塔河油田水平井三層暫堵酸壓工藝設(shè)計(jì)

李新勇，李春月，申 鑫，趙 兵，張 雄，王世彬，郭建春

1中國(guó)石化西北油田分公司2西南石油大學(xué)

0 引言

塔河油田奧陶系儲(chǔ)層埋藏深，新井產(chǎn)量遞減速度快，老井的挖潛及重復(fù)改造成為支撐塔河油田產(chǎn)量的重要組織部分。側(cè)鉆井平均深度6 500 m。側(cè)鉆水平井具有增大單井泄油面積，提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度等優(yōu)勢(shì)，目前側(cè)鉆水平井已成為塔河油田老井挖潛的關(guān)鍵工藝方法。由于塔河油田奧陶系碳酸鹽巖油藏地質(zhì)特殊性和構(gòu)造復(fù)雜性，側(cè)鉆水平井完井后仍有較大一部分井無法自然建產(chǎn)，需采取酸壓措施求產(chǎn)［1-2］。

由于塔河油田井深、井身結(jié)構(gòu)等因素的限制，導(dǎo)致機(jī)械封隔酸化技術(shù)無法有效使用，使得側(cè)鉆水平井主要采用籠統(tǒng)酸壓的改造方式，施工用酸量大，但酸液利用效率較低。而且對(duì)于酸壓形成的裂縫起裂方向、延伸和在空間的展布形態(tài)也難于控制，因此有必要研究高效的水平井分段酸化壓裂技術(shù)，提高酸壓改造的針對(duì)性［3-4］。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，暫堵轉(zhuǎn)向酸壓是一種有效提高碳酸鹽巖儲(chǔ)層水平井改造效果的工藝技術(shù)，暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)已在致密砂巖和碳酸鹽巖儲(chǔ)層有過成功的應(yīng)用［5-6］，元壩氣田等國(guó)內(nèi)碳酸鹽巖儲(chǔ)層，采用纖維混合暫堵顆粒（碳酸鈣）的方式，達(dá)到水平井段均勻布酸的目的，高效改造碳酸鹽巖儲(chǔ)層［7-9］。暫堵轉(zhuǎn)向酸壓技術(shù)主要采用暫堵材料迫使酸液流動(dòng)方向變化，提高酸液使用效率，暫堵材料為纖維、暫堵顆粒等。由于塔河油田高溫高壓的儲(chǔ)層特征，加之老井重復(fù)改造的不確定性，暫堵材料的類型及用量?jī)?yōu)選是提高暫堵轉(zhuǎn)向酸壓工藝效果針對(duì)性的重要部分［10-12］。針對(duì)塔河油田儲(chǔ)層縫洞體較為發(fā)育、高溫高壓的儲(chǔ)層特征，本文通過對(duì)暫堵材料的性能進(jìn)行室內(nèi)綜合評(píng)價(jià)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上完成了三層暫堵技術(shù)和施工參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用暫堵效果較好，改造后產(chǎn)量較鄰井增加明顯。

1 暫堵劑實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

纖維（長(zhǎng)度3～4 mm、直徑35μm）、暫堵顆粒、鹽酸、劈裂過的巖心。

1.2 暫堵劑溶解性能

纖維和暫堵顆粒既需要在高溫高壓的儲(chǔ)層條件下滿足施工要求，又需要在施工結(jié)束后完成降解，減少對(duì)儲(chǔ)層的傷害。因此，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)纖維和暫堵顆粒的耐溫性和溶解性。

塔河油田主體區(qū)塊地層溫度為140～160℃，而施工時(shí)當(dāng)前置液和酸液進(jìn)入地層后起到了降溫的作用，導(dǎo)致施工過程中井底溫度在120℃左右，因此分別測(cè)試溫度為120℃和140℃時(shí)纖維和暫堵顆粒的溶解性。

溶解實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：120℃條件下，纖維在清水介質(zhì)中2 h的溶解率低于5%，8 h后溶解率為100%；在20%（wt）鹽酸介質(zhì)中2 h的溶解率為30%，8 h后溶解率為100%（圖1a）。暫堵顆粒的耐酸性較好，4 h清水介質(zhì)中的溶解率低于5%，20%（wt）鹽酸介質(zhì)中溶解率為22.5%（圖1b）。結(jié)果表明在施工時(shí)間內(nèi)，纖維和暫堵顆粒的耐酸性較好，能夠保證施工時(shí)的持續(xù)暫堵效果。

圖1 120℃時(shí)纖維及暫堵顆粒的溶解性

取1 g纖維和1 g暫堵顆?；旌霞訜岬?40℃，纖維和暫堵顆粒在清水中加熱2 h后的溶解率為5%，可見纖維原始狀態(tài)，加熱8 h后完全溶解。在酸性條件下，加熱2 h后溶解率為16.7%，加熱到4 h后纖維開始變渾濁，溶解率為78%，加熱6 h后纖維和暫堵顆?；救咳芙?，液體透明，沒有沉淀（圖2）。實(shí)驗(yàn)表明，纖維和暫堵顆粒可以在施工過程的高溫條件下溶解得非常徹底，有效的保護(hù)儲(chǔ)層和裂縫面不受到暫堵劑帶來的二次傷害。

圖2 140℃時(shí)纖維及暫堵顆粒的溶解性

1.3 暫堵劑的承壓性能

暫堵劑的封堵能力是保證施工的關(guān)鍵。采用圖3的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試?yán)w維和暫堵顆粒在不同裂縫寬度下的封堵能力。設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度120℃，模擬裂縫寬度2 mm和3 mm，采用凍膠壓裂液驅(qū)替，記錄驅(qū)替壓力隨時(shí)間的變化，穩(wěn)定時(shí)的壓力即為暫堵壓力。

圖3 暫堵裂縫承壓效果評(píng)價(jià)裝置

模擬不同纖維濃度的壓裂液對(duì)不同縫寬的暫堵效果可知（表1）：當(dāng)纖維長(zhǎng)度為4 mm時(shí)，暫堵液全部濾失，裂縫無法得到有效的封堵。6～8 mm纖維對(duì)2 mm縫寬能有效暫堵，隨著纖維濃度的增加，封堵效果逐步提高。纖維濃度為2%時(shí)能夠承受5.9 MPa的壓力，當(dāng)縫寬3 mm時(shí)，纖維不能有效暫堵裂縫。然而塔河油田水平井分段的主應(yīng)力差在6～7 MPa左右，當(dāng)暫堵壓力大于7 MPa的條件下才能促使人工裂縫從下一段起裂，因此還需要對(duì)暫堵劑的性能進(jìn)行優(yōu)化。

表1 不同纖維濃度暫堵效果評(píng)價(jià)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)暫堵架橋理論的研究，暫堵顆粒尺寸在裂縫寬度1/3～2/3時(shí)封堵的效率高且穩(wěn)定性好［13-15］。因此引入了直徑為1 mm暫堵顆粒用于增強(qiáng)纖維架橋能力，并對(duì)不同顆粒濃度復(fù)合后的暫堵強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試（見表2）。當(dāng)纖維濃度為1%～2%時(shí)，隨著顆粒濃度的增加，封堵壓力逐步提高。加入0.5%的暫堵顆粒時(shí)，暫堵壓力可以提高到9～10 MPa（見圖4），滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

圖4 纖維+顆粒暫堵裂縫承壓效果測(cè)試

表2 纖維及暫堵顆粒比例優(yōu)選

2 三層暫堵酸壓技術(shù)

基于暫堵劑室內(nèi)性能評(píng)價(jià)，結(jié)合塔河油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層改造的施工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的暫堵思路為：第一層轉(zhuǎn)向酸預(yù)暫堵層，第二層纖維混合顆粒主暫堵層，第三層纖維封口的三層暫堵酸壓技術(shù)。第一層施工時(shí)以低排量注入少量轉(zhuǎn)向酸，隨著H+與碳酸鹽巖反應(yīng)，pH和鈣離子的濃度增加使得轉(zhuǎn)向酸原位凝膠化，增加酸液黏度，形成一層低滲的暫堵性橋塞，將天然裂縫和人工裂縫暫時(shí)封堵，使后續(xù)酸液能進(jìn)入未改造的區(qū)域，提高酸液波及范圍，此階段暫堵承壓能力較低，低于2MPa。

第一層形成凝膠后，后續(xù)注入1%～2%纖維和0.5%暫堵顆粒，快速在裂縫附近堆積，通過架橋作用形成具有高強(qiáng)度的阻擋層。纖維能夠進(jìn)入顆粒層中細(xì)小的孔隙空間，增大暫堵層的填充程度，同時(shí)纖維在壓差的作用下能夠形成致密的濾餅，增大流體的流動(dòng)阻力，封堵壓力達(dá)到9～10 MPa，迫使裂縫從下一段起裂，實(shí)現(xiàn)無機(jī)械工具分段酸壓（圖5）。最后提高纖維濃度至3%，加強(qiáng)縫口的封堵效果，防止主暫堵層顆粒返吐，保證后續(xù)的施工順利進(jìn)行。

圖5 水平井多級(jí)暫堵分段酸壓示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及分析

X1H井是塔河油田托普臺(tái)區(qū)的一口水平井，水平段長(zhǎng)389.9 m，完鉆斜深7 335 m。巖性為淺灰色砂屑泥晶石灰?guī)r、黃灰色泥晶灰?guī)r，淺灰色、淺黃灰色、黃灰色泥晶石灰?guī)r。測(cè)井解釋Ⅱ類儲(chǔ)層3層7.5 m，Ⅲ類儲(chǔ)層15層202.5 m。該區(qū)域壓力系數(shù)為1.1，屬于常壓油藏。儲(chǔ)層地層溫度梯度為2.26℃/100 m，預(yù)計(jì)儲(chǔ)層中深（6 891 m）溫度為155.7℃。根據(jù)完井地質(zhì)特征和測(cè)井綜合解釋結(jié)果等資料，決定對(duì)奧陶系一間房組6 980.00～7 335.00 m層段進(jìn)行三層工藝的暫堵酸壓改造。

施工中按照三層暫堵工藝的思路，前段注入轉(zhuǎn)向酸，中間注入纖維和暫堵顆粒，最后尾追纖維。從施工曲線（圖6）可以看出，泵注纖維和暫堵顆粒時(shí)，第二級(jí)與第三級(jí)泵壓上升幅度分別為6.6 MPa和7 MPa，表明暫堵劑起到了很好的封堵效果。暫堵后大排量注入酸液，施工壓力出現(xiàn)明顯峰值后下降，說明新裂縫起裂。壓后G函數(shù)分析表明，出現(xiàn)三次裂縫濾失、并先后閉合的特征，且延伸壓力梯度差異大，分別為1.56 MPa/100 m、1.33 MPa/100 m、1.44 MPa/100 m。綜上所述，三層暫堵酸壓技術(shù)能夠有效的封堵已壓開層段，達(dá)到裸眼水平段分段改造的目的。

圖6 X1H井多級(jí)暫堵酸壓施工曲線

壓后該井初始產(chǎn)油102.1 t/d，累計(jì)產(chǎn)油4.2×104t，鄰井日產(chǎn)油量為61 t/d，增產(chǎn)效果明顯。

4 結(jié)論

（1）三層暫堵工藝能達(dá)到塔河油田老井挖潛施工需要達(dá)到的封堵效果，纖維和暫堵顆粒在高溫、酸性環(huán)境中實(shí)現(xiàn)完全降解，不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，且能承受9～10 MPa的壓力。

（2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，加入暫堵劑后泵壓上升幅度明顯，水平井三層暫堵分段改造工藝在塔河油田成功應(yīng)用，取得了顯著的增產(chǎn)效果。