交聯(lián)酸加砂壓裂技術(shù)的研究和應(yīng)用①

車(chē)明光 王永輝 袁學(xué)芳 彭建新 朱繞云 馬濱林

(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院 2.中國(guó)石油油氣藏改造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

(3.中石油塔里木油田分公司 4.中石化江漢石油工程有限公司巴州塔里木測(cè)試分公司)

天然裂縫和孔洞是塔里木碳酸鹽巖儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間，物探解釋裂縫、孔洞發(fā)育的串珠和片狀強(qiáng)反射區(qū)域占30%左右，這類儲(chǔ)層通過(guò)酸壓改造，多數(shù)井能夠獲得較高的產(chǎn)量，而裂縫和孔洞不發(fā)育的雜亂反射區(qū)域占70%左右，這類儲(chǔ)層酸壓成功率低，除了儲(chǔ)層物性差，酸壓措施的不足也是影響效果的主要原因，如：巖石蠕變導(dǎo)致酸蝕裂縫導(dǎo)流能力降低，酸蝕裂縫有效期短；閉合應(yīng)力高，酸蝕裂縫內(nèi)沒(méi)有支撐劑充填，裂縫閉合；酸蝕裂縫距離短等[1]。水力壓裂由于支撐劑的支撐作用，高閉合應(yīng)力條件下可以保持較高的導(dǎo)流能力，但常規(guī)壓裂液為非反應(yīng)性流體，不與碳酸鹽巖反應(yīng)，無(wú)法很好地溝通儲(chǔ)層中的微裂縫[2]。提出交聯(lián)酸攜砂壓裂技術(shù)，集成了酸壓和加砂壓裂工藝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，具有較為全面的功能[3-4]，能夠形成更長(zhǎng)的高導(dǎo)流酸蝕-支撐復(fù)合裂縫，提高措施改造的有效率[5]。

1 交聯(lián)酸攜砂壓裂技術(shù)

1.1 交聯(lián)酸基本組成和特點(diǎn)

交聯(lián)酸酸液體系主要由稠化劑和交聯(lián)劑組成，同時(shí)添加有助排劑、緩蝕劑、破乳劑、鐵離子穩(wěn)定劑、破膠劑等，共同形成優(yōu)化的交聯(lián)酸液體系，針對(duì)不同鹽酸需要添加調(diào)理劑。交聯(lián)酸的基礎(chǔ)配方為：

基液：10%～28%(w)鹽酸+0.8%(w)稠化劑+2%(w)緩蝕劑+1%(w)助排劑+1%(w)鐵離子穩(wěn)定劑+1%(w)破乳劑+0～1%(w)調(diào)理劑

交聯(lián)劑 交聯(lián)劑A∶交聯(lián)劑B=1∶1

交聯(lián)比 100∶(0.5～1.0)

w(破膠劑) 0.10%～0.15%

交聯(lián)酸的基液黏度一般為30～36 mPa·s，交聯(lián)酸與交聯(lián)劑在地面按比例混合，交聯(lián)時(shí)間可以控制在15～200 s，交聯(lián)酸凍膠在120 ℃、170 s-1剪切60 min后，黏度保持在200 mPa·s左右，能夠滿足攜砂施工要求，如圖1所示。交聯(lián)酸破膠使用膠囊破膠劑，膠囊在地層閉合壓力作用下破碎并釋放出破膠劑，促使交聯(lián)酸破膠，破膠液黏度<5 mPa·s。

1.2 酸巖反應(yīng)速度實(shí)驗(yàn)

酸巖反應(yīng)速度決定酸液有效作用距離，影響裂縫表面的刻蝕形態(tài)，從而影響支撐劑在裂縫內(nèi)的分布和導(dǎo)流能力。通過(guò)交聯(lián)酸的酸巖反應(yīng)速度實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選攜砂的交聯(lián)酸含量。使用旋轉(zhuǎn)巖盤(pán)儀裝置進(jìn)行140 ℃條件下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)交聯(lián)酸的反應(yīng)速度測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～16%時(shí)，酸巖反應(yīng)速度在(5.6～10.7)×10-6mol/(cm2·s)之間，酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于16%時(shí)，酸巖反應(yīng)速度明顯加快。酸攜砂施工過(guò)程中，高含量支撐劑階段酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇10%～15%，利用酸液的黏性攜砂，同時(shí)需要保持一定的酸液含量，在人工主裂縫延伸方向不能溝通的儲(chǔ)層，利用酸液側(cè)向?yàn)V失形成不均勻刻蝕，提高導(dǎo)流能力，形成帶有酸蝕和支撐的復(fù)雜人工裂縫。

1.3 w(酸)為20%的交聯(lián)酸攜砂性能

在90 ℃實(shí)驗(yàn)條件下，支撐劑在交聯(lián)酸中的沉降速度為0.015 mm/s，滿足塔里木油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層支撐劑沉降速率要求。圖3為90 ℃水浴條件下，在含有320 kg/m3砂的交聯(lián)酸中加入大理石反應(yīng)，酸巖反應(yīng)30 min后，交聯(lián)酸仍具有良好攜砂性能。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明交聯(lián)酸的酸巖反應(yīng)速度慢，在酸巖反應(yīng)過(guò)程中能夠保持足夠的黏度攜砂。

1.4 導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)

使用FATSC導(dǎo)流實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比酸蝕裂縫和酸蝕巖心板上鋪支撐劑兩種條件下的導(dǎo)流能力，根據(jù)API.RP6推薦的公式[6]，計(jì)算酸蝕裂縫和酸攜砂裂縫導(dǎo)流能力：

(1)

式中，WKf為裂縫導(dǎo)流能力，μm2·cm；Q為體積注入排量，mL/min；Δp為壓差，MPa；μ為液體黏度，mPa·s。

圖4是在帶有酸液刻蝕溝槽的巖心板上鋪置質(zhì)量濃度為2.5 kg/m3的支撐劑后進(jìn)行導(dǎo)流能力測(cè)試。實(shí)驗(yàn)前后結(jié)果見(jiàn)圖5，有效閉合壓力>30 MPa后，由于支撐劑的支撐作用，鋪置支撐劑后測(cè)試的導(dǎo)流能力變化相對(duì)平緩。通過(guò)填砂，能有效提高酸蝕縫的導(dǎo)流能力，尤其是酸蝕縫的前緣，由于酸濃度降低，刻蝕導(dǎo)流能力值很低并失效，添加支撐劑有利于獲得長(zhǎng)的有效裂縫，是補(bǔ)償酸蝕裂縫短的有效手段。

1.5 交聯(lián)酸攜砂壓裂模擬

模擬研究交聯(lián)酸攜砂壓裂工藝，實(shí)現(xiàn)交聯(lián)酸攜砂壓裂的優(yōu)點(diǎn)，模擬結(jié)果見(jiàn)圖6。在酸攜砂前注入壓裂液造縫降溫，為交聯(lián)酸提供更有利的攜砂條件。為了降低酸蝕作用對(duì)支撐劑導(dǎo)流的影響，在高砂比階段降低酸液含量。交聯(lián)酸攜砂壓裂的工藝思路為：低砂含量加砂采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的交聯(lián)酸，以酸液刻蝕和側(cè)向溝通為主，高砂含量階段采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的交聯(lián)酸，以支撐劑的支撐作用為主。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

表1 交聯(lián)酸攜砂壓裂井施工參數(shù)和效果

交聯(lián)酸攜砂壓裂技術(shù)在塔里木油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)8井次，工藝成功率100%，有效6井次。施工井的基本情況和施工主要參數(shù)見(jiàn)表1。施工井深最深

6 708 m，溫度160 ℃，純酸液加砂量最多40 m3，最高加砂質(zhì)量濃度622 kg/m3。交聯(lián)酸攜砂壓裂技術(shù)應(yīng)用的儲(chǔ)層條件普遍較差，多數(shù)井酸壓后無(wú)效，或是裂縫、孔洞不發(fā)育，屬低品位碳酸鹽巖儲(chǔ)層，在儲(chǔ)層條件不利的情況下，交聯(lián)酸加砂壓裂獲得了較好的改造效果，說(shuō)明該工藝有較好的推廣應(yīng)用前景。

3 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

(1) 交聯(lián)酸的基液黏度為30～36 mPa·s，交聯(lián)時(shí)間可以控制在15～200 s，交聯(lián)酸凍膠具有良好的流變性能，在120 ℃、170 s-1剪切60 min后，黏度在200 mPa·s左右。

(2) 通過(guò)酸巖反應(yīng)速度、導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)及交聯(lián)酸攜砂壓裂模擬，提出了新型的交聯(lián)酸攜砂壓裂工藝技術(shù)，前置液造縫降溫，質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的酸攜低砂含量支撐劑，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的酸攜高砂含量支撐劑，更有利形成高導(dǎo)流的酸蝕-支撐復(fù)合人工裂縫。

(3) 交聯(lián)酸攜砂壓裂技術(shù)作為新的儲(chǔ)層改造工藝，在裂縫和孔洞不發(fā)育的低品位碳酸鹽巖儲(chǔ)層取得了較好的施工效果，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 伊向藝，盧淵，李沁，等.碳酸鹽巖儲(chǔ)層交聯(lián)酸攜砂酸壓改造新技術(shù)[J].中國(guó)科技論文在線，2010,5(11)：837-839.

[2] 白建文，胡子見(jiàn)，侯東紅，等.交聯(lián)酸攜砂壓裂工藝在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2009,31(5)：116-118.

[3] 吳月先，徐健康，鐘水清，等.技術(shù)創(chuàng)新思維模式探討[J].石油科技論壇，2009，28(2)：48-49.

[4] 吳月先，馬發(fā)明，趙業(yè)榮，等.酸化與加砂壓裂協(xié)同作業(yè)技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)[J].石油鉆探技術(shù)，2009，37(1)：69-72.

[5] 羅云，劉愛(ài)華，王俊明，等.交聯(lián)酸加砂酸化壓裂技術(shù)在復(fù)雜巖性油藏的應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào)，2008，29(2)：266-269.

[6] 蔣衛(wèi)東，汪緒剛，蔣建方，等.酸蝕裂縫導(dǎo)流能力模擬實(shí)驗(yàn)研究[J].鉆采工藝，1998,21(6)：33-36.