水平井前置酸加砂壓裂技術(shù)優(yōu)化研究

何火華，黃 偉，王 鵬.

(延長(zhǎng)油田股份有限公司富縣采油廠，陜西延安 716000)

富縣采油廠直羅區(qū)塊長(zhǎng)8儲(chǔ)油層平均孔隙度為8.89%，滲透率為0.8～1.0 mD，平均含油飽和度為34.5%，為低孔、低滲、低飽儲(chǔ)層。實(shí)施常規(guī)水平井壓裂投產(chǎn)，壓裂液量較大，水源得不到清潔保證，造成在壓裂過(guò)程中對(duì)油層傷害嚴(yán)重，達(dá)不到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目的。針對(duì)這種情況，2018年對(duì)該區(qū)域水平井壓裂采取加前置酸措施，經(jīng)過(guò)油井取巖心，借助室內(nèi)分析儀器分析，酸液與巖心反應(yīng)及實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，研制出一套適應(yīng)于該區(qū)域壓裂用的前置酸體系?，F(xiàn)場(chǎng)施工24層段，平均油井單井日增產(chǎn)1.0～1.5 t，穩(wěn)產(chǎn)期提高到1年以上，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)該工藝技術(shù)的推廣和應(yīng)用有了一個(gè)好的發(fā)展前景。

1 技術(shù)機(jī)理

前置液與酸液混合，在高于油層破裂壓力的前提下將混合液泵注入油層，稠狀酸液一部分與油層裂縫壁面巖心進(jìn)行反應(yīng)，增加油層滲透性，另一部分處在裂縫前沿，對(duì)隨后泵注入的壓裂液膠體在返排過(guò)程中起到完全破膠水化作用，有效提高油層導(dǎo)流能力。實(shí)驗(yàn)表明[1-5]，該酸液體系與巖心反應(yīng)后滲透率可提高23%，對(duì)壓裂液濾餅的溶蝕速度達(dá)到6.18 kg/(m2·h)。

2 技術(shù)適應(yīng)性

這種技術(shù)的特點(diǎn)是在作業(yè)過(guò)程中，其前緣泵注所產(chǎn)生的稠化酸能夠?qū)Φ貙又械膸r屑物進(jìn)行溶解，提高了地層的滲透能力。這樣一來(lái)，使得人工造縫的工程量大大減輕，天然的裂縫實(shí)現(xiàn)了自然的延伸和拓展。以此為前提，為接下來(lái)進(jìn)行砂液的補(bǔ)充提供了一個(gè)比較良好的作業(yè)空間，方便了砂液的填充。前緣酸蝕的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于達(dá)到分散單一的人工造縫方向的效果，這樣的效果使得竄通邊底水的現(xiàn)象消失。這一系列的效果和優(yōu)勢(shì)便是前置酸加砂壓裂的工藝特點(diǎn)。

除增強(qiáng)導(dǎo)流能力外，這種技術(shù)還可以減少擠入程度。具體來(lái)說(shuō)，該技術(shù)的本質(zhì)是在裂縫中使得壓裂液破膠，并和破膠劑一起形成新的復(fù)合破膠體系，從而不需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間去等候酸反應(yīng)，對(duì)于壓后迅速開(kāi)井排液很有幫助。

前置酸加砂壓裂的關(guān)鍵技術(shù)就是優(yōu)選適宜的酸液體系。以?xún)?chǔ)層的巖礦成分、孔喉結(jié)構(gòu)特征分析為切入點(diǎn)，預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的敏感性，根據(jù)巖屑溶蝕和酸化模擬實(shí)驗(yàn)優(yōu)選主體酸液配方：對(duì)酸液體系進(jìn)行滲透性改善、流體配伍性、抑制黏土膨脹、濾餅溶解和壓裂液破膠等室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，最終確定出與儲(chǔ)層相匹配的酸液配方。展開(kāi)室內(nèi)酸液體系優(yōu)化和綜合性能評(píng)價(jià)，再運(yùn)用該套優(yōu)化評(píng)價(jià)手段優(yōu)選其他區(qū)塊主體的酸液體系[6-16]。

3 技術(shù)優(yōu)化研究

3.1 工藝流程優(yōu)化

經(jīng)過(guò)實(shí)踐，目前已形成較為成熟的前置酸加砂壓裂工藝流程。配液罐、酸罐為混砂車(chē)供液，壓裂泵將壓裂液攜砂泵入井口(圖1)。

圖1 施工工藝流程Fig.1 Construction process flow chart

(1)配液罐20 m3，10%鹽酸+5%氫氟酸+10%甲酸+3%緩蝕劑+2%表面活性劑+3%鐵離子穩(wěn)定劑+1%破乳劑，配成20 m3酸液。

(2)酸罐與主體管線連接，破壓后首先泵入酸液，酸蝕作用使油層破開(kāi)裂縫延長(zhǎng)，裂縫間的連通性增加。

(3)按設(shè)計(jì)量泵注攜砂液，砂量達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開(kāi)始頂替，把管匯內(nèi)、井筒內(nèi)的攜砂液完全頂替到油層，結(jié)束施工。

3.2 施工設(shè)備優(yōu)選

施工中涉及的主要設(shè)備有主壓裂車(chē)、儀表車(chē)、混砂車(chē)、管線車(chē)、砂罐車(chē)、泵車(chē)以及包括高壓管匯系統(tǒng)、配液罐在內(nèi)的輔助設(shè)備(表1)。

表1 施工設(shè)備優(yōu)選表Table 1 Construction equipment selection table

3.3 壓裂液配制及泵注施工

為確保施工的順利進(jìn)行，且施工的各個(gè)階段液體能夠滿(mǎn)足儲(chǔ)層低傷害的要求，室內(nèi)進(jìn)行了基礎(chǔ)配方實(shí)驗(yàn)，壓裂液體配方見(jiàn)表2。

表2 壓裂液體配方Table 2 Fracturing fluid formula

基于以上基礎(chǔ)配方，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)調(diào)整?；钚运畮r心傷害率低于15%；滑溜水(儲(chǔ)層溫度下)黏度要求小于5 mPa·s，巖心傷害率低于18%；基液的黏度(儲(chǔ)層溫度下)要求在15～20 mPa·s之間，巖心傷害率低于20%；交聯(lián)液在60 min(儲(chǔ)層溫度下)內(nèi)黏度大于120 mPa·s，巖心傷害率低于23%；破膠液黏度小于5 mPa·s。

根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)施選井原則，長(zhǎng)8選取水平井共計(jì)24段進(jìn)行施工，酸化及壓裂施工泵注程序見(jiàn)表3和表4。

表3 酸化施工泵注程序Table 3 Construction pumping procedures of acidification

表4 壓裂施工泵注程序Table 4 Construction pumping procedures of fracturing

壓裂混砂車(chē)需配備交聯(lián)供液泵，以滿(mǎn)足基液與交聯(lián)液100∶0.5的配比條件?，F(xiàn)場(chǎng)施工配液時(shí)要保證配制的瓜爾膠液均勻、無(wú)魚(yú)眼。

在攜砂液階段，按0.02%-0.03%-0.04%在混砂車(chē)人工楔形加入過(guò)硫酸銨145 kg，頂替液階段追加過(guò)硫酸銨25 kg。

關(guān)井30 min，采用6～8 mm油嘴控制放噴，放壓完畢后，以0.8～1.0 m3/min排量的活性水反循環(huán)洗井33 m3(根據(jù)反沖壓力及出口出砂情況可以適當(dāng)增加排量和沖砂液量)。

4 選擇適合油層的酸液體系

4.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

4.1.1 酸溶實(shí)驗(yàn)

配置的兩種酸液分別是：有機(jī)復(fù)合酸、有機(jī)土酸。備好巖心一塊。酸、巖心的體積質(zhì)量比為10∶1，實(shí)驗(yàn)溫度為35 ℃，反應(yīng)時(shí)間為90 min。結(jié)果：有機(jī)復(fù)合酸溶蝕率為18%，有機(jī)土酸溶蝕率為31%，主要溶蝕巖心中的沉積物及礦物質(zhì)。

4.1.2 水敏性、酸敏性實(shí)驗(yàn)

根據(jù)酸液配方，為進(jìn)一步驗(yàn)證酸液及添加劑的有效性，用長(zhǎng)8巖心進(jìn)行了水敏和酸敏實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)表明，長(zhǎng)8巖心的平均孔隙度為8.8%，滲透率為0.8～1.0，含油飽和度為34.5%，油層物性差，泥質(zhì)和黏土礦物成分含量高(平均為32.5%)，為中等偏強(qiáng)水敏油層。選擇適合的黏土穩(wěn)定劑、助排劑，能有效解決儲(chǔ)層的水敏問(wèn)題。選擇溶蝕能力中等的酸和酸緩蝕劑，對(duì)油層的酸敏感性影響小，對(duì)井下工具的腐蝕影響也小。

4.1.3 破膠實(shí)驗(yàn)

取穩(wěn)定的壓裂膠聯(lián)液10 mL，加2 mL配置酸液，在50 ℃進(jìn)行破膠。待破膠完全后，用離心恒重法測(cè)壓裂液殘?jiān)暮?。與未加酸液進(jìn)行比較，加有機(jī)復(fù)合酸的壓裂液殘?jiān)拷档头葹?7.5%，加有機(jī)土酸的壓裂液殘?jiān)拷档头葹?1.5%，酸液破膠作用明顯提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：選擇有機(jī)土酸體系實(shí)施前置酸壓裂不僅能夠改善壓裂效果，而且酸液與地層、壓裂液配伍性好。

4.2 前置酸體系

4.2.1 土酸體系

優(yōu)點(diǎn)是酸液溶蝕能量強(qiáng)；缺點(diǎn)是反應(yīng)速度快，酸液有效作用距離有限，高溫條件下易產(chǎn)生沉淀導(dǎo)致二次傷害地層。常用于高滲透、傷害嚴(yán)重的砂巖地層的常規(guī)酸化。

常規(guī)配方為：12%HCl+3%緩蝕劑+5%HF+1%表面活性劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑+2%黏土穩(wěn)定劑。

4.2.2 有機(jī)土酸體系

有機(jī)土酸主要指有機(jī)酸(甲酸或乙酸)與土酸混合或單獨(dú)與氫氟酸混合來(lái)延緩氫氟酸的消耗。

甲酸是有機(jī)弱酸，與地層中的黏土礦物等復(fù)合成分反應(yīng)慢，溶蝕性小，與土酸按比例混合配置在油層中能充分溶蝕黏土及礦物成分；延緩反應(yīng)時(shí)間，延長(zhǎng)壓裂的有效作用距離，提高施工效果；對(duì)酸液的使用適合溫度也明顯提高。這種酸液體系適用在45～100 ℃油層，在油層反應(yīng)后無(wú)沉淀生成。

配方為：10%甲酸(或乙酸)+10%HCl+3%HF+3%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑+2%黏土穩(wěn)定劑+1%表面活性劑。

5 結(jié)論

(1)現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)果表明前置酸在造縫的同時(shí)溶蝕油層裂縫內(nèi)的巖屑，有效提高了油層的導(dǎo)流能力和滲透性。

(2)與常規(guī)壓裂相比，穩(wěn)產(chǎn)周期由3～6個(gè)月增加到1年以上，單井每日增產(chǎn)1.0 t以上。

(3)針對(duì)富縣長(zhǎng)8油層，研制了酸液體系，壓裂效果明顯，經(jīng)過(guò)測(cè)算投入產(chǎn)出比為1∶2.2，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(4)酸液體系對(duì)生產(chǎn)井周?chē)h(huán)境沒(méi)有影響，對(duì)施工操作人員身體沒(méi)有傷害，各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家環(huán)保要求。

(5)該工藝施工簡(jiǎn)單，配置方便，安全可靠便于推廣。