縫洞型碳酸鹽巖油藏重復(fù)改造工藝研究與應(yīng)用

李永壽，鄢宇杰，趙 兵

(中國石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

塔河油田碳酸鹽巖油藏地質(zhì)儲量13×108t，占93.8%，基質(zhì)無儲集能力，縫、洞是主要儲集空間，其中溶洞型儲量占70%。由于縫洞體與井的空間關(guān)系復(fù)雜、連通性差、規(guī)模小[1-4]、穩(wěn)產(chǎn)能力弱，50%以上的井生產(chǎn)超過1.5年就需要進(jìn)行重復(fù)改造增產(chǎn)。隨著塔河油田開發(fā)進(jìn)入提高采收率階段，目前原投產(chǎn)縫洞采完后，非主應(yīng)力方向上縫洞體需要重復(fù)改造溝通；投產(chǎn)縫洞未采完，通道在生產(chǎn)過程中失效，需要重復(fù)改造恢復(fù)，每年重復(fù)改造工作量達(dá)到60余井次，已成為制約老區(qū)剩余油潛力動用的瓶頸。針對如何通過重復(fù)改造溝通動用井周更多縫洞體，恢復(fù)井-儲通道等問題，重點(diǎn)攻關(guān)形成了暫堵轉(zhuǎn)向、深部通道改善兩大關(guān)鍵技術(shù)。

1 暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)

暫堵轉(zhuǎn)向酸壓技術(shù)的機(jī)理是在施工過程中向地層中加入暫堵劑，根據(jù)流體向阻力最小方向流動的原則，暫堵劑首先進(jìn)入地層中已張開的裂縫，形成架橋或充填堵塞，阻止后續(xù)液體繼續(xù)進(jìn)入，同時(shí)產(chǎn)生一定的附加壓差，當(dāng)此附加壓差與已張開裂縫的延伸壓力之和高于未張開縫或基質(zhì)的破裂壓力時(shí)，則裂縫轉(zhuǎn)向從新的地方起裂，從而溝通新儲集體[5-8]。

1.1 高強(qiáng)度暫堵劑的優(yōu)選及性能評價(jià)

1.1.1 暫堵劑優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)

暫堵劑需滿足以下條件：①耐酸，避免與酸接觸快速溶解，失去暫堵能力；②懸浮性能好，方便現(xiàn)場加入；③施工期間溶解率低于30%(按兩級之間施工液量500 m3估算，預(yù)計(jì)施工時(shí)間約2 h)，保證施工時(shí)的持續(xù)暫堵效果；③最終可完全降解，避免傷害儲層。

1.1.2 纖維材料優(yōu)選

取2 g纖維分別加入100 g清水或20% HCl中，放入事先準(zhǔn)備好的封閉鋼筒中，將準(zhǔn)備好的樣品放入已經(jīng)加熱到140℃的滾子爐中加熱，每隔一定時(shí)間取出過濾，烘干后稱取剩余樣品質(zhì)量，得到不同時(shí)間在不同介質(zhì)中的溶解率。

對5號纖維進(jìn)行溶解性評價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：140℃，2 h，在清水中溶解率僅1.1%，在20%HCl中溶解率16.7%，最終溶解率均達(dá)到100%(見圖1)，滿足暫堵要求。

圖1 140℃5號纖維溶解率

1.2 不同縫寬暫堵工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)成功的前提是獲得裂縫的寬度信息，從而針對性進(jìn)行暫堵組合。通過開展酸蝕導(dǎo)流實(shí)驗(yàn)和酸壓施工曲線擬合統(tǒng)計(jì)分析(見圖2)，獲得了塔河油田酸壓縫寬(縫口)為2～8 mm，以此作為暫堵轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)依據(jù)[9-11]。

針對不同的裂縫寬度進(jìn)行暫堵組合研究。實(shí)驗(yàn)裝置主要性能指標(biāo)為：①最大承壓能力：20 MPa；②暫堵液容積：10 L；③最大排量：2.1 L/min；④調(diào)縫寬度：2～8 mm；⑤裂縫高度：45 mm；⑥裂縫長度：230 mm。

圖2 酸壓曲線分析獲取的縫寬分布

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示：①對于2 mm縫寬，暫堵壓力15 MPa的最優(yōu)組合為：1.5%纖維+1%的1 mm顆粒；②對于4 mm縫寬，暫堵壓力15 MPa的最優(yōu)組合為：2%纖維+1%的1 mm顆粒+0.2%的3～4 mm顆粒；③對于6 mm縫寬，暫堵壓力15 MPa的最優(yōu)組合為：2%纖維+2.5%的1 mm顆粒+2.5%的3～4 mm球；④對于8 mm縫寬，當(dāng)纖維及顆粒加量達(dá)到現(xiàn)場無法實(shí)施的濃度時(shí)，仍不能有效封堵。

圖3 不同參數(shù)的暫堵壓力曲線

1.3 現(xiàn)場配套優(yōu)化

加注工藝的配套和攜帶液的攜帶穩(wěn)定性是施工成功的重要保證，目前已經(jīng)形成了手工加注、鼓風(fēng)機(jī)加注、纖維泵加注3種加注工藝，暫堵劑攜帶液主要是以壓裂液為主。針對前期配備的纖維手工加注方式存在加注濃度不穩(wěn)定、纖維團(tuán)漂浮；壓裂液攜帶纖維分散性較差等問題，創(chuàng)新形成工藝配套設(shè)備及高效攜帶液。

1.3.1 加注工藝配套優(yōu)化

目前已形成了3種加注工藝，分別是手工加注(見表1)、鼓風(fēng)機(jī)加注、纖維泵加注。前期形成2套加注設(shè)備(纖維泵、鼓風(fēng)機(jī))，可基本滿足現(xiàn)場加注需求；目前結(jié)合纖維攜帶液，已部分解決纖維團(tuán)漂浮及冒頂?shù)葐栴}。

表1 3種加注方式優(yōu)缺點(diǎn)對比

1.3.2 暫堵劑攜帶液配套優(yōu)化

針對纖維在壓裂液中分散性較差，現(xiàn)場施工時(shí)纖維不能均勻加入的問題，研發(fā)含多個(gè)羥基的陽離子型雙長鏈季銨鹽表面活性劑，形成了一種粘彈性溶液作為攜帶液。并開展了粘彈性攜帶液攜帶實(shí)驗(yàn)研究，優(yōu)選5%粘彈劑溶液進(jìn)行纖維攜帶實(shí)驗(yàn)(先采用2%粘彈劑混合纖維，再通過交聯(lián)劑泵泵入3%粘彈劑)，結(jié)果顯示該液攜帶能力強(qiáng)、懸浮性好。

1.4 暫堵轉(zhuǎn)向施工參數(shù)優(yōu)化

不同施工參數(shù)(壓裂液粘度、施工排量及施工規(guī)模)對轉(zhuǎn)向半徑的影響模擬結(jié)果如圖4所示。在水平應(yīng)力差及裂縫凈壓力一定情況下，提高壓裂液粘度、施工排量、施工規(guī)模均能增大轉(zhuǎn)向半徑。最終優(yōu)化結(jié)果：壓裂液粘度200 mPa·s、施工排量大于6 m3/min、施工規(guī)模不小于800 m3，可實(shí)現(xiàn)裂縫半長大于100 m、轉(zhuǎn)向半徑大于30 m的施工需求。

2 深部通道改善技術(shù)

近井儲集體經(jīng)過多輪次酸化+注水替油后，剩余油挖潛潛力變小，而常規(guī)酸化僅能解除近井導(dǎo)流下降問題，難以恢復(fù)遠(yuǎn)端導(dǎo)流能力。深部通道改善技術(shù)通過優(yōu)選低緩速的深穿透酸液、優(yōu)化酸液濃度、優(yōu)化施工參數(shù)，增大處理范圍，疏通遠(yuǎn)端通道，以充分挖潛遠(yuǎn)端潛力[12-15]。

圖4 暫堵轉(zhuǎn)向施工參數(shù)優(yōu)化

2.1 酸液類型優(yōu)選

液體體系優(yōu)選交聯(lián)酸、自生酸深穿透酸液體系，其緩蝕性能好、穿透距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，對于改善儲層遠(yuǎn)端通道優(yōu)勢顯著。地面交聯(lián)酸在140℃、170 s-1條件下剪切90 min后粘度仍保持在180 mPa·s，具有較好的耐溫、抗剪切能力，注入地層之后粘度依然保持較高，可以有效降低酸液濾失，提高酸液的作用距離。自生酸在改性黃原膠稠化劑的懸浮作用下，隨著溫度的升高，高聚合度羰基化合物(難溶于水)和鹽類發(fā)生反應(yīng)逐漸生成酸，酸液體系具有深穿透、低溶蝕的特點(diǎn)，可減緩酸巖反應(yīng)速率，加大酸蝕裂縫長度，實(shí)現(xiàn)深度改造的目的。

如表2所示，從酸液體系的反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)對比結(jié)果表明，交聯(lián)酸、自生酸的緩速性能優(yōu)于常規(guī)膠凝酸體系。

表2 緩速酸液與其它酸液體系反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)對比表

注：J為反應(yīng)速率；C為酸液濃度

經(jīng)分析對比顯示，高閉合應(yīng)力50 MPa下，距井筒40 m以外深部儲層，地面交聯(lián)酸及自生酸在裂縫遠(yuǎn)端的導(dǎo)流能力明顯高于膠凝酸(見圖5)。

圖5 不同酸液裂縫不同部位的導(dǎo)流能力

2.2 酸液濃度優(yōu)化

導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)表明：整體來看，在高閉合應(yīng)力下導(dǎo)流能力下降快；由于28%交聯(lián)酸酸濃度過高，HCl的電離度下降幅度超過HCl分子數(shù)目的增加幅度，有利于降低近井溶蝕，交聯(lián)酸體系28%酸液濃度整體導(dǎo)流能力高于20%酸液濃度，從而提高酸液穿透距離(見圖6)。

圖6 不同酸液濃度的導(dǎo)流能力

2.3 施工參數(shù)優(yōu)化

導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)表明：最優(yōu)排量為300～400 mL/min，刻蝕形態(tài)以直溝槽狀刻蝕為主，分布不均、過度刻蝕現(xiàn)象較少，超過此排量后巖板平均刻蝕體積提升緩慢(95.41↑101.56cm3)，導(dǎo)流能力增速逐漸降低(75%↓1%)，根據(jù)相似準(zhǔn)則折合現(xiàn)場排量為3～4 m3/min。

最優(yōu)泵注時(shí)間為60 min，超過60min后刻蝕體積增量減小(10↓6 cm3)，導(dǎo)流能力增速逐漸降低(18%↓1%)，結(jié)合最優(yōu)排量獲得合理酸液規(guī)模為180～240 m3(見圖7)。

圖7 暫堵轉(zhuǎn)向施工參數(shù)優(yōu)化(排量、酸液規(guī)模)

3 現(xiàn)場應(yīng)用

截至目前，重復(fù)改造工藝礦場試驗(yàn)38井次，成功率98%，累計(jì)增油20.7×104t，較常規(guī)重復(fù)改造工藝噸油成本降低35%，真正達(dá)到了低成本高產(chǎn)出的目的。

3.1 暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)

目前暫堵轉(zhuǎn)向酸壓共應(yīng)用9井次，整體來看工藝有效率89%，累計(jì)增油12.5×104t。其中T1井首次酸壓后生產(chǎn)呈供液不足特征，重復(fù)酸壓過程中首次注入纖維150 kg后，套壓很快由28.5 MPa上升到30.5 MPa，分析為纖維封堵了微裂縫口，起到了降濾失的作用。第二次注入纖維300 kg后大約30 min，套壓上升到31.9 MPa，較初期的28.5 MPa上升了3.4 MPa，分析為纖維進(jìn)入裂縫后起到了暫堵作用，迫使裂縫轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向后的裂縫持續(xù)延伸，注酸期間，泵壓由31.8 MPa下降至20.5 MPa，壓力降幅大，分析為溝通了新儲集體(見圖8)。

3.2 深部通道改善技術(shù)

深部通道改善技術(shù)實(shí)施29井次，累增油8.2×104t,與常規(guī)酸化相比噸油成本下降14%，有效期增加61.1%，增油能力提高了1.2倍。T2井位于主體溶洞儲層邊部，深抽時(shí)顯示供液不足，酸化前注水1 000 m3左右起壓，表明近井通道通暢且剩余油挖潛完畢。采用200 m3地面交聯(lián)酸實(shí)施深部通道改善技術(shù)，酸化后初期形成自噴，轉(zhuǎn)抽后日增產(chǎn)9 t，措施累增油2 140.9 t(見圖9)。

圖8 T1井重復(fù)酸壓施工曲線

圖9 T2井深部通道改善技術(shù)施工曲線

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)通過暫堵劑優(yōu)選及壓前縫寬預(yù)測技術(shù)對2 mm、4 mm、6 mm 縫形成了耐壓15 MPa的最佳暫堵組合；并形成暫堵轉(zhuǎn)向合理施工參數(shù)，成功解決原投產(chǎn)縫洞采完后，非主應(yīng)力方向上縫洞體溝通問題。

(2)通過大尺度巖板導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)，形成深部通道改善技術(shù)：采用28%地面交聯(lián)酸或自生酸，排量為3～4 m3/min；酸液規(guī)模為180～200 m3，改善儲層遠(yuǎn)端通道優(yōu)勢顯著。

(3)重復(fù)改造工藝現(xiàn)場試驗(yàn)效果顯著，成功率98%，累計(jì)增油20.7×104t，較常規(guī)重復(fù)改造噸油成本降低35%，有效解決縫洞型碳酸鹽巖井周儲集體二次動用的難題。