車明光，袁學(xué)芳，范潤(rùn)強(qiáng)，王海燕，朱繞云*

(1.中油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007;2.中油油氣藏改造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 廊坊 065007;3.中油塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000;4.中油西部鉆探工程有限公司，新疆 克拉瑪依 834000)

引 言

酸蝕裂縫導(dǎo)流能力是影響酸壓優(yōu)化設(shè)計(jì)和酸壓效果的重要參數(shù)之一［1－2］，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流理論計(jì)算方法［3－4］和酸蝕導(dǎo)流能力影響因素［5－9］開(kāi)展了許多研究工作。Nierode－Kruk計(jì)算方法能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)巖石埋藏壓力和閉合應(yīng)力對(duì)酸壓導(dǎo)流能力的影響。酸蝕裂縫導(dǎo)流能力研究主要集中在普通酸、膠凝酸和乳化酸等酸型上。在前人研究基礎(chǔ)上，使用FATSC實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置較全面地研究了交聯(lián)酸、膠凝酸的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，除了考慮酸液類型、注入排量、注入方式、巖性和溫度等因素外［10－11］，在實(shí)驗(yàn)時(shí)還考慮了巖石紋理、縫寬和溶蝕量等因素，而且測(cè)試了酸液在高溫110℃條件下的酸蝕導(dǎo)流能力。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，分析了不同巖性碳酸鹽巖使用針對(duì)性酸壓工藝技術(shù)的合理性［12］，為完善酸壓工藝和優(yōu)化酸壓方案設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置和方案簡(jiǎn)介

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置和酸蝕導(dǎo)流計(jì)算方法

FATSC酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置由穩(wěn)壓系統(tǒng)、供液系統(tǒng)、酸巖反應(yīng)槽、濾失測(cè)量系統(tǒng)、自動(dòng)取樣系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集處理檢測(cè)系統(tǒng)等6部分組成，可加閉合壓力0.69～103.50 MPa，可加熱至150℃，排量為0～400 mL/min，使用巖心尺寸為177.8 mm×38.1 mm ×(38.1～88.9)mm，可進(jìn)行酸蝕裂縫和支撐裂縫的導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)研究。該模擬裝置由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制流動(dòng)通道、溫度以及排量，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集、處理數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)耐酸，具有自動(dòng)化程度高、精確度高、安全性能好的特點(diǎn)。

根據(jù)API.RP6推薦的公式計(jì)算酸蝕裂縫導(dǎo)流能力:

式中:WKf為酸蝕裂縫導(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。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)用巖板加工尺寸為18 cm×3.8 cm×(1.8～2.0)cm的兩端橢圓平行板巖心，酸液體系為膠凝酸和交聯(lián)酸。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)5種方案，分別研究酸用量、注入速率、溫度、縫寬和注入方式對(duì)酸蝕導(dǎo)流能力的影響，其中注入方式實(shí)驗(yàn)使用交聯(lián)酸與膠凝酸交替注入。實(shí)驗(yàn)前后巖板稱重，用于分析溶蝕量和導(dǎo)流能力的關(guān)系;實(shí)驗(yàn)前記錄巖板紋理分布，分析紋理對(duì)導(dǎo)流能力的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 酸用量影響實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)條件:酸用量分別為1000、1600、2000 mL，注入速率為40 mL/min，溫度為90℃，導(dǎo)流能力測(cè)試方法:閉合應(yīng)力為10～60 MPa，每5 MPa測(cè)量1次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:隨著酸液用量的增加，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力逐漸增加，但增加幅度減小。酸液量為2000 mL時(shí)，樣品取出后局部破碎。

2.2 注入速率影響實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)條件:酸用量為1600 mL，注入速率分別為 20、30、40、50 mL/min，溫度為 90℃，導(dǎo)流能力測(cè)試方法同上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:低排量20 mL/min注入時(shí)測(cè)量的酸蝕導(dǎo)流能力值較高，主要原因是酸液注入時(shí)間長(zhǎng)，巖石刻蝕溝槽較深(圖1)，說(shuō)明酸壓后期適當(dāng)降低排量(或閉合酸化)，有利于提高酸蝕導(dǎo)流能力。當(dāng)注入速率達(dá)到40 mL/min時(shí)，隨著注入速率的增大，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力變化不大。

圖1 注入速率為20mL時(shí)酸蝕裂縫刻蝕形態(tài)

2.3 溫度影響實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)條件:酸用量為1600 mL，注入速率為40 mL/min，溫度分別為 50、90、110℃，導(dǎo)流能力測(cè)試方法同上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:隨著溫度的升高，導(dǎo)流能力降低且幅度較大(圖2)，相同條件下，110℃時(shí)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力較90℃時(shí)下降30% ～60%。從酸蝕裂縫刻蝕形態(tài)看，高溫110℃巖石形成不連續(xù)、較深的點(diǎn)蝕坑，不是寬的刻蝕溝槽，溫度高酸巖反應(yīng)快、局部消耗多，影響酸蝕導(dǎo)流能力(圖3)。為得到較高的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，酸壓前置液量?jī)?yōu)化要考慮降溫作用。

圖2 溫度對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響

圖3 110℃時(shí)酸蝕裂縫刻蝕形態(tài)

2.4 設(shè)置縫寬影響實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)條件:酸用量為1600 mL，注入速率為40 mL/min，溫度為90℃，導(dǎo)流能力測(cè)試方法同上。實(shí)驗(yàn)時(shí)采用大理石加工的墊片在巖板間預(yù)設(shè)縫寬，寬度分別為2.5、4.0、6.0 mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:設(shè)置縫寬影響注酸初期酸液在縫內(nèi)的流速，對(duì)導(dǎo)流影響較小。

2.5 注入方式和紋理分布對(duì)導(dǎo)流能力的影響

圖4 酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)曲線

如圖4所示，藍(lán)色曲線是交聯(lián)酸及其多級(jí)注入的酸蝕導(dǎo)流能力隨閉合應(yīng)力變化趨勢(shì)，綠色和紅色曲線是膠凝酸酸蝕導(dǎo)流曲線，其中綠色曲線是橫向紋理發(fā)育(紋理與酸液流動(dòng)方向垂直)的酸蝕導(dǎo)流曲線，紅色曲線是縱向紋理發(fā)育的酸蝕導(dǎo)流曲線。從圖4中可以看出，在不同閉合應(yīng)力時(shí)，交聯(lián)酸酸蝕裂縫導(dǎo)流能力明顯高于膠凝酸的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，交聯(lián)酸能夠形成比較寬且深的刻蝕溝槽(圖5a)，這些溝槽在較高的閉合應(yīng)力下仍然能夠保持很好的導(dǎo)流能力。同樣使用膠凝酸刻蝕，橫向紋理發(fā)育的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力高于縱向紋理發(fā)育的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，分析主要原因是縱向紋理誘導(dǎo)酸液沿紋理流動(dòng)，不容易形成寬的刻蝕溝槽。

圖5 純灰?guī)r和含泥灰?guī)r的交聯(lián)酸酸蝕裂縫刻蝕形態(tài)

2.6 巖性和溶蝕量對(duì)導(dǎo)流能力的影響

如圖5所示，純灰?guī)r酸液刻蝕后形成明顯的溝槽，這些溝槽在裂縫閉合后仍然具有一定的導(dǎo)流能力，而含泥灰?guī)r實(shí)驗(yàn)后形成了較窄的刻蝕溝槽和一些“點(diǎn)蝕坑”，這些點(diǎn)蝕坑在高閉合應(yīng)力時(shí)導(dǎo)流能力會(huì)逐漸消失。圖6是相同實(shí)驗(yàn)條件下不同應(yīng)力時(shí)，酸蝕導(dǎo)流能力與溶蝕量的關(guān)系圖。如前所述，酸蝕導(dǎo)流能力受巖石紋理分布、巖性、酸液類型及注入方式和溝槽刻蝕形態(tài)影響較大，酸蝕導(dǎo)流能力與溶蝕量的相關(guān)性不強(qiáng)，且應(yīng)力值越低，相關(guān)性越差。

圖6 導(dǎo)流能力和溶蝕量關(guān)系

3 酸壓工藝優(yōu)化和應(yīng)用實(shí)例

以塔里木油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層為例，埋深為5000～7000 m，地層溫度為110～160℃，作用在酸蝕裂縫上的有效應(yīng)力(最小地應(yīng)力與井底流壓的差值)為20～50 MPa，儲(chǔ)層類型以縫、洞和基質(zhì)溶蝕孔為主?？紤]提高酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的酸壓工藝優(yōu)化措施有:①以井眼到儲(chǔ)集體距離和降低儲(chǔ)層溫度至90℃以內(nèi)的雙重要求，優(yōu)化前置液量，為酸液形成刻蝕溝槽提供溫度環(huán)境;②根據(jù)軟件模擬，兼顧縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力，確定合理的酸液用量;③施工后期或溝通儲(chǔ)集體后降低施工排量或采用閉合酸化工藝;④根據(jù)巖性選擇酸壓工藝和酸液注入方式，純灰?guī)r選擇前置液酸壓工藝，含泥灰?guī)r選擇交聯(lián)酸與膠凝酸交替多級(jí)注入和閉合酸化工藝;⑤人工裂縫延伸方向與天然裂縫走向一致，酸液容易沿天然流動(dòng)、刻蝕，不容易形成寬的刻蝕溝槽，施工后期采用閉合酸化工藝或降低排量提高縫口酸蝕裂縫導(dǎo)流能力。

應(yīng)用實(shí)例:A井酸壓井段為6125～6138 m，地層溫度為142℃，儲(chǔ)層類型為孔洞型－裂縫孔洞型，成像測(cè)井解釋為發(fā)育的天然裂縫，錄井巖性為泥晶灰?guī)r。酸壓優(yōu)化措施:大型前置液量降低儲(chǔ)層溫度和造縫;針對(duì)泥晶灰?guī)r巖性，使用交聯(lián)酸與膠凝酸二級(jí)注入方式，提高酸蝕裂縫導(dǎo)流能力;天然裂縫走向與最大主應(yīng)力方向一致，在頂替階段降低施工排量，提高縫口酸蝕裂縫導(dǎo)流能力。A井酸壓后計(jì)算酸蝕縫長(zhǎng)約為108 m，裂縫導(dǎo)流能力為98.0×10－3～477.5 ×10－3μm2·m，酸壓后 6 mm 油嘴求產(chǎn)，油壓為31.98 MPa，日產(chǎn)油為216.42 m3/d，日產(chǎn)氣為58335 m3/d。

4 結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)表明，相同閉合應(yīng)力條件下，高溫110℃時(shí)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力較90℃時(shí)下降30% ～60%，因此高溫儲(chǔ)層酸壓需要優(yōu)化前置液量，降低儲(chǔ)層溫度。

(2)與膠凝酸相比，交聯(lián)酸能更好地刻蝕溝槽，在高閉合應(yīng)力下能保持很好的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力;巖石橫向紋理發(fā)育刻蝕形成的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力高于縱向紋理發(fā)育的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力。酸蝕導(dǎo)流能力與巖石溶蝕量的相關(guān)性不強(qiáng)。

(3)根據(jù)酸蝕導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，純灰?guī)r選擇前置液酸壓工藝，含泥灰?guī)r選擇交聯(lián)酸與膠凝酸交替多級(jí)注入和閉合酸化工藝。

［1］魏英杰，銀本才，張洪新，等.高溫井酸壓技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.特種油氣藏，2004，11(2):49 －52，100.

［2］米卡爾J?？酥Z米德斯，肯尼斯G諾爾特.油藏增產(chǎn)措施［M］.3版.張保平，蔣闐，劉立云譯.北京:石油工業(yè)出版社，2002:402－403.

［3］龔明.計(jì)算酸壓裂縫導(dǎo)流能力的新模型［J］.天然氣工業(yè)，1999，19(3):68 －72.

［4］Pournik M，Zhu D，Hill A D.Acid－fracture conductivity correlation development based on acid－fracture characterization［C］.SPE122333，2009.

［5］曾凡輝，郭建春，趙金洲，等.深層裂縫性碎屑巖儲(chǔ)層的網(wǎng)絡(luò)裂縫酸化技術(shù)［J］.大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2011，30(4):101 －104.

［6］李年銀，趙立強(qiáng)，張倩，等.酸壓過(guò)程中酸蝕裂縫導(dǎo)流能力研究［J］.鉆采工藝，2008，31(6):59－62.

［7］Mou J，Zhu D，Hill A D.Acid －etched channel in heterogeneous carbonates–anewly discovered mechanism for creating acid fracture conductivity［C］.SPE119619，2009.

［8］蔣衛(wèi)東，汪續(xù)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.

［9］何春明，郭建春，劉超.變參數(shù)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)［J］. 大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2013，32(1):137 －141.

［10］牟建業(yè)，張士誠(chéng).酸壓裂縫導(dǎo)流能力影響因素分析［J］. 油氣地質(zhì)與采收率，2011，18(2):69 －71，79.

［11］寇永強(qiáng)，謝桂學(xué)，樂(lè)小明，等.裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化研究［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2002，9(5):40－41.

［12］王興文，郭建春，趙金洲，等.碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸化(酸壓)技術(shù)與理論研究［J］.特種油氣藏，2004，11(4):67 －69，73.