楊稅務深潛山AT3井復合酸壓改造工藝技術

余芳， 徐克彬， 鄭立軍， 付玥穎， 白田增， 李擁軍， 才博

（1.渤海鉆探井下作業(yè)公司，河北任丘062552；2.渤海鉆探工程技術研究院，河北任丘062552；3.中國石油華北油田公司勘探事業(yè)部，河北任丘062552；4.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007）

渤海灣盆地冀中坳陷潛山油氣成藏條件優(yōu)越。近幾年，開展了廊固凹陷河西務潛山帶北部楊稅務奧陶系碳酸鹽巖潛山儲層探索與研究，先后幾口探井經(jīng)過實施大規(guī)模酸壓改造，部分獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流，但均未能實現(xiàn)長期的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。初步經(jīng)驗表明，大規(guī)模酸壓改造是深潛山碳酸鹽巖油氣藏勘探開發(fā)的關鍵，為此開展了該區(qū)域AT3井復合酸壓改造工藝技術研究，以達到形成復雜縫網(wǎng)、深度溝通遠井區(qū)域可能存在的優(yōu)勢儲集體、提高儲層縱向動用程度、提高整體裂縫系統(tǒng)的導流能力為目的，以實現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。

1 儲層特征及改造難點

1.1 儲層特征

楊稅務深潛山AT3井是楊稅務潛山東高點南旺潛山務古1井高部位的一口探井，目的儲層埋藏深（5298.6～5458.4 m）、物性差（孔隙度2.2%～4.7%）、溫度高（177 ℃），楊氏模量較高，平均為5.37×104MPa，水平應力差值較高，平均在10.0 MPa，措施改造形成復雜裂縫難度高，施工難度大，加砂風險高。

該井改造目的層段錄井氣測顯示分析，尖峰狀與塊狀均有存在，塊狀峰形裂縫發(fā)育，尖峰狀峰形裂縫成單一條帶狀存在于儲層中。說明在該段儲層中裂縫（或孔隙）發(fā)育不均衡，表現(xiàn)出儲層的非均質(zhì)性。結合該井測井曲線響應特征、成像、陣列聲波資料以及綜合鄰井對比情況，亮甲山組厚度158.5 m，是該井儲層最發(fā)育段，共解釋89.8 m/8層，其中Ⅱ類儲層23.8 m/3層，有效孔隙度低（4%以下），以裂縫儲層為主。下馬家溝組改造段測井解釋孔隙度在1.0%～2.7%之間，滲透率0.016 mD，亮甲山組改造段測井解釋孔隙度在1.8%～3.6%之間，滲透率在0.03～0.14 mD之間，表現(xiàn)出儲層物性差，為典型的特低孔、特低滲儲層。

通過FMI識別顯示，AT3井亮甲山組儲層發(fā)育縫合線，高角度裂縫，斯通利波反射系數(shù)比較高，時差各向異性比較強，反映裂縫有效性較好。同時，亮甲山組井段5450.94～5456.00 m進行了鉆井取心，收獲率僅有29.6%（進尺5.06 m，巖心長1.50 m），取心巖樣破碎程度高，反映出儲層裂縫較發(fā)育。遠探測聲波反映亮甲山組發(fā)育2組4條過井裂縫，斯通利波反射系數(shù)較高，各向異性較強，與鉆遇井筒裂縫發(fā)育帶配置關系較好。

對該層的測試結果分析表明（圖1），開井后儲層只有極少量流體流出，關井后壓力恢復曲線上升弧度較大，反映儲層的導流導壓能力較低。雙對數(shù)導數(shù)曲線（圖2）始終在井筒儲集階段，表現(xiàn)為近井筒儲層物性極差，基本沒有裂縫或是裂縫連通的特征。

綜上所述，AT3井靜態(tài)資料顯示，近井筒存在于氣測顯示較好的區(qū)帶，儲層裂縫較為發(fā)育，有效性好，但整體裂縫不發(fā)育，基質(zhì)物性差，具有明顯的低孔低滲儲層特征。動態(tài)地層測試結果顯示儲層物性極差。表明儲層具有非均質(zhì)性強，基質(zhì)物性差的特征，即近井筒儲層物性表現(xiàn)好，遠井儲層物性差。因此，AT3井在遠井儲層中天然裂縫較發(fā)育但聯(lián)通性較差，縫洞不發(fā)育[1]、非均質(zhì)性較強，需要通過大規(guī)模體積壓裂改造來獲得產(chǎn)能的提升。

圖1 AT3井地層測試壓力史曲線

圖2 關井雙對數(shù)導數(shù)曲線

1.2 酸壓改造技術難點及解決方案

影響常規(guī)酸壓改造效果的關鍵因素是酸蝕裂縫的有效長度和酸壓后酸蝕裂縫的導流能力[2]。如何有效獲得較長的酸蝕裂縫一直是酸壓技術要解決的難題。尤其是對于楊稅務深潛山AT3氣井亮甲山組的碳酸鹽巖儲層，裂縫的有效延伸更加困難，同時還需要達到體積改造的目的，其難度更大。

1）儲層溫度高[3]。測試結果表明儲層溫度最高可達177 ℃，高溫下酸巖反應速度加快，有效作用距離變短，酸液深穿透距離受限。因此，采用前置液進行井筒和儲層降溫，優(yōu)選低傷害、緩蝕性能優(yōu)良的清潔轉(zhuǎn)向酸（VES）酸液體系，以滿足均勻酸化、高效深度酸壓改造需要。同時優(yōu)選低傷害、耐高溫壓裂液體系，以提高酸壓改造造縫長度，達到深穿透、溝通遠井儲層的目的。

2）儲層改造注入施工壓力高[4-5]。儲層應力較高，最小主應力99～107 MPa，埋藏深，管柱沿程摩阻大，施工壓力高導致施工排量受限，井底施工壓力不易達到地層破裂壓力，難以實現(xiàn)體積壓裂改造目的。為此，應優(yōu)化管柱組合，優(yōu)化壓裂液（滑溜水）體系，降低措施液流動摩阻，采用多液體分階段實施模式，降低注入壓力，以滿足限壓條件下大排量、大規(guī)模施工的需求。

3）儲層應力較高，閉合壓力高，酸壓后裂縫易閉合，改造后導流能力低，儲層楊氏模量高，平均為5.37×104MPa，加砂難度大，使得實現(xiàn)加砂提高裂縫導流能力的目標困難。因此，優(yōu)化射孔井段，避免多裂縫及彎曲裂縫；采用粉陶段塞對近井筒區(qū)域打磨，同時暫堵天然裂縫或近井多裂縫，降低施工難度。選用高強度支撐劑，提高整體裂縫導流能力。

4）儲層非均質(zhì)性強，改造段跨度大，達158.5 m。裂縫擴展復雜；改造段跨度大、層間應力、裂縫發(fā)育程度差異較大，縱向均勻改造難度大。采用纖維縫內(nèi)暫堵及轉(zhuǎn)向球?qū)娱g暫堵提高儲層橫向的動用體積及縱向上的改造層數(shù)，提高整體體積改造效果[6]。

2 酸壓工藝及液體優(yōu)化

2.1 酸壓工藝優(yōu)化

針對楊稅務深潛山AT3氣井碳酸鹽巖儲層的地質(zhì)特點和改造難點[7]。提出適合深穿透酸壓目的的幾項工藝技術[8-9]。

1）針對儲層埋藏深[11-12]、溫度高、巖性致密、基質(zhì)物性差、改造段以微細裂縫為主，整體裂縫發(fā)育情況差，獲得深穿透、高導流裂縫難度大的特點，應用多級交替注入酸壓技術。將數(shù)段高黏前置壓裂液和酸液交替注入地層，進行酸壓施工。前置液可以造縫、冷卻地層，降低酸巖反應速度。同時，前置液向地層裂縫濾失，增加了地層壓力，降低了人工裂縫內(nèi)外壓差，起到降低后續(xù)酸液濾失的作用[13]。由于后一級前置液的注入，填充了酸溶蝕擴大的孔隙，使酸蝕作用距離增加。前置液與酸液多次交替注入，將地層多次降溫和多次形成液態(tài)濾餅，降低后一級注入的酸液的濾失速度，酸液將在前置液中形成多次黏性指進，而形成更多更深的酸蝕溝槽，促進形成復雜裂縫、深穿透造長縫和溝通高導流裂縫。

2）纖維暫堵轉(zhuǎn)向技術。針對儲層非均質(zhì)性強[14]、改造段跨度大、層間應力、射孔段厚度、裂縫發(fā)育程度差異較大，縱向均勻改造難度大的特性，應用纖維（球）暫堵轉(zhuǎn)向技術。在酸壓過程中適時地向地層中加入適量纖維暫堵劑，纖維先進入地層天然裂縫或先期人工裂縫，在縫端暫堵，流體流動遵循向阻力最小方向流動的原則，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，達到儲層內(nèi)部造復雜縫網(wǎng)的目的；投入轉(zhuǎn)向球，封堵已壓開層射孔孔眼，使得井底壓力升高，進而壓開未壓開層。對儲層進行纖維縫內(nèi)暫堵及轉(zhuǎn)向球?qū)娱g暫堵，實現(xiàn)層內(nèi)和層間暫堵，提高整體改造效果。

3）加砂酸壓技術。改造目的層埋藏深，閉合壓力高，酸壓后裂縫易閉合，針對儲層楊氏模量高，裂縫寬度小，加砂難的特性，應用加砂酸壓技術。首先采用酸液處理，降低儲層破裂壓力，后采用非反應性的交聯(lián)高黏線性膠體系在儲層中形成主裂縫，再注入前置主體高黏酸液體溶蝕裂縫壁面，最后注入攜砂液體系，帶入高強度支撐劑充填裂縫系統(tǒng)，形成高導流能力的酸蝕支撐復合裂縫，提高整體裂縫導流能力。形成穩(wěn)定的油氣流動通道，達到增產(chǎn)目的。

結合AT3氣井地質(zhì)情況，通過以上分析和優(yōu)化，采用深度長縫、復雜縫網(wǎng)、（轉(zhuǎn)向）縱向溝通的體積改造模式,形成了“多級注入、暫堵轉(zhuǎn)向、加砂酸壓”復合酸壓工藝。注入程序優(yōu)化結果：①測試壓裂+滑溜水探縫降溫+酸浸地層；②清潔酸+多級注入+層內(nèi)轉(zhuǎn)向+多級注入+縱向分壓，實現(xiàn)縱向立體改造。

2.2 措施液體系優(yōu)化

高溫碳酸鹽巖儲層酸壓效果取決于裂縫導流能力和有效溝通距離。酸液是碳酸鹽巖改造中最重要的液體、影響酸蝕縫長的最大障礙，使酸蝕縫長因酸液反應速度過快而受到限制。同時，為產(chǎn)生足夠的導流能力，酸液必須與儲層裂縫面反應并溶解足夠多的儲層礦物。其次，其他措施液的抗濾失性能也將影響整體酸壓效果。因此，針對AT3井需要，優(yōu)化低傷害耐高溫的酸液、滑溜水和壓裂液等高效改造液體體系[15]，實現(xiàn)體積改造的目的。

2.2.1 滑溜水優(yōu)選

區(qū)域鄰井滑溜水主體配方為濃度0.15%的瓜膠體系，降阻率差（小于50%）。為了提高滑溜水降阻性能，降低施工壓力，滿足大排量需求，優(yōu)選了聚合物滑溜水體系。與瓜膠配制的滑溜水體系相比，聚合物類滑溜水具有黏度低、降阻性能優(yōu)越的特點。配制好的滑溜水黏度僅3.87 mPa·s，溶解時間為30 s。室內(nèi)實驗表明（圖3），在5～12 m·s-1線流速（其中12 m·s-1對應φ139.7 mm套管9 m3·min-1排量）滑溜水降阻率在82%左右，表明優(yōu)選的滑溜水降阻性能大幅度提高，能夠滿足大排量施工的需求。

圖3 AT3井采用的滑溜水降阻率測試結果

2.2.2 酸液優(yōu)選

高黏度酸液有利于降低酸巖反應速率，提高酸液的有效作用距離。高黏轉(zhuǎn)向酸（VES）[16]表觀黏度測試表明，濃度為5%的VES黏度為100 mPa·s左右，高黏度酸選擇5%的濃度即可達到最佳黏度值。高黏轉(zhuǎn)向酸液配方為15%HCl+5%VES+5%緩蝕劑+2%鐵穩(wěn)劑。

通過實驗優(yōu)選的酸液在較低濃度時候具有較大的黏度（見圖4），相比其他類型酸液，有效的降低了酸巖反應速率（見表1），同常用的交聯(lián)酸對比，具有較低的反應速度和穩(wěn)定的反應速率（見圖5），有利于增加酸液的有效作用距離。

圖4 清潔酸轉(zhuǎn)向?qū)嶒?/p>

表1 不同酸液酸巖反應對比

圖5 交聯(lián)酸與高黏轉(zhuǎn)向酸反應實驗對比情況

2.2.3 壓裂液優(yōu)選

圖6表明優(yōu)化的濃度為0.45%的羧甲基瓜膠壓裂液體系在180 ℃，170 s-1下剪切120 min，黏度在200 mPa·s以上，具有良好的耐溫性能，且加量少于速溶瓜膠壓裂液體系，可進一步降低傷害和成本，配方為0.45%JK1002羧甲基瓜膠+0.1%JK黏土穩(wěn)定劑+0.5%JK助排劑+0.2%JK交聯(lián)促進劑+0.05%JA-1殺菌劑+0.4%JK交聯(lián)劑。

圖6 AT3井采用的羧甲基瓜膠耐溫曲線

2.2.4 暫堵轉(zhuǎn)向劑（球）優(yōu)選

通過不同裂縫形態(tài)纖維暫堵實驗（表2），優(yōu)化纖維尺寸及施工應用濃度。實驗表明，在2 mm的裂縫開度下，長度為6 mm纖維對裂縫封堵效果較為理想，纖維濃度越高、注入壓差越低，纖維對裂縫封堵效果越好。本井裂縫開度預計在1～2 mm，確定纖維濃度在1.5%較為有利。同時纖維長度影響暫堵效果，長度為6 mm纖維比長度為4 mm的纖維作用效果更好。因此，纖維長度選為6 mm，同時，混合一定的固相顆粒能進一步提高纖維體系對裂縫的縫內(nèi)封堵能力和封堵效率。

表2 縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向劑選擇

考慮到改造段跨度大，射孔段多為了提高縱向動用程度需要進行層間轉(zhuǎn)向。調(diào)研了國內(nèi)外分層技術應用情況，對于層間轉(zhuǎn)向選用可溶性暫堵球?qū)ι淇卓籽圻M行封堵，以實現(xiàn)層間轉(zhuǎn)向的目的。

現(xiàn)場檢測結果表明（表3），直徑13 mm的暫堵球在130 ℃下承壓能力能夠達到70 MPa，而直徑為15 mm的暫堵球130 ℃時可抗壓73 MPa?？紤]到現(xiàn)場施工過程中井底溫度遠低于測試溫度，因此，在暫堵球不降解的情況下，暫堵球具有較強的承壓能力，能夠滿足高施工壓力的封堵要求。

表3 暫堵球溶解實驗

通過上述室內(nèi)實驗的優(yōu)選性能測試，形成了“高溫中性交聯(lián)壓裂液、高溫清潔自轉(zhuǎn)向酸、低摩阻滑溜水3種措施液體系及暫堵轉(zhuǎn)向（劑、球）技術，可滿足該井深度體積改造的目的。

3 現(xiàn)場實施及壓后評價

3.1 現(xiàn)場實施

1）施工方案。施工管柱：壓采用耐壓105 MPa壓裂專用采氣樹，φ114.3 mm高強度、大通徑油管，以達到耐高壓，降低施工壓力，大排量施工的需求；管串結構(自上而下)：105型壓裂井口＋φ114.3 mm油管+伸縮管+φ88.9 mm油管+水力錨+封隔器+φ88.9 mm油管+球座。

2）測試酸壓。通過測試壓裂資料認識儲層，優(yōu)化調(diào)整主壓裂方案針對性。測試壓裂分析儲層類型、施工難度等參數(shù)。測試壓裂總用液量為766 m3，最高排量11.8 m3·min-1，最高壓力87.64 MPa，2次停泵壓力分別為34.5、37.73 MPa，相差僅3.2 MPa，反映出本井近井筒天然裂縫不發(fā)育，需要進一步提高改造規(guī)模，實現(xiàn)深度改造以獲得更大的改造體積，施工曲線見圖7。

圖7 AT3井測試酸壓改造施工曲線

3）體積酸壓。主壓裂施工液量為2916 m3，其中酸液884 m3，壓裂液1314 m3,滑溜水700 m3,累計加砂45.9 m3，最高注入排量達到11.8 m3/min，最高壓力90.90 MPa，施工曲線見圖8。

圖8 AT3井主酸壓改造施工曲線圖

3.2 工藝評價

3.2.1 多級交替注入酸壓技術及加砂酸壓技術

主壓裂階段共分4級酸液與壓裂液交替注入，共分3次加砂，累計加砂量為43.8 m3（表4）。

主壓裂施工曲線和階段微地震監(jiān)測成果（圖9）表明，1級與2級隨著酸液與壓裂液的交替注入，微地震點事件不斷加密，地震事件波及范圍逐漸擴大。3級、4級是投入轉(zhuǎn)向球后的微地震監(jiān)策成果,集中在井筒附近縱向改造,并向遠處擴展,顯示出交替注入促進了復雜裂縫形成和深穿透造長縫、高導流裂縫的溝通。但擴展范圍是有極限的，說明注入級數(shù)并不是越多越好，實現(xiàn)充分改造即可。

同時當酸液降低施工壓力，壓裂液造主縫后攜砂3次充填裂縫系統(tǒng)，在深度酸壓的同時形成高導流能力的酸蝕支撐復合裂縫。

表4 多級注入液體用量

圖9 多級注入階段裂縫監(jiān)測成果

3.2.2 暫堵轉(zhuǎn)向技術

1）加入纖維（顆粒）暫堵轉(zhuǎn)向。該階段用滑溜水低排量注入纖維和顆粒暫堵劑400 kg，液量27 m3，階段施工曲線及微地震裂縫監(jiān)測明顯（見圖10和圖11）。階段施工曲線圖反映出暫堵劑進入地層后，井口壓力有明顯提高，裂縫監(jiān)測階段截圖反映地震事件點加密發(fā)生在東西兩翼，說明實現(xiàn)了層內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向。

圖10 滑溜水暫堵+轉(zhuǎn)向酸施工曲線

圖11 滑溜水暫堵+轉(zhuǎn)向酸裂縫監(jiān)測圖

2）投轉(zhuǎn)向球轉(zhuǎn)向。投入轉(zhuǎn)向球400個后，階段施工曲線及微地震監(jiān)測（圖12和圖13）顯示也較為明顯。施工曲線反映在轉(zhuǎn)向球進入地層后，井口壓力明顯上升，裂縫監(jiān)測階段截圖表明上部儲層明顯沒有發(fā)生地震事件，證明上部儲層壓開，且具有一定的滲透性。階段裂縫監(jiān)測圖顯示轉(zhuǎn)向球?qū)崿F(xiàn)了層間縫口的暫堵轉(zhuǎn)向，提高了儲層縱向動用程度。

圖12 轉(zhuǎn)向球+滑溜水施工曲線

圖13 轉(zhuǎn)向球+滑溜水裂縫監(jiān)測圖

3.3 壓后效果

整體壓裂微地震監(jiān)測結果表明，改造儲層內(nèi)形成了壓裂縫網(wǎng)網(wǎng)絡，主裂縫方位NEE75°，微地震事件儲層范圍內(nèi)分部較均勻，井軸東側多于西側，東側裂縫網(wǎng)絡溝通效果比西側明顯；經(jīng)計算，井軸西側裂縫半長210 m，井軸東側裂縫半長225 m，縫寬150 m，縫高159 m，改造體積11.07×106m3，形成了體積縫網(wǎng)，圖14為微地震裂縫監(jiān)測圖。

圖14 微地震裂縫監(jiān)測圖

通過綜合運用3項工藝和4種液體進行復合酸壓改造措施，壓后初期采用油管單翼16 mm、丹尼爾孔板57.15 mm測氣，油壓穩(wěn)定在22.74 MPa，日產(chǎn)氣50.26×104m3，折日產(chǎn)油35.04 m3，累計油10.38 m3；該井改造后喜獲高產(chǎn)油氣流，目前試采1年（如圖17），配產(chǎn)日產(chǎn)氣8.87×104m3，日產(chǎn)油35.04 t，油壓穩(wěn)定在19 MPa，取得了穩(wěn)產(chǎn)的效果，試采曲線見圖15。

圖15 AT3井試采曲線

4 結論

1.“多級注入酸壓技術，纖維（顆粒）暫堵轉(zhuǎn)向技術，加砂酸壓”三項工藝，優(yōu)選了“高溫中性交聯(lián)壓裂液、高溫清潔自轉(zhuǎn)向酸、低摩阻滑溜水”3種措施液體系及暫堵轉(zhuǎn)向（劑、球）技術模式是本井儲層成功改造的關鍵。

2.3 項工藝和4種液體相互結合實現(xiàn)了更高排量、更大規(guī)模的滑溜水與壓裂液、高黏酸復合；纖維暫堵劑、 轉(zhuǎn)向球與支撐劑復合轉(zhuǎn)向；長縫與縫網(wǎng)復合來實現(xiàn)深度溝通造長縫、側向溝通造復雜縫網(wǎng)、縱向溝通造體積的模式，從“長 - 寬 - 高” 三維立體動用， 取得高產(chǎn)。為楊稅務深潛山以白云巖為主亮甲山組儲層及類似區(qū)塊儲層的改造提供了重要的指導意義和借鑒價值。

2.先通過滑溜水大排量注入，結合粉陶暫堵轉(zhuǎn)向壓裂充分激活天然裂縫，再通過大規(guī)模酸壓溶蝕溝通天然裂縫，建立以酸蝕蚓孔為通道的復雜裂縫網(wǎng)絡流動系統(tǒng)。最后通過大規(guī)模凍膠壓裂深穿透造長縫，加砂提高整個裂縫系統(tǒng)的導流能力。

3.通過纖維和顆粒暫堵劑進行縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)裂縫復雜化，通過轉(zhuǎn)向球縫口暫堵轉(zhuǎn)向提高儲層縱向動用程度，獲得更復雜的裂縫系統(tǒng)和更大的改造體積。