復(fù)合暫堵轉(zhuǎn)向酸化壓裂技術(shù)在塔河油田的應(yīng)用

趙榮華，劉文崢，鄒建敏，黃庭剛，王心怡

(河南鑫安利安全科技股份有限公司，河南 鄭州 450001)

0 引 言

塔河油田奧陶系油藏是以縫洞為儲集體，由多個縫洞單元疊合形成的復(fù)合油氣藏，具有埋藏深(5 400.0～6 900.0 m)、溫度高(120～170 ℃)、非均質(zhì)性強、疊合連片含油、不均勻富集的特點[1-5]。基質(zhì)滲透率低(平均為0.018 mD)，基本無儲集能力，裂縫、溶洞發(fā)育，裂縫既是儲集空間又是主要的流動通道。整體孔喉配合度低，連通性差，塔河油田75%以上油井完井后自然產(chǎn)能低或無自然產(chǎn)能，需要通過儲層改造方能建產(chǎn)，酸化壓裂已成為塔河油田奧陶系碳酸鹽巖油藏勘探開發(fā)的主要技術(shù)。塔河油田前期勘探開發(fā)主要采用直井裸眼完井方式，以滑溜水+壓裂液+膠凝酸(變黏酸、地面交聯(lián)酸)等前置酸酸化壓裂或多級交替注入酸化壓裂工藝技術(shù)為主，并取得了較好的效果。為了提高巨厚裸眼段產(chǎn)層的動用程度，塔河油田開展了裸眼封隔器+滑套機械分段酸化壓裂技術(shù)研究及現(xiàn)場試驗，但存在機械封隔分段工具下入困難、封隔器坐封可靠性差、壓裂后工具滯留井中影響后續(xù)措施作業(yè)的問題[6-21]。為此，開展了復(fù)合暫堵轉(zhuǎn)向酸化壓裂技術(shù)研究及現(xiàn)場試驗，取得了較好的效果，解決了塔河油田長裸眼井機械分段酸化壓裂存在的諸多問題。

1 塔河油田酸化壓裂難點分析

塔河油田酸化壓裂存在如下難點：①儲層溫度高，酸巖反應(yīng)速度快，酸液作用距離短，改造范圍有限；側(cè)鉆水平井分段均勻改造難度大，深度酸化壓裂改造難度大。②儲層天然裂縫發(fā)育程度大，非均質(zhì)性強，酸液濾失大，難以形成長的主裂縫，需要采取適當?shù)慕禐V措施，降低酸液濾失，提高酸蝕裂縫有效作用距離。③儲層水平應(yīng)力差較大(5～9 MPa)，前期酸化壓裂施工結(jié)果證實縫內(nèi)轉(zhuǎn)向形成復(fù)雜縫網(wǎng)難度大。④天然裂縫與最大水平主應(yīng)力方向呈一定夾角，需采取適當?shù)霓D(zhuǎn)向措施，增加溝通縫洞儲集體幾率。

2 復(fù)合暫堵轉(zhuǎn)向酸化壓裂增產(chǎn)機理

塔河油田長裸眼復(fù)合暫堵轉(zhuǎn)向酸化壓裂技術(shù)在以地面轉(zhuǎn)向酸為酸液體系的酸化壓裂過程中適時加入一定量的纖維和暫堵顆粒[22-23]，通過轉(zhuǎn)向酸與巖石反應(yīng)，在裂縫縫口形成凝膠充填，進行第1次封堵；纖維和暫堵顆粒在經(jīng)過射孔孔道、近井筒孔道進入地層天然裂縫或先期人工裂縫時，在孔眼、射孔孔道或縫端形成高強度暫堵層，進行第2次封堵，一定程度上提高井底壓力[24-25]，使后續(xù)工作液減少或者不能向初期的射孔孔眼、天然裂縫或先期人工裂縫流動，從而產(chǎn)生壓裂液的二次分配或儲層的二次破裂，進而改變裂縫起裂方位以產(chǎn)生新裂縫[26-27]?，F(xiàn)場實施過程中，在第1段轉(zhuǎn)向酸酸化壓裂施工后，通過注入攜帶纖維+顆粒的液體段塞，在第1段酸化壓裂形成的裂縫端口不斷架橋堆積并壓實，形成具有一定暫堵壓力的阻擋層，迫使液體轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)第2段儲層的起裂，然后提高排量進行后續(xù)的酸化壓裂施工，以此類推，達到分段酸化壓裂的目的。

3 復(fù)合暫堵轉(zhuǎn)向酸化壓裂工藝研究

3.1 轉(zhuǎn)向酸暫堵效果評價

轉(zhuǎn)向酸暫堵轉(zhuǎn)向是利用黏彈性表面活性劑作為酸化轉(zhuǎn)向劑，依靠殘酸黏度急劇增大而實現(xiàn)暫堵轉(zhuǎn)向[28]。該體系由一定比例的HCl、轉(zhuǎn)向劑、緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑、降阻劑組成。當酸液pH值上升至大約2～3時，液體由線性流體轉(zhuǎn)變?yōu)轲椥詢瞿z狀， 增加了酸液在裂縫中的流動阻力，從而起到降低濾失和轉(zhuǎn)向的目的。對于轉(zhuǎn)向酸體系，最關(guān)鍵的是酸液變黏后的流變性，變黏后的酸液在高溫高剪切下能否保持黏度直接關(guān)系到酸液轉(zhuǎn)向能力、轉(zhuǎn)向效果以及改造效果[29]。實驗表明，在135 ℃，170 s-1條件下，剪切150 min，殘酸黏度可達90 mPa·s，說明該轉(zhuǎn)向酸能夠有效降低酸液濾失，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的目的。

3.2 纖維+顆粒暫堵效果評價

該技術(shù)采用的纖維和暫堵顆粒是人工制備的白色纖維狀或球狀固體，屬于一種溫敏性材料，纖維長度為4～8 mm，暫堵顆粒按直徑區(qū)分有1 mm和3～4 mm2種規(guī)格。

3.2.1 適用性分析

(1) 對于縫寬不大于2 mm的裂縫，主要采用小粒徑暫堵顆粒。將不同質(zhì)量分數(shù)(1.0%～2.0%)的纖維及不同質(zhì)量分數(shù)(0.1%、0.3%、0.5%)的小粒徑暫堵顆?；烊肱渲坪玫膲毫岩簶悠分袛嚢璨⑷?，采用CSF-10000多功能巖心驅(qū)替實驗系統(tǒng)進行小尺寸裂縫巖心驅(qū)替，評價暫堵壓力(表1)。

表1 小尺寸裂縫不同濃度復(fù)合暫堵壓力

由表1可知，當縫寬不大于2 mm時，1.0%～2.0%纖維+0.5%小粒徑暫堵顆?？梢詫崿F(xiàn)9.0～10.0 MPa的暫堵壓力，滿足塔河油田儲層起裂壓力差主要集中在5.0～9.0 MPa的需要。

(2) 對于大尺寸裂縫(縫寬大于2 mm)，主要采用大粒徑暫堵顆粒。對于漏失段及溶洞型儲層，縫寬遠大于2 mm，為此研制了大粒徑(直徑為3～4 mm)暫堵顆粒。通過對比不同組合的暫堵顆粒和纖維及不同驅(qū)替排量下的驅(qū)替壓差，研究排量和暫堵材料對暫堵壓力的影響(圖1、2)。

圖1 排量與復(fù)合暫堵劑暫堵壓力的關(guān)系

圖2 復(fù)合暫堵劑優(yōu)選

由圖1可知：隨著泵注時間的推移，封堵壓力先迅速增大，然后緩慢下降，最后快速下降，說明纖維經(jīng)歷了壓力快速升高有效封堵、穩(wěn)定封堵到纖維溶解封堵失效的過程；隨著泵注排量的增加，封堵壓力逐漸升高，這是由于大排量對暫堵顆粒的擠壓作用更強，顆粒變形后能夠更好地暫堵不規(guī)則酸蝕蚓孔，更容易將暫堵顆粒攜帶入裂縫從而實現(xiàn)高強度封堵，封堵后壓力增大更明顯，有利于實現(xiàn)酸壓轉(zhuǎn)向。

由圖2可知：4種不同組合的暫堵劑隨著泵注時間的推移，封堵壓力表現(xiàn)出與圖1類似的特征，說明4種暫堵劑都經(jīng)歷了快速有效封堵、穩(wěn)定封堵到封堵失效的過程；不同組合的復(fù)合暫堵劑暫堵效果差異較大，1號暫堵劑在5 min左右暫堵壓力高達13.60 MPa，而4號暫堵劑在相同時間暫堵壓力只有 1.37 MPa，約為1號暫堵劑暫堵壓力的1/10，說明不同粒徑的暫堵顆粒和纖維組合復(fù)合使用與單一粒徑暫堵顆粒相比能夠起到更好的暫堵效果。

3.2.2 纖維含量優(yōu)化

在排量為0.5 L/min，溫度為130 ℃條件下，對4塊巖心分別注入含有質(zhì)量分數(shù)為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的5 mm長纖維的酸液，測試不同質(zhì)量分數(shù)的纖維的封堵效果(圖3、表2)。

由圖3、表2可知，不同的纖維含量表現(xiàn)出不同的酸液濾失特征。纖維質(zhì)量分數(shù)為1.0%時，酸液快速突破，突破時間為2.3 min，且濾失量快速升高，達到110.1 mL，無法滿足現(xiàn)場降低濾失實現(xiàn)酸化壓裂轉(zhuǎn)向的施工需要；纖維質(zhì)量分數(shù)為1.5%時，初始濾失量為9.5 mL，但突破時間較短，為17.8 min，無法滿足現(xiàn)場施工需要；纖維質(zhì)量分數(shù)為2.0%時，初始濾失量較小，僅為5.6 mL，且濾失緩慢，酸液突破時間為70.9 min，滿足現(xiàn)場對施工時間大于60 min的要求；纖維質(zhì)量分數(shù)為2.5%時，酸液沒有突破，但纖維用量較大，不夠經(jīng)濟節(jié)約。綜合考慮工藝要求與成本，推薦現(xiàn)場酸液中纖維含量為2.0%。

圖3 不同纖維含量與濾失量關(guān)系曲線

表2 不同含量纖維的封堵效果

3.2.3 纖維的溶解性評價

將纖維分別加入恒溫的20%HCL溶液(120 ℃)和清水(100 ℃)中，經(jīng)過不同時間后取出纖維過濾、烘干和稱重，計算纖維的溶解率(表3)。

(1)

式中：k為纖維的溶解率，%；m0為纖維加入前的質(zhì)量，g；m1為纖維溶解后烘干稱重的質(zhì)量，g。

表3 纖維溶解性評價實驗數(shù)據(jù)

由表3可知，纖維在20%HCL及清水中2 h的溶解率分別為30.80%和3.90%，8 h后溶解率達到100%，滿足現(xiàn)場施工的時間要求以及后續(xù)纖維自溶解的要求 。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 總體應(yīng)用效果分析

在塔河油田開展了復(fù)合暫堵分段酸化壓裂技術(shù)研究及現(xiàn)場試驗。截至目前，復(fù)合暫堵分段酸化壓裂技術(shù)累計實施了9口井，有效率為95%，累計增油近10×104t(表4)。從前期試驗效果來看，增油效果較好的井主要靠近斷溶體，且縫洞系統(tǒng)連通關(guān)系較好的位置；工程上首選井眼軌跡與最大主應(yīng)力方向夾角應(yīng)大于45 °，更有利于體現(xiàn)該技術(shù)的優(yōu)越性。

表4 部分復(fù)合暫堵轉(zhuǎn)向酸化壓裂井施工效果統(tǒng)計

4.2 失效井分析

TK6106井鷹山組裸眼段長達183.4 m，主要發(fā)育 2 套儲層：第1套儲層埋深為 5 543.0 ～5 596.5 m，第2套儲層埋深為5 614.0～5 660.0 m，2套儲層的破裂壓力相差3.2 MPa。為提高油層縱向動用程度，決定對鷹山組儲層采用纖維+顆粒復(fù)合暫堵酸化壓裂工藝。設(shè)計暫堵酸化壓裂體系：滑溜水為120 m3，壓裂液為715 m3，普通膠凝酸為580 m3，轉(zhuǎn)向酸為60 m3，暫堵纖維為1.00 t，暫堵顆粒為0.30 t，其中，直徑為1mm的暫堵顆粒為0.25 t，直徑為3～4 mm的暫堵顆粒為0.05 t。

由施工參數(shù)可知：隨著滑溜水泵注入井筒，套管壓力快速上升；泵注壓裂液和酸液階段，套管壓力基本保持平穩(wěn)；泵注暫堵劑階段，當暫堵劑泵注量達到48 m3時，此時有2 m3暫堵劑進入地層(井筒容積為46 m3)，套管壓力瞬間由25.0 MPa上升至60.8 MPa，超過井口安全壓力，無法正常施工；停泵后約19 h內(nèi)，套管壓力一直保持緩慢下降趨勢，然后在1 h內(nèi)快速降低了21.0 MPa。根據(jù)泵注暫堵劑階段的壓力變化分析可知，暫堵劑泵注量達到48 m3時，在裸眼段儲層發(fā)生了暫堵劑沉降，導(dǎo)致套管壓力快速上升，后期暫堵劑中的纖維充分溶解，暫堵劑沉降導(dǎo)致的堵塞解除，部分暫堵劑進入地層，套管壓力也隨之下降。

分析暫堵劑發(fā)生沉降的原因：①該井儲層位于暗河附近，基質(zhì)中富含泥質(zhì)灰?guī)r，在低泵壓下裂縫閉合快，減緩了纖維進入裂縫的速度；②前期的酸化壓裂沒有很好地溝通有利儲集體，在低排量泵注暫堵劑階段，纖維和顆粒不能及時進入裂縫，在井筒形成沉降堆積；③壓裂后數(shù)值擬合表明，暫堵前縫寬僅為2.3 mm，直徑為1 mm和3～4 mm不同粒徑的顆粒組合與纖維通過纏繞橋堵作用形成的暫堵劑顆粒的直徑遠超過了裂縫縫寬，進入裂縫困難，極易在縫口形成沉降堆積。

5 結(jié) 論

(1) 復(fù)合暫堵轉(zhuǎn)向酸化壓裂技術(shù)能夠有效實現(xiàn)塔河油田長裸眼段的暫堵轉(zhuǎn)向酸化壓裂改造，提高單井儲層改造程度。

(2) 不同發(fā)育特征的碳酸鹽巖縫洞系統(tǒng)儲層應(yīng)選擇不同組合的暫堵顆粒和纖維。大泵注排量更容易將暫堵顆粒攜帶入裂縫，對暫堵顆粒的擠壓作用更強，顆粒變形后能夠更好地暫堵不規(guī)則酸蝕蚓孔，更有利于實現(xiàn)壓裂裂縫轉(zhuǎn)向。

(3) 未加纖維的暫堵液在低壓差下的濾失量遠大于加入纖維的暫堵液的濾失量，說明纖維有非常顯著的堵漏效果，隨著壓差的增大，纖維的堵漏性能也顯著提高。