zhì)滲透率極低的碳酸鹽巖儲(chǔ)層，酸蝕裂縫在近井地帶過早閉合，阻礙了油氣流入井筒造成的。因此需要研究新的技術(shù)來解決高閉合壓力儲(chǔ)層酸蝕裂縫過早閉合的問題。

2 巖石抗壓強(qiáng)度分析

塔河油田縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層基質(zhì)基本不具有滲透性，在被改造的縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，酸蝕裂縫是油氣產(chǎn)出的通道，但是注酸后，巖石的抗壓強(qiáng)度大幅度減弱，酸巖反應(yīng)也改變了巖石的力學(xué)性質(zhì)。譚卓英等研究發(fā)現(xiàn)大理石在10%的鹽酸中浸泡90天后抗壓強(qiáng)度降低27.74%[1]。周健等對(duì)輪古油田基質(zhì)型灰?guī)r、塔中油田裂縫型灰?guī)r的研究表明，巖心在膠凝酸中浸泡后抗壓強(qiáng)度為酸蝕前的20%左右[2]。

塔河油田在地理位置上與輪古油田比鄰，巖性相近，酸壓也使用膠凝酸進(jìn)行酸壓施工，可以認(rèn)為塔河油田的儲(chǔ)層巖石在酸蝕后抗張強(qiáng)度會(huì)降低到原來的20%左右，具體預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。由此可見，在超深高閉合應(yīng)力儲(chǔ)層，由于抗壓強(qiáng)度損失嚴(yán)重，酸壓后很可能出現(xiàn)裂縫閉合的現(xiàn)象。酸蝕裂縫閉合以后，油氣流動(dòng)通道受阻，產(chǎn)能下降，甚至停產(chǎn)。

表1 塔河油田部分巖石力學(xué)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

井筒附近是應(yīng)力集中區(qū)，通常井筒附近的應(yīng)力是地層正常應(yīng)力的2～3倍。對(duì)于超深高閉合壓力井，隨著酸壓殘液的排出及后期的生產(chǎn)，酸蝕裂縫先閉合到酸蝕裂縫的溝槽上，并逐漸發(fā)生蠕變直至溝槽消失，裂縫徹底閉合；有的甚至在排液期間就會(huì)發(fā)生徹底閉合。

3 常規(guī)酸攜砂技術(shù)分析

3.1 酸蝕裂縫形態(tài)

碳酸鹽巖儲(chǔ)層不是純凈的碳酸鈣，往往含有一些不反應(yīng)的雜質(zhì)，由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，即使與酸反應(yīng)的物質(zhì)，也有反應(yīng)快慢的區(qū)別。

碳酸鹽巖的巖石礦物成分中方解石和白云石含量(可反應(yīng)物含量)決定著酸巖反應(yīng)速率和酸蝕裂縫導(dǎo)流能力。對(duì)于碳酸鹽巖地層，可反應(yīng)礦物在早期沉積或后期改造過程中夾雜著有機(jī)質(zhì)或其他礦物等雜質(zhì)，其雜質(zhì)含量決定著酸壓改造的效果。海相沉積泥晶灰?guī)r酸巖反應(yīng)前后的對(duì)比表明，反應(yīng)前該巖石顏色較深的灰質(zhì)含有早期成巖過程中的有機(jī)質(zhì)成分，而顏色較淺的為后期充填進(jìn)人的方解石。反應(yīng)后碳酸鹽巖中含有機(jī)質(zhì)的灰?guī)r與酸液反應(yīng)較慢，而后期充填進(jìn)入的方解石與酸液反應(yīng)速率較快[3]。

牟建業(yè)等對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力做了研究，認(rèn)為酸蝕裂縫的幾何形態(tài)是非常不規(guī)則的[4]，過酸后的人工裂縫壁面不是被均勻腐蝕的，而是存在著大小各異的凸凹體不平整壁面。

3.2 目前酸攜砂加砂濃度分析

酸攜砂技術(shù)是為了解決酸蝕裂縫過早閉合影響產(chǎn)能的一種技術(shù)方法，是用酸液攜帶支撐劑進(jìn)入地層，由于加砂前形成了人工裂縫，施工壓力相對(duì)較低，不易造成砂堵，加砂相對(duì)容易。但是此種技術(shù)目前支撐劑加入量過少，現(xiàn)場(chǎng)最高砂比僅為30%[5]。

數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)與數(shù)學(xué)綜合素養(yǎng)并重的教學(xué)方式不僅能夠在教學(xué)之中快速地取得較好的教學(xué)效果，同時(shí)也能夠使學(xué)生在未來的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中走得更加順利。總之，在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中，我們需要遵循著理論與實(shí)踐相聯(lián)系的原則，采取多樣化的教學(xué)手段，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)史的了解，并以評(píng)價(jià)來充分激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體作用，從多個(gè)方面促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)綜合素養(yǎng)的提升。

塔河油田縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層基質(zhì)滲透率一般在0.01×10-3μm2以下，幾乎不具有滲透性，無法為油氣提供滲流通道。酸壓增產(chǎn)的機(jī)理是在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中通過酸蝕作用形成一條高導(dǎo)流能力的酸蝕裂縫，連通井筒與縫洞儲(chǔ)集體，達(dá)到釋放油氣產(chǎn)能的目的。

酸鹽反應(yīng)式為：

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2

根據(jù)物質(zhì)守恒定律，為把反應(yīng)掉的碳酸鈣的空間使用支撐劑全部支撐起來，在酸攜砂施工全過程中，需要的砂比為33.8%。而目前酸攜砂技術(shù)最高砂比僅為30%，再考慮到支撐劑的嵌入，填砂量不能有效對(duì)酸蝕裂縫進(jìn)行支撐。

4 后置加砂技術(shù)研究

4.1 后置砂技術(shù)機(jī)理

酸壓施工中酸液是從井筒注入到裂縫遠(yuǎn)端的，注酸過程中所有酸液都經(jīng)過縫口，因此縫口受到的腐蝕最嚴(yán)重，越往裂縫深處，裂縫壁面酸蝕程度就越弱，抗壓強(qiáng)度的損失也越少，井筒應(yīng)力集中效應(yīng)也逐漸減弱。張佐剛通過計(jì)算得出，儲(chǔ)層內(nèi)部距離井筒越遠(yuǎn)，應(yīng)力集中越弱，當(dāng)距中心為4倍井筒半徑時(shí)，應(yīng)力集中僅超過巖層原始應(yīng)力的6%[7]。因此，在酸壓施工注完酸液后，尾追一個(gè)高砂比的攜砂液注入程序。攜帶大粒徑支撐劑進(jìn)入縫口，用于支撐酸蝕裂縫的近井地帶，由于支撐劑的加入，相對(duì)于原來的酸蝕裂縫，井筒附近的導(dǎo)流能力有所喪失，但裂縫不容易閉合，并且使酸蝕裂縫長(zhǎng)期保持張開狀態(tài)，提高酸壓改造的效果。

4.2 壓裂液

4.3 支撐劑

一般情況下，支撐劑的粒徑越大，導(dǎo)流能力越高，但在高閉合應(yīng)力條件下這種情況就會(huì)發(fā)生變化。

高閉合壓力下，支撐劑粒徑越大，破碎率越大;進(jìn)行不同粒徑組合后，隨著小粒徑支撐劑比例的增加，支撐劑破碎率逐漸降低。高閉合壓力下，組合支撐劑表現(xiàn)出比大粒徑支撐劑更強(qiáng)的承壓能力，短期導(dǎo)流能力甚至可能超過單一大粒徑支撐劑。長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:組合支撐劑的承壓能力比單一大粒徑支撐劑強(qiáng)，隨時(shí)間的增加，組合支撐劑導(dǎo)流能力的下降幅度比單一大粒徑支撐劑更小[8]。因此在支撐劑選擇上優(yōu)選高強(qiáng)度、組合支撐劑進(jìn)行施工，具體的組合比例根據(jù)具體井的巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。

4.4 施工泵注工序

酸液對(duì)壓裂液起到破膠劑的作用，即壓裂液遇到酸液后會(huì)破膠。為了避免注入酸液后注入的攜砂液破膠而造成砂堵，酸液與攜砂液之間加入一個(gè)隔離液泵注程序。使用低黏度滑溜水做隔離液將酸液頂入地層，防止攜砂液與酸液相遇破膠。

攜砂液注入完畢后，注入頂替液，頂替液用量要精確計(jì)算，頂替液用量應(yīng)稍微小于井筒的容積。這樣可防止過頂而出現(xiàn)“包餃子”現(xiàn)象，也避免了欠頂過多導(dǎo)致井筒沉沙淹沒儲(chǔ)層的現(xiàn)象。

4.5 壓裂工作液返排

與普通酸壓工藝不同，后置砂工藝的支撐劑是在壓裂施工末期加入的，如果返排制度不當(dāng)，容易造成出砂。因此返排時(shí)，要優(yōu)化返排制度，采用小油嘴低速排液，防止支撐劑回流。

5 結(jié)論

(1)塔河油田縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層屬超深高閉合應(yīng)力儲(chǔ)層，酸壓后酸蝕裂縫近井部分容易閉合，酸浸后巖石的抗壓強(qiáng)度降低為原來的20%左右，常規(guī)酸壓、水力加砂壓裂、酸攜砂壓裂均無法到達(dá)長(zhǎng)期有效保持酸蝕裂縫高導(dǎo)流能力的目的。

(2)后置加砂壓裂技術(shù)具有可以攜帶高砂比支撐劑的特點(diǎn)，能夠有效支撐酸蝕裂縫的近井地帶，并且長(zhǎng)期保持較高的導(dǎo)流能力；該技術(shù)支撐劑用量少，成本低，現(xiàn)場(chǎng)容易操作，是解決高閉合壓力儲(chǔ)層改造后酸蝕裂縫過快閉合的有效技術(shù)之一。

(3)后置加砂技術(shù)尚處于研究階段，砂濃度、支撐劑組合比例、支撐縫長(zhǎng)等的優(yōu)化有待進(jìn)一步開展。

[1] 譚卓英,劉文靜,閉歷平,等.酸化環(huán)境下巖石強(qiáng)度弱化效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究[A].//第六次全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C].北京：石油工業(yè)出版社，2000：243-246.

[2] 周健，陳勉，金衍，等.壓裂酸化中近縫區(qū)灰?guī)r強(qiáng)度弱化效應(yīng)試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007，26(1)：206-210.

[3] 李沁,伊向藝,盧淵.儲(chǔ)層巖石礦物成分對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ，2013，35(2)：102-108.

[4] 牟建業(yè),張士誠(chéng).酸壓裂縫導(dǎo)流能力影響因素分析[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18(2)：69-71.

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[7] 張佐剛.井周地層應(yīng)力狀態(tài)對(duì)油井產(chǎn)量的影響[J].沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，23(1)：18-20.

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編輯：李金華

1673-8217(2015)05-0113-03

2015-03-11

房好青，工程師，碩士，1980年生，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)，現(xiàn)從事儲(chǔ)層改造技術(shù)工作。

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