川西雷口坡組儲(chǔ)層酸蝕裂縫導(dǎo)流能力研究

解修權(quán)，焦國(guó)盈，羅 雄，孟 偉

（重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院，重慶 401331）

在開采碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，酸壓是開采過程中的一個(gè)重要階段，酸壓效果的好壞對(duì)后續(xù)產(chǎn)量有直接影響。而評(píng)價(jià)酸壓效果好壞的指標(biāo)，就是看其產(chǎn)生的裂縫導(dǎo)流能力的大小。川西雷口坡組具有復(fù)雜的巖性及孔隙結(jié)構(gòu)、強(qiáng)非均質(zhì)性[1]。因此在酸壓工作中需要考慮的條件較為復(fù)雜，酸壓難度大。通過利用現(xiàn)場(chǎng)井下巖芯，模擬儲(chǔ)層條件，測(cè)定不同酸液與巖芯的酸蝕前后裂縫導(dǎo)流能力，優(yōu)選適合于現(xiàn)場(chǎng)的酸液液體體系和酸液配方。

1 實(shí)驗(yàn)裝置和材料

本次實(shí)驗(yàn)選擇的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為DL-2000 型導(dǎo)流儀，其主要分為供液系統(tǒng)、API標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)流室、液壓控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)四部分。

實(shí)驗(yàn)材料包括16個(gè)直徑為2.5cm的川西雷口坡組標(biāo)準(zhǔn)巖芯以及濃度皆為20%的膠凝酸和微乳酸，微乳酸和膠凝酸的酸液配比分別為：

膠凝酸：0.8% 膠凝劑+5.5%緩蝕劑（A∶B=4∶1）+1%助排劑+20%HCl；

微乳酸：主表面活性劑∶鄰苯二甲酸氫鉀=12∶1，助表面活性劑∶主表面活性劑=1∶1，主表面活性劑∶柴油=1∶2。

2 實(shí)驗(yàn)原理

當(dāng)測(cè)試液流過人工裂縫時(shí)，記錄壓差和液體流量，采用下式計(jì)算酸蝕裂縫導(dǎo)流能力：

式中：wfKf——酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，μm2·cm；

Q——排量，mL/s；

μ——粘度，mPa·s；

L——縫長(zhǎng)，cm；

ΔP——壓差，Pa；

W——裂縫面寬度，cm。

3 實(shí)驗(yàn)方案（見表1）

表1 酸蝕裂縫導(dǎo)流能力測(cè)定

4 實(shí)驗(yàn)步驟

按如下流程有序組織實(shí)驗(yàn)：

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。

①取?25mm的巖芯，對(duì)其沿過酸方向劈裂，經(jīng)此處理后用激光掃描裂縫面，后續(xù)按照“烘干→照相→稱重”的方式依次操作。

②向夾持器內(nèi)穩(wěn)定放置巖芯，此舉的目的在于測(cè)定未酸蝕的導(dǎo)流特性。

③制備酸液，將其裝入酸罐容器內(nèi)，并向其中摻入適量的鹽水。

（2）實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)。

①于巖芯周邊均勻涂抹密封膠，將其穩(wěn)定粘在過流裝置處，進(jìn)而將其置入夾持器內(nèi)。

②按設(shè)計(jì)規(guī)范將氣瓶、中間容器、夾持器、儲(chǔ)酸桶四大裝置連接于一體，將溫控設(shè)備連接至導(dǎo)流室，加溫以使得地層溫度達(dá)到150℃，并保持該狀態(tài)15min；滿足時(shí)間要求后，開啟水罐容器閥門以及氣瓶，注入適量的清水，用于清理巖芯裂縫；此后，關(guān)閉水罐容器的閥門，并開啟酸罐容器的閥門，根據(jù)要求靈活調(diào)整酸液的流速，直至滿足設(shè)計(jì)要求為止。

③營(yíng)造2.5MPa的圍壓，在此條件下閉合酸化。

④從夾持器內(nèi)取出巖芯，在完成“清洗、烘干、照相、稱重”操作后，確定上、下巖芯在經(jīng)過酸蝕后各自的實(shí)際重量，并詳細(xì)記錄信息；對(duì)巖芯裂縫表面做詳細(xì)的觀察，用三維激光掃描，準(zhǔn)確掌握其實(shí)際情況。

⑤再次將巖芯置于夾持器內(nèi)，此時(shí)的目的在于測(cè)定兩個(gè)流量的平均酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，為保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，全程閉合壓力宜穩(wěn)定在10～30MPa。

⑥取出巖芯，依然按照“④”的流程操作，準(zhǔn)確掌握巖石裂縫表面的實(shí)際特點(diǎn)。

（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定。

①引入的是三維激光掃描的方法，觀察酸蝕裂縫面。

②基于所得數(shù)據(jù)展開計(jì)算，定量分析酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（1）膠凝酸測(cè)試。利用9 號(hào)巖芯，測(cè)定了膠凝酸酸化前后導(dǎo)流能力的變化，結(jié)果見表2和圖1。

表2 導(dǎo)流能力測(cè)試結(jié)果（9號(hào)巖芯，20%膠凝酸，10mL/min，150℃）

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)閉合壓力為5MPa時(shí)，不管是否經(jīng)過酸蝕處理，裂縫導(dǎo)流能力都為最大值。酸蝕前，對(duì)應(yīng)的流量為2.5mL/min 和5.0mL/min 導(dǎo)流能力分別為39.5 和40.5；酸蝕后，分別為173.8 和175.53。發(fā)現(xiàn)高流量時(shí)的導(dǎo)流能力要稍高于低流量下的裂縫導(dǎo)流能力，但是變化幅度不明顯，在經(jīng)過酸蝕處理后流量的不同造成的導(dǎo)流能力變化幅度相較于酸蝕前稍有增大。這是因?yàn)榻?jīng)過酸蝕處理后，裂縫自身的導(dǎo)流能力得到了提升，因此放大了流量差異造成的導(dǎo)流能力變化幅度。當(dāng)閉合壓力增加到最大值30MPa時(shí)，導(dǎo)流能力達(dá)到最小值。酸蝕前分別為13.1和14.3；酸蝕后分別為115.0和117.89。這是因?yàn)殡S著閉合壓力的增加，裂縫被逐漸壓實(shí)，裂縫寬度隨著閉合壓力的增加不斷變小，自然導(dǎo)流能力也會(huì)隨之降低[2]。通過對(duì)比計(jì)算，不管流量是2.5mL/min 還是5.0mL/min，閉合壓力為5MPa時(shí)酸蝕前后裂縫導(dǎo)流能力變化最大。并且隨著閉合壓力的增大，酸蝕前后導(dǎo)流能力的變化程度不斷減小。因?yàn)楫?dāng)閉合壓力處在最小值時(shí)，裂縫所受的壓實(shí)作用也最輕，孔道處于最寬松狀態(tài)，因此導(dǎo)流能力最好，經(jīng)過酸蝕處理后導(dǎo)流能力的可提升效果也最好[3]。隨著閉合壓力的增加，裂縫被逐漸壓實(shí)，孔道不斷縮窄，流體流通的橫截面積不斷減小，在這種情況下即使經(jīng)過酸蝕處理導(dǎo)流能力也無法再取得較大幅度的變化。

通過9號(hào)巖芯的表面形態(tài)和激光掃描可以看出，實(shí)驗(yàn)用巖樣——川西雷口坡組碳酸鹽巖主要以白云巖和灰?guī)r為主，具有復(fù)雜的巖性和孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙度和滲透率都較低，在掃描圖上體現(xiàn)為巖石表面十分不平整，酸蝕后表面變得較為平整，說明膠凝酸的刻蝕程度較高；形成了比較明顯的溝槽，使得裂縫導(dǎo)流能力得到了提高。

將酸化時(shí)的流量增加一倍，處理2 號(hào)巖芯，測(cè)定酸化前后巖芯導(dǎo)流能力的變化，結(jié)果見表3和圖2。

表3 導(dǎo)流能力測(cè)試結(jié)果（2號(hào)巖芯，20%膠凝酸，20mL/min，150℃）

將酸化時(shí)的流量增加到20mL/min后，可以發(fā)現(xiàn)所有的導(dǎo)流能力數(shù)值都發(fā)生了較大幅度下降。對(duì)應(yīng)著2.5mL/min 和5mL/min 的流量，閉合壓力為5MPa 時(shí)導(dǎo)流能力仍為最高，酸蝕前分別為9.81 和10.73；酸蝕后分別為101.45 和103.89。當(dāng)閉合壓力逐漸升高到30MPa，裂縫導(dǎo)流能力也逐漸降低到最低，酸蝕前為2.46 和2.74；酸蝕后為22.78 和22.85。比較膠凝酸在10mL/min 和20mL/min 的酸化流量下測(cè)得的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，發(fā)現(xiàn)在閉合壓力、是否經(jīng)過酸蝕處理等變量一致的情況下，高流量下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力比低流量下的小，這是由于隨著流量增大，流動(dòng)阻力也隨之增大，導(dǎo)致會(huì)有更多的反應(yīng)殘留物和從儲(chǔ)層骨架脫離的小顆粒巖屑堵塞孔道，導(dǎo)致孔道孔隙度不斷減小，進(jìn)而造成導(dǎo)流能力持續(xù)降低[4]。

（2）微乳酸測(cè)試。微乳酸在10mL/min酸化流量下測(cè)的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力見表4和圖3。

表4 導(dǎo)流能力測(cè)試結(jié)果（4號(hào)巖芯，20%微乳酸，10mL/min，150℃）

從圖3 可以看出，相比于上面的膠凝酸實(shí)驗(yàn)組，該組取得的裂縫導(dǎo)流能力大幅降低。流量在2.5mL/min和5mL/min 時(shí)最高僅為1.98 和2.08，最低達(dá)到了0.41和0.57。經(jīng)過酸蝕后導(dǎo)流能力雖然得到提升但提升依然不大。微乳酸在20mL/min 酸化流量下測(cè)的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力見表5和圖4、圖5。

表5 導(dǎo)流能力測(cè)試結(jié)果（1號(hào)巖芯，20%微乳酸，20mL/min，150℃）

將酸化流量增加到20mL/min后，可以發(fā)現(xiàn)在相同閉合壓力和流量的條件下，酸蝕前的裂縫導(dǎo)流能力有些許上升。但是將兩組微乳酸組同兩組膠凝酸組對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)比膠凝酸組和微乳酸組的裂縫導(dǎo)流能力后可以看出，膠凝酸組的酸化效果更好。這是因?yàn)樵谀z凝酸中添加了膠凝劑，使得膠凝酸粘度變大，流速變慢，與儲(chǔ)層接觸反應(yīng)的時(shí)間變長(zhǎng)，增強(qiáng)了酸化效果。而且川西雷口坡組巖石主要以白云巖、灰?guī)r為主，巖石的礦物組分中含有方解石，膠凝酸在酸化過程中對(duì)方解石的溶蝕效果較好，進(jìn)而巖石平均抗壓強(qiáng)度、平均抗拉強(qiáng)度和彈性模量都有降低，導(dǎo)致巖石破裂形成裂縫[5]。這也是造成膠凝酸酸化效果更好的原因。不管酸蝕前的導(dǎo)流能力兩組相差較大亦或者相差不大，經(jīng)過酸蝕后微乳酸組取得的導(dǎo)流能力都遠(yuǎn)小于膠凝酸組的導(dǎo)流能力。

6 結(jié)論

（1）川西雷口坡組巖石具有復(fù)雜的巖性及孔隙結(jié)構(gòu)和強(qiáng)非均質(zhì)性，巖石主要是白云巖和灰?guī)r，平均孔隙度低，平均孔徑較小。對(duì)比酸液體系可以發(fā)現(xiàn)，使用膠凝酸的實(shí)驗(yàn)組酸蝕作用效果更好，酸蝕前后裂縫導(dǎo)流能力變化幅度大于使用微乳酸的實(shí)驗(yàn)組。

（2）通過四組對(duì)比實(shí)驗(yàn)中的閉合壓力變化效果可以看出，閉合壓力增加，由于巖石所受的壓實(shí)作用增強(qiáng)，裂縫寬度不斷變小，導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力降低，即使經(jīng)過酸化處理后導(dǎo)流能力稍有增加但是依然處于較低水平。因此在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)開采中，需要對(duì)儲(chǔ)層閉合壓力有所控制。

（3）酸化流量的變化對(duì)導(dǎo)流能力的影響不是線性的，在實(shí)驗(yàn)中膠凝酸組隨著酸化流量的增加導(dǎo)流能力也隨之增加。然而在微乳酸組中導(dǎo)流能力和酸化流量卻呈反比關(guān)系。

（4）流量的增加會(huì)使裂縫導(dǎo)流能力也增加，但是變化幅度不明顯，因此會(huì)出現(xiàn)雖然酸蝕前和酸蝕后的導(dǎo)流能力都得到了增加但是高流量組中的導(dǎo)流能力的變化幅度不如低流量組中裂縫導(dǎo)流能力變化幅度大的情況。