裂縫性碳酸鹽巖儲層體積酸壓技術(shù)精細(xì)化研究

何春明才 博唐邦忠劉 哲

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院 2.中國石油華北油田公司)

裂縫性碳酸鹽巖儲層體積酸壓技術(shù)精細(xì)化研究

何春明1才 博1唐邦忠2劉 哲1

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院 2.中國石油華北油田公司)

緊密圍繞如何實現(xiàn)裂縫性碳酸鹽巖儲層高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的系列難題,以儲層改造對象精細(xì)化研究為切入點,通過壓汞實驗、核磁共振實驗以及電鏡掃描實驗,明確了儲層的儲集空間和滲流通道,通過巖石力學(xué)實驗認(rèn)識了儲層可壓裂性。以儲層特征為基礎(chǔ),提出了針對脆性較強、裂縫發(fā)育段“先疏后堵、主縫溝通、支縫補充”的體積酸壓改造模式,結(jié)合“大排量、大液量及高低黏酸液組合”的改造工藝,研究成果在大牛地氣田X井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗,壓后試氣產(chǎn)量達(dá)到5.2×104m3/d,是周圍直井的10倍以上,這為同類型儲層體積酸壓改造提供了很好的借鑒思路。

裂縫性碳酸鹽巖 脆性 體積酸壓改造 低傷害

我國碳酸鹽巖油氣資源量占總資源量30%以上,是油氣增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域。我國碳酸鹽巖儲層基質(zhì)物性差,次生成巖作用所形成的縫洞系統(tǒng)是主要儲集空間和滲流通道,但富油氣縫洞發(fā)育不連續(xù),使得我國碳酸鹽巖油氣藏90%是通過酸化酸壓才獲得重大發(fā)現(xiàn),80%以上開發(fā)井需要酸化酸壓才能獲得規(guī)模效益[1-2]。

裂縫性碳酸鹽巖油氣藏作為一類常見的碳酸鹽巖儲層,在我國塔里木盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地廣泛分布,此類油氣藏按照常規(guī)大規(guī)模酸壓模式所能溝通的裂縫系統(tǒng)較少,酸液波及體積小,通常能夠獲得一定的初產(chǎn),但產(chǎn)量遞減快,穩(wěn)產(chǎn)難度大[3-4]。故急需探索出一套適合裂縫性碳酸鹽儲層的酸壓改造技術(shù)措施。為此,在借鑒北美致密油氣成功開發(fā)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新了水平井分段改造+體積酸壓的改造模式,并在某裂縫性碳酸鹽巖儲層進(jìn)行了先導(dǎo)性試驗,取得了較好的效果。

1 儲層改造對象的精細(xì)化研究

1.1 儲層儲集空間及滲流通道研究

明確儲層改造對象的儲集空間和滲流通道是儲層改造模式選擇的基礎(chǔ),從圖1和圖2可以看出,儲層基質(zhì)非常致密。壓汞實驗表明,基質(zhì)巖樣巖心的喉道半徑很小,主要分布在0.1μm左右。核磁共振T2譜分析表明,儲層的可動流體飽和度為2.18%～15.69%。綜合分析,本區(qū)塊基質(zhì)巖樣的儲滲能力極差,裂縫是本區(qū)塊主要的儲集空間和滲流通道。

為了進(jìn)一步認(rèn)識儲層微觀特征,通過電鏡掃描實驗對巖樣的孔喉特征及微裂縫發(fā)育特征進(jìn)行了研究。如圖3所示,基質(zhì)巖樣在放大5 000倍后依然難以觀察到可流動的孔喉通道,但巖樣微裂縫較為發(fā)育,裂縫多處于充填和半充填狀態(tài)。電鏡實驗進(jìn)一步證實,裂縫系統(tǒng)是主要的儲集空間和流動通道。酸壓改造的目的就是最大程度地溝通更多的天然裂縫系統(tǒng),建立起裂縫流動網(wǎng)絡(luò),以實現(xiàn)裂縫溝通體積最大化為設(shè)計目標(biāo)。

1.2 儲層巖石脆性特征研究

由頁巖儲層體積壓裂改造的經(jīng)驗可知,要實現(xiàn)儲層體積改造,除要求儲層天然裂縫發(fā)育外,更重要的是儲層必須具有較強的可壓裂性(脆性)。為此,室內(nèi)對儲層不同改造井段的可壓裂性進(jìn)行了系統(tǒng)研究,為改造模式選擇提供依據(jù)。

首先通過取心后全直徑巖心破碎特征定性分析巖石的脆性特征,觀察發(fā)現(xiàn)X井水平段不同改造段的巖石破碎特征存在較大的差異,如圖4所示。左側(cè)鈣質(zhì)含量高的巖樣取心后巖心完全破碎,具有明顯的脆性破壞特征,有利于實現(xiàn)體積壓裂改造;而右側(cè)泥質(zhì)含量較高巖樣,雖有部分顆粒脫落,但破碎特征不明顯,酸壓改造不利于網(wǎng)絡(luò)裂縫的形成和相互溝通。

在對破碎特征觀察的基礎(chǔ)上,通過全應(yīng)力應(yīng)變曲線分析,更為準(zhǔn)確地描述巖心脆性特征。圖5為取心巖樣的三軸力學(xué)測試曲線。從圖5可以看出,鈣質(zhì)含量高的巖樣(圖5(a))在達(dá)到抗壓極限后承壓能力發(fā)生突變,表現(xiàn)出較強的脆性特征。而泥質(zhì)含量較高的巖樣(圖5(b))在達(dá)到抗壓極限后巖石繼續(xù)變形,破裂特征不明顯,具有較強的塑形特征。借鑒頁巖儲層改造思路,對于具有不同脆性特征的儲層,其改造模式應(yīng)該有所差異,以提高儲層改造的針對性。

2 儲層改造工藝的精細(xì)化研究

儲層研究表明,碳酸鹽巖儲層水平井改造段的裂縫發(fā)育程度、巖石脆性特征差異較大,這就要求酸壓設(shè)計應(yīng)該堅持“一縫一策”的設(shè)計思路。

對于以裂縫為主要滲流通道和儲集空間的儲層,如何實現(xiàn)裂縫改造體積最大化是酸壓改造的核心,摒棄了以往“大排量+大液量+高黏度”降濾失、深穿透的常規(guī)酸壓改造模式,充分利用酸液濾失對裂縫系統(tǒng)的溶蝕和溝通作用,提出“先疏后堵、主縫溝通、支縫補充”的體積酸壓改造模式。體積酸壓改造首先利用低黏酸液在裂縫系統(tǒng)的滲濾和溶蝕反應(yīng)形成酸蝕通道,使裂縫系統(tǒng)相互貫通。裂縫系統(tǒng)的溝通包括:儲層深部的溝通(裂縫延伸方向的溝通)以及裂縫側(cè)向的溝通,然后注入轉(zhuǎn)向酸(或暫堵材料)對溶蝕通道暫時封堵,最后再次注入低黏酸液對儲層深部裂縫網(wǎng)絡(luò)溝通,最終實現(xiàn)裂縫改造體積最大化的目標(biāo)。

本研究采用巖心濾失實驗以及巖板酸刻蝕實驗相結(jié)合的方式對實現(xiàn)體積酸壓改造的工藝技術(shù)措施進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

2.1 巖心濾失實驗測試

采用巖心動態(tài)流動實驗裝置,對不同黏度酸液的濾失特征以及酸巖反應(yīng)特征進(jìn)行了系統(tǒng)的實驗測試。為了與實際儲層接近,選用含有天然裂縫的巖樣進(jìn)行實驗測試,實驗前通過電鏡掃描以及CT掃描相結(jié)合的方式對裂縫開度、充填程度進(jìn)行表征[5-6]。圖6和圖7為典型的低黏酸與轉(zhuǎn)向酸濾失特征。

從圖6和圖7的對比可以看出,低黏降阻酸體系的酸液濾失速率以及酸巖反應(yīng)速率快,天然裂縫作為主要濾失通道在酸液進(jìn)入后快速反應(yīng)使得裂縫開度大幅度增加,在恒定的濾失壓差下,酸液濾失速率快速增加。而對于轉(zhuǎn)向酸,其酸液黏度較高,同時具有的變黏特征,使得酸液在天然裂縫區(qū)域滲濾較小,未能形成貫穿天然裂縫的流動通道,而是使巖心端面大面積溶蝕,說明酸液濾失控制能力較強,酸液對裂縫的溝通能力較差,更趨向于均勻刻蝕。

2.2 巖板酸刻蝕實驗測試

巖心實驗?zāi)軌驈木植糠从乘嵋簽V失特征及酸液對天然裂縫的溝通特征,為了更為全面地認(rèn)識不同類型酸液在裂縫內(nèi)流動過程中對天然裂縫溝通能力,采用巖板酸刻蝕實驗進(jìn)一步開展研究。

從圖8和圖9的對比可以看出,轉(zhuǎn)向酸在天然裂縫區(qū)域的溶蝕反應(yīng)并未使裂縫開度出現(xiàn)明顯變化,濾失管線的流量變化較小,而降阻酸在裂縫區(qū)域的溶蝕產(chǎn)生了多個大尺寸的酸蝕孔洞,使得酸液的側(cè)向流動能力增加,濾失管線流量隨時間大幅度增加。

巖板實驗進(jìn)一步說明,轉(zhuǎn)向酸具有較好的濾失控制能力,而低黏降阻酸對裂縫系統(tǒng)具有更好的溝通能力。兩者相結(jié)合,首先注入降阻酸對天然裂縫系統(tǒng)深度溝通,然后注入轉(zhuǎn)向酸對溶蝕通道暫時封堵,最后再次注入降阻酸實現(xiàn)更遠(yuǎn)區(qū)域裂縫系統(tǒng)的深部溝通,最終實現(xiàn)“先疏后堵、主縫溝通、支縫補充”的改造思路。

3 酸壓施工參數(shù)及規(guī)模優(yōu)化

由于目前還沒有適合體積酸壓改造的優(yōu)化設(shè)計軟件,因此采用FracPT壓裂酸化優(yōu)化設(shè)計軟件進(jìn)行施工參數(shù)及規(guī)模優(yōu)化,但考慮到體積酸壓的側(cè)向溝通和濾失問題,在優(yōu)化規(guī)模下適當(dāng)增加用酸量。

體積酸壓強調(diào)的是“先疏后堵、主縫溝通、支縫補充”的設(shè)計理念。為此,采用不同黏度流體交替注入的注入模式。體積酸壓要求大排量施工,但由于管柱內(nèi)徑僅76 cm,受管柱尺寸以及封隔器截流的影響,施工排量受限,模擬按5.0 m3/min排量注入,實際施工采用限壓不限排量的泵注思路,模擬數(shù)據(jù)見表1。

表1 X井體積酸壓模擬計算結(jié)果Table 1 Simulation results of volume acid fracturing in X well

通過模擬,決定采用100 m3轉(zhuǎn)向酸+180 m3降阻酸的規(guī)模,采用80 m3降阻酸+100 m3轉(zhuǎn)向酸+100 m3降阻酸的交替注入模式,以最大限度地提高儲層深部以及橫向天然裂縫的溝通體積。

4 體積酸壓改造配套措施研究

4.1 測試壓裂技術(shù)充分認(rèn)識儲層

通過測試壓裂了解儲層的閉合應(yīng)力、天然裂縫發(fā)育狀況、近井摩阻情況。同時,認(rèn)識儲層的吸液能力,認(rèn)識儲層實施體積酸壓改造的適應(yīng)性,并為后續(xù)施工方案的調(diào)整提供依據(jù)。

4.2 優(yōu)化返排技術(shù)

考慮到儲層壓力系數(shù)較低(僅0.8～0.9),為了提高酸液的返排能力和返排速率,采用自身返排和強化助排兩種模式。自身返排主要通過增加返排液活性,降低返排液摩阻;強化返排通過全程液氮伴注、壓后快速返排,充分利用酸巖反應(yīng)產(chǎn)生的CO2膨脹能助排。

4.3 防應(yīng)力敏感的排液生產(chǎn)技術(shù)[7]

體積酸壓改造流動通道主要由裂縫網(wǎng)絡(luò)建立,具有較強的應(yīng)力敏感性。因此,在排液過程以及后期生產(chǎn)過程中都應(yīng)當(dāng)遵循前期慢、后期快的策略。

5 現(xiàn)場實施與分析

X井為本區(qū)第一口酸壓水平井,為了進(jìn)一步提高酸壓設(shè)計的針對性以及準(zhǔn)確性,在改造前用活性水進(jìn)行了小型測試壓裂。

圖10的測試壓裂結(jié)果表明,儲層吸液能力極強,在2.5 m3/min排量下未能壓開儲層,關(guān)井測壓降15 min內(nèi)壓力降低近7 MPa,進(jìn)一步說明儲層濾失較大,吸液能力很強,表明儲層天然裂縫發(fā)育,為體積酸壓改造創(chuàng)造了好的條件。

主壓裂階段為充分壓開儲層將排量大幅提高到7 m3/min。從體積壓裂施工曲線(圖11)可以看出,在降阻酸注入階段,隨著酸液的注入,施工壓力逐漸降低,表明酸液濾失較大,較好地溝通了裂縫系統(tǒng),轉(zhuǎn)向酸階段初期壓力保持穩(wěn)定,后期壓力逐漸增加,最后注降阻酸階段,在排量小幅增加的情況下,施工壓力大幅增加。本井采用裸眼分割器完井,共完成9級酸壓改造,注入轉(zhuǎn)向酸1 302 m3,注入降阻酸898 m3,施工壓力最高74.7 MPa,施工最高排量7.2 m3/min。雖然本井異常低壓,但返排率依然達(dá)到56.5%,試氣產(chǎn)量達(dá)到5.2×104m3/d,產(chǎn)量達(dá)到周圍直井的10倍以上?？紤]到致密層段對產(chǎn)能基本沒有貢獻(xiàn),說明對于裂縫發(fā)育段實施體積酸壓改造獲得了好的改造效果。

6 結(jié)論與建議

(1)低黏酸液體系在天然裂縫內(nèi)的滲濾更有利于天然裂縫的溶蝕及相互溝通,高黏酸液的濾失控制作用會阻礙裂縫系統(tǒng)的溝通。

(2)對于裂縫發(fā)育、可壓裂性較強儲層提出的“先疏后堵、主縫溝通、支縫補充”的改造思路能夠?qū)崿F(xiàn)儲層裂縫改造體積最大化。

(3)水平井體積酸壓改造在X井應(yīng)用后,產(chǎn)能達(dá)到周圍直井10倍以上,取得了很好的改造效果,建議后續(xù)可以采用“大規(guī)模滑溜水+低黏降阻酸+轉(zhuǎn)向酸”的改造工藝,進(jìn)一步擴(kuò)大裂縫的溝通體積。

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Detailed study on volume acid fracturing technology for fractured carbonate reservoirs

He Chunming1,Cai Bo1,Tang Bangzhong2,Liu Zhe1
(1.Langfang Branch of Research Institute of Petroleum E&D,Langfang 065007 Hebei,China) (2.PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu 062550)

This paper focused on the theme of how to achieve high and stable productivity for fractured carbonate reservoir.Taking the object of detailed reservoir research as the breakthrough point,through the mercury penetration experiment,NMR experiment and SEM experiment,the reservoir storage space and seepage channel were clear,and by the rock mechanics experiment, the brittleness of the reservoirs was understood.On the basis of reservoir characteristics,we put forward for the volume acid fracturing mode of“first communicate and later block,main fracture communicating,branch fracture supplement”,and with the technology of“high injecting rate, large injecting scale and the combination of high and low viscosity acid”for brittleness and fractured reservoirs,the research result has been conducted in X well of Daniudi gas field.The gas production reached 52×103m3/d after acid fracturing stimulation,which was more than 10 times of vertical well.The breakthrough of this well could provide a new thought for similar reservoir volume acid fracturing treatment.

fractured carbonate reservoirs,brittleness,volume acid fracturing,low damage

TE357.2

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2014.05.015

2014-01-10;編輯:馮學(xué)軍

中國石油重大專項“華北油田上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)800萬噸關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”(2014E-35)。

何春明(1985-),男,博士,2013年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè),工程師,主要從事油氣藏儲層改造工作。地址:(065007)河北省廊坊市廣陽區(qū)萬莊鎮(zhèn)石油分院壓裂酸化中心D樓。E-mail:hcm8898533@163.com