米強波 中國石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院

塔河油田碳酸鹽巖儲層酸壓改造效果

米強波 中國石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院

通過測試酸液的酸巖反應(yīng)速率、酸蝕裂縫導(dǎo)流能力以及濾失效果等，對塔河油田碳酸鹽巖儲層酸壓改造效果進行了研究。結(jié)果表明，交聯(lián)酸的酸巖反應(yīng)速率較慢，且酸蝕有效作用距離較長。為確保酸蝕有效作用距離，必須控制井筒附近的酸液濾失。該實驗研究為塔河碳酸鹽巖儲層酸壓設(shè)計和現(xiàn)場施工提供了依據(jù)。

碳酸鹽巖儲層；酸巖反應(yīng)；反應(yīng)動力學(xué)；導(dǎo)流能力；濾失

塔河油田碳酸鹽巖儲層埋藏深、溫度高，基質(zhì)中碳酸鹽純度高，酸巖反應(yīng)速度快，降低了酸蝕有效作用距離；酸液濾失嚴(yán)重，限制了酸液有效作用范圍和穿透深度。針對以上問題，通過研究酸巖反應(yīng)速率、酸蝕裂縫導(dǎo)流能力、酸液濾失行為，從而確定不同酸液類型、酸液用量下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力分布和酸蝕有效作用距離，最終提高了塔河油田酸壓改造效果，該實驗研究為塔河碳酸鹽巖儲層酸壓設(shè)計和現(xiàn)場施工提供了依據(jù)。

1 實驗方案設(shè)計

1.1 酸巖反應(yīng)速率測試實驗

（1）酸巖反應(yīng)速率測試。采用酸巖反應(yīng)實驗裝置分別測定膠凝酸、變黏酸在酸濃度為20%、15%、10%、5%時的酸巖反應(yīng)速率，測定稠化酸、交聯(lián)酸在酸濃度為20%時的酸巖反應(yīng)速率。實驗溫度設(shè)定為地層溫度110℃，高黏度酸巖反應(yīng)裝置轉(zhuǎn)速設(shè)定為100r/min。

（2）酸巖反應(yīng)動力學(xué)方程確定。酸巖反應(yīng)動力學(xué)方程可表示為

式中K和m在一定條件下為常數(shù)。

因此，用lgK和lgC做圖得一直線，采用最小二乘法對lgJ和lgC進行線性回歸，求得K和m值，從而確定酸巖反應(yīng)動力學(xué)方程。

1.2 酸蝕裂縫導(dǎo)流能力測試

實驗測定了巖心白樣的裂縫導(dǎo)流能力。測定了四種酸液在酸濃度為10%時與巖心反應(yīng)后的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力。設(shè)計酸液體積1L，酸液流量0.45L/min，過酸裝置為平板夾持器，過酸方向為巖心的長軸方向。

1.3 酸液濾失實驗測試

測定變黏酸、稠化酸在不同酸液濃度、流速下與一間房組儲層含裂縫巖石的動態(tài)濾失速度、濾失系數(shù)，研究酸液在巖石裂縫中的反應(yīng)—溶蝕—濾失行為。酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、15%、10%、5%，溫度設(shè)定為地層溫度110℃。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1酸巖反應(yīng)速率測試

（1）用膠凝酸與變黏酸酸巖反應(yīng)速率和反應(yīng)動力學(xué)方程測定了膠凝酸、變黏酸的反應(yīng)速率，并求其反應(yīng)動力學(xué)方程，結(jié)果見表1。由實驗結(jié)果可知，變黏酸在各個濃度反應(yīng)速率均快于膠凝酸，這主要是由黏度變化引起的。變黏酸特點是在90～140℃時隨著溫度升高，黏度逐漸升高。實驗初期酸液加入至反應(yīng)釜中，黏度較低，因此反應(yīng)速率也較快。

表1 酸巖反應(yīng)動力學(xué)方程對比

（2）酸液酸蝕有效作用距離計算。分別計算了膠凝酸、變黏酸與交聯(lián)酸的酸蝕有效作用距離，如表2所示。

表2 不同酸液酸蝕有效作用距離對比

由表2可知，酸巖反應(yīng)速率決定酸蝕有效作用距離，計算得膠凝酸酸蝕有效作用距離約為97m；變黏酸有效作用距離為60m；交聯(lián)酸因反應(yīng)速率最慢有效作用距離可達到110m。可知酸蝕有效作用距離與酸液用量無直接關(guān)系，根據(jù)計算結(jié)果，當(dāng)酸液在地層中的時間超過20min后會失去活性，因此當(dāng)排量一定時，增加注酸量并不能增加酸蝕裂縫有效長度。

綜上可知，交聯(lián)酸酸巖反應(yīng)速率較慢，且酸蝕有效作用距離較長，可取得更好的改造效果。

2.2 酸蝕裂縫導(dǎo)流能力測試

實驗用巖心劈裂的方式對裂縫導(dǎo)流能力進行測試，模擬了地層裂縫的真實情況，可以準(zhǔn)確反映地層天然裂縫、人工裂縫和酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力情況。實驗結(jié)果見圖1。

圖1 不同類型酸液酸蝕裂縫導(dǎo)流能力對比

由圖1可知，變黏酸酸蝕效果較好，有利于形成高導(dǎo)流能力裂縫。但從整體來看，變黏酸的反應(yīng)速率快使得其有效作用距離有限，不利于連通更多的天然裂縫及有效儲集體。因此酸壓設(shè)計時需綜合考慮縫長和導(dǎo)流能力的要求，在滿足導(dǎo)流能力需要的情況下盡量選擇酸巖反應(yīng)速率較小的酸液體系，增加酸液的穿透深度，擴大酸液有效作用面積。

2.3 酸液體系濾失效果

研究不同濃度酸液濾失時間與累積濾失量關(guān)系。從實驗結(jié)果可以看出，酸液累積濾失量隨著濾失時間增加逐漸增加，而曲線尾部呈上翹趨勢，說明酸液濾失速率隨著濾失時間增加而加快。這是由于酸液不斷與巖石發(fā)生反應(yīng)，剛開始進入巖石時酸液流動通道較小，濾失速率較慢，由于酸巖反應(yīng)的進行酸液流動通道不斷擴大，流動速率加快，因此濾失速率也加快。三條不同酸濃度的濾失曲線均表現(xiàn)出相同趨勢。

綜上可知，酸液的濾失在一定程度上會限制酸液的有效作用距離。高濃度酸液濾失較快，濾失速率可達600mL/min，為確保酸蝕有效作用距離，在縫口區(qū)域必須保證酸液具有一定黏度，從而降低在縫口附近的濾失。

3 結(jié)論

（1）由酸巖反應(yīng)速率求取的反應(yīng)動力學(xué)方程可得：膠凝酸為J=1.667×10-6C0.3223，變黏酸為J= 2.2956×10-6C0.4584，四種酸液酸巖反應(yīng)速率由快到慢依次為變黏酸、稠化酸、膠凝酸、交聯(lián)酸。交聯(lián)酸的酸巖反應(yīng)速率慢，且酸蝕有效作用距離長。

（2）四種酸液的酸蝕效果都較明顯，尤其在裂縫導(dǎo)流能力保持率方面酸蝕效果接近，在酸壓設(shè)計中應(yīng)盡量選擇酸巖反應(yīng)速率較慢的酸液體系，增加酸液的穿透深度。

（3）酸液的濾失條件與酸液黏度和天然裂縫的導(dǎo)流能力有關(guān)，高濃度酸液濾失速率可達600mL/min，為確保酸蝕有效作用距離，必須控制井筒附近的酸液濾失。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.058