碳酸鹽巖油藏定點射流深度均衡酸壓工藝研究及應(yīng)用

杜 勇

(中石化勝利油田分公司樁西采油廠)

樁西油田樁斜169塊屬裂縫性碳酸鹽巖儲層，采用打孔篩管完井，主力含油層系奧陶系八陡組、冶里-亮甲山組。八陡組裂縫及溶蝕孔洞、洞穴發(fā)育，鉆遇孔洞的井段存在井漏及巖屑缺失；冶里-亮甲山組以晶間孔、裂縫及沿天然裂縫分布的溶蝕孔洞為主。巖性以白云巖為主，油層埋藏4 200～4 600 m，地層溫度160℃，油層跨度150～550 m，原油物性好，氣油比100 m3/t，屬常壓偏高溫潛山稀油油藏。酸壓工藝是提高碳酸鹽巖油藏開發(fā)效果的主要儲層改造措施[1-6]，由于樁斜169塊油層埋藏深、地層溫度高，采用常規(guī)鹽酸酸壓工藝易導(dǎo)致酸巖反應(yīng)速度快、酸蝕縫長短，無法實現(xiàn)深度酸壓。此外，由于油層跨度大、裸眼井段長，采用常規(guī)籠統(tǒng)酸壓工藝不能實現(xiàn)均勻酸壓。為此，開展了提高儲層改造措施的新型定點射流深度均衡酸壓工藝研究，提高了酸蝕裂縫穿透深度，調(diào)整了地層吸液剖面，最大程度實現(xiàn)縱向各層的均衡改造。

一、定點射流深度均衡酸壓機理

定點射流深度均衡酸壓機理是針對油層埋藏深、地層溫度高、油層跨度大、裸眼井段長的碳酸鹽巖儲層油井，采用前置常規(guī)酸、主體酸壓體系“壓裂液+膠凝酸”多級交替注入、閉合常規(guī)酸實現(xiàn)深穿透酸壓，根據(jù)篩管井段儲層物性的差異，配套采用定點射流酸壓管柱結(jié)構(gòu)，通過分流的方式對長裸眼段進行定點酸壓，確保物性好儲層優(yōu)先進液，同時優(yōu)化施工參數(shù)，最大程度實現(xiàn)縱向各層的均衡改造。前置酸采用常規(guī)酸，作用是解除近井地帶的堵塞，此外，還可以降低地層的破裂壓力；主體酸壓體系采用“壓裂液+膠凝酸”,作用是壓開地層，溶蝕改造較深部的碳酸鹽巖儲層，建立起具有高導(dǎo)流能力的酸蝕裂縫通道，溝通較遠處儲層的有效天然裂縫系統(tǒng)。其中，壓裂液能夠造縫，降低地層溫度，延緩酸巖反應(yīng)速度，同時壓裂液的造璧性也會降低后續(xù)交替注入膠凝酸的濾失。膠凝酸能夠降低裂縫溫度，減緩裂縫壁面巖石反應(yīng)的速度，提高酸蝕裂縫的穿透深度?！皦毫岩?膠凝酸”多級交替注入可以依靠壓裂液和膠凝酸之間的黏度差，使膠凝酸在縫內(nèi)發(fā)生指進現(xiàn)象，產(chǎn)生不均勻的刻蝕溝槽，提高酸液的有效作用距離；用常規(guī)酸作為閉合酸，提高閉合裂縫導(dǎo)流能力。

二、定點射流深度均衡酸壓液體系優(yōu)選

1.全巖礦物分析

根據(jù)樁169-斜1井樣品的全巖礦物分析結(jié)果，白云巖中白云石含量59% ～67%，平均62%，方解石含量10% ～31%，平均21.3%，兩者之和平均83.3%，有利于實施酸壓改造。

2.酸溶蝕實驗

利用樁169-斜1井巖屑開展了酸溶蝕實驗，實驗結(jié)果見圖1。從圖1可以看出，20%HCl和12%HCl+2%HF的酸溶蝕率普遍大于58%，酸溶性較好，酸巖反應(yīng)能夠達到改造儲層的目的。

圖1 樁169-斜1井巖屑酸溶蝕實驗結(jié)果

3.高溫酸化緩蝕劑評價

樁斜169塊地層溫度160℃，必須向酸液體系中加入高溫酸化緩蝕劑，降低對油管和篩管的損害。參考中國石油化工集團公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 0352-2010酸化緩蝕劑技術(shù)要求，向20%HCl中添加篩選的4%高溫酸化用緩蝕劑，在地層溫度160℃條件下，進行耐高溫酸化用緩蝕劑室內(nèi)評價。實驗結(jié)果表明，地層溫度為160℃時，20%HCl+4%高溫酸化緩蝕劑對N80和P110s鋼片的腐蝕速率為45～49 g/(m2·h)，達到一級品的標(biāo)準(zhǔn)，符合現(xiàn)場施工的要求。

4.壓裂液及酸液配方優(yōu)化

4.1 壓裂液

樁斜169塊地層溫度160℃，優(yōu)選采用耐高溫乳液交聯(lián)壓裂液體系，該體系具有耐高溫(>160℃)、抗剪切能力強、摩阻低、延遲交聯(lián)(3～5 min)等優(yōu)點，適合樁斜169塊深層、高溫儲層改造。優(yōu)化配方為：0.6%羥丙基瓜爾膠+0.6%高溫穩(wěn)定劑+0.3%微乳助排劑+0.3%破乳劑+0.01%消泡劑+0.2%殺菌劑+0.1%～0.2%pH調(diào)節(jié)劑+0.6%耐高溫乳液交聯(lián)劑(現(xiàn)場添加)。

4.2 酸液

(1)前置酸。樁斜169塊儲層以碳酸巖鹽為主，優(yōu)選常規(guī)酸液采用鹽酸體系。優(yōu)化常規(guī)酸配方為：15%鹽酸+0.1%膠凝劑+4%高溫酸化緩蝕劑+1.0%微乳助排劑+3%高溫鐵離子穩(wěn)定劑+1.5%高效防膨劑。

(2)主體酸。常規(guī)鹽酸酸壓改造針對性較差，需要通過優(yōu)化主體酸液體系提高酸液深穿透性能。向常規(guī)鹽酸添加膠凝劑配制的膠凝酸具有黏度高、穿透能力強等特點，優(yōu)選主體酸為膠凝酸。由于膠凝酸酸液的黏度直接影響了碳酸鹽巖酸蝕裂縫穿透深度和導(dǎo)流能力，考慮到樁169-斜1井油層埋藏深、地層溫度較高，優(yōu)化膠凝劑添加比例為1.0%，鹽酸濃度為20%，最終確定了膠凝酸配方為：20%鹽酸+1.0%膠凝劑+4%高溫酸化緩蝕劑+1.0%微乳助排劑+3%高溫鐵離子穩(wěn)定劑+1.5%高效防膨劑。

三、定點射流深度均衡酸壓工藝及參數(shù)優(yōu)化

1.酸壓工藝優(yōu)選

1.1 地應(yīng)力分析

近年來，針對逆作法施工的相關(guān)研究工作涵蓋了基礎(chǔ)理論研究、計算分析軟件的編制與應(yīng)用，以及與設(shè)計施工相結(jié)合的反演、預(yù)測、試驗等工程應(yīng)用研究。實踐證明，在地鐵施工過程中采用逆作法作業(yè)能夠降低工程建設(shè)在支撐或錨桿結(jié)構(gòu)方面的成本支出，把支護結(jié)構(gòu)的變形控制在合理范圍內(nèi)，以及大幅減小對相鄰建筑物的影響，實現(xiàn)降低工程造價、優(yōu)化項目經(jīng)濟效益、減小支護變形等目的。逆作法在施工工藝與目標(biāo)實現(xiàn)等方面較其他施工工法更為先進，但目前對逆作法施工的應(yīng)用還存在著較多方面的制約，理論支撐的缺位致使工程實踐中問題頻發(fā)，這成為制約逆作法技術(shù)應(yīng)用于工程實踐的客觀因素。

利用軟件對樁169-斜1井垂向應(yīng)力剖面分布情況進行模擬，模擬結(jié)果顯示，地應(yīng)力有四個比較集中位置：55#～56#(4 609.4～4 637 m)、63#～70#(4 669.0～4 727.0m)、71#～72#(4 737.7～4 749.6 m)、74#～77#(4 756～4 779.5 m)，應(yīng)力值在69～71.5 MPa，隔層應(yīng)力值在73.8～75.4 MPa，對縫高有很好的控制作用。

1.2 均衡酸壓工藝優(yōu)選

樁169-斜1井目的層為裸眼篩管+裸眼套管完井，其兩個篩管完井井段分別為4 633.73～4 704.78 m(八陡組56#～68#層)、4 735.32～4 786.02 m(馬家溝組71#～78#層)。待改造層位縱向共73.1 m/21層，其中一類層3個，二類層5個，三類層13個，跨度達152 m。利用測井?dāng)?shù)據(jù)對樁169-斜1井篩管段4 633.73～4 704.78 m、4 735.32～4 786.02 m開展同等規(guī)模下籠統(tǒng)酸壓和定點射流酸壓的裂縫擴展形態(tài)模擬。模擬結(jié)果顯示，籠統(tǒng)酸壓工藝只能對物性較好的55#～56#(4 609.4～4 637 m)進行改造，而其它層段無法改造。定點射流酸壓工藝能夠?qū)λ膫€應(yīng)力集中的位置均實現(xiàn)改造，優(yōu)選定點射流酸壓工藝。

1.3 定點射流參數(shù)優(yōu)化

結(jié)合目的層測井解釋成果表、各篩管井段儲層物性解釋成果、縱向分布、應(yīng)力剖面及大跨度均衡改造的需要，在低應(yīng)力段優(yōu)選四個噴射段，兼顧縱向各層最大化均衡改造；保證Ⅰ、Ⅱ類優(yōu)勢儲層優(yōu)先進液；差異化布孔數(shù)量，考慮綜合孔數(shù)減少節(jié)流效應(yīng)，最終確定了定點射流的深度、孔數(shù)、孔徑、相位角等參數(shù)。樁169-斜1井定點射流短節(jié)設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 樁169-斜1井定點射流短節(jié)設(shè)計參數(shù)

1.4 耐高溫酸壓管柱優(yōu)選

酸壓目的層埋藏深，優(yōu)化采用N80×6.45 mm×3 500 m外加厚油管+N80×6.45 mm×500 m平式油管，可滿足安全強度要求。酸壓目的層溫度160℃，優(yōu)化采用RTTS-146耐高溫封隔器，并配套反洗井閥和單流閥。酸壓施工管柱圖見圖2。

圖2 樁169-斜1井酸壓施工管柱圖

2.酸壓工藝參數(shù)優(yōu)化

2.1 施工規(guī)模優(yōu)化

表2酸壓模擬的總液量與裂縫形態(tài)參數(shù)表

序號壓裂液/m3膠凝酸/m3總液量/m3排量/(m3·min-1)半縫長/m11202603803.05221703605304.07232204606805.084.342705608306.087.353206609807.089

2.2 施工排量優(yōu)化

考慮到縱向跨度大及各段充分均衡改造的需要，應(yīng)盡可能提高施工排量。計算相鄰區(qū)塊油井酸壓施工的延伸壓力梯度0.009 9～0.013 5 MPa/m，平均約0.011 MPa/m。按照不同的延伸壓力梯度，考慮管柱摩阻和節(jié)流摩阻損耗下，預(yù)測計算了不同施工排量下的地面施工壓力，計算結(jié)果見表3。由表3可以看出，當(dāng)延伸壓力梯度0.011～0.013 MPa/m、地面施工限壓60 MPa時，最大施工排量約5.0 m3/min。

表3 樁169-斜1不同酸壓施工排量下對應(yīng)地面施工壓力預(yù)測表

2.3 酸壓泵注程序優(yōu)化

樁169-斜1井酸壓管柱油管內(nèi)容積22 m3，優(yōu)化常規(guī)酸和閉合酸均為30 m3?？紤]到壓裂液造縫和降溫需要，單段的壓裂液設(shè)計2倍酸壓管柱油管內(nèi)容積，優(yōu)化設(shè)計壓裂液+膠凝酸5個交替注入段塞，壓裂液220 m3，膠凝酸460 m3，頂替高效防膨液30 m3，累計用液770 m3。酸壓施工泵注程序表見表4。

表4 樁169-斜1井酸壓施工泵注程序表

四、現(xiàn)場應(yīng)用

2017年8月11日在樁169-斜1井實施酸壓施工，酸壓施工曲線圖見圖3。采用前置+后置常規(guī)酸，主體壓裂液+膠凝酸5輪次交替，累計入井常規(guī)酸、壓裂液、膠凝酸、高效防膨液總液量770 m3；其中常規(guī)酸60 m3、壓裂液220 m3、膠凝酸460 m3、高效防膨液30 m3，施工排量4.0～5.5 m3/min，延伸壓力45～61 MPa，破裂壓力58.5 MPa，停泵壓力9.8 MPa。從圖3可以看出，壓裂液泵注階段，壓力出現(xiàn)上漲，與井筒中摩阻和液體密度有關(guān)；膠凝酸泵注階段，每個階段中后期壓力呈現(xiàn)明顯下降趨勢，說明酸進入地層后起到較好溶蝕擴縫作用，裂縫延伸順利，形成了酸蝕裂縫通道。該井酸壓后自噴投產(chǎn)，日產(chǎn)液128 t，日產(chǎn)油122.6 t，日產(chǎn)氣13 215 m3，取得了較好的酸壓效果。

五、結(jié)論

(1)結(jié)合研究區(qū)的儲層地質(zhì)特征，室內(nèi)優(yōu)選出了適合樁斜169塊酸壓的酸壓液體系。

圖3 樁169-斜1井酸壓施工曲線

(2)現(xiàn)場應(yīng)用表明，定點射流深度酸壓工藝溝通了儲層遠處的天然裂縫，實現(xiàn)了縱向各層的均衡改造，取得了較好的改造效果，為樁斜169塊后續(xù)投產(chǎn)井的酸壓改造提供了有效的技術(shù)支撐。

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