李志，趙立強

（西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川成都610500）

完井方式對碳酸鹽巖儲層蚓孔擴展的影響實驗研究

李志*，趙立強

（西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川成都610500）

碳酸鹽巖儲層酸化過程中，裸眼完井和射孔完井對酸蝕溶解形態(tài)有不同的影響。創(chuàng)新性地通過對碳酸鹽巖巖芯樣品進行鉆孔、剖縫等非常規(guī)處理，在室內(nèi)實驗模擬了不同完井方式下井筒注酸情況，研究了射孔完井對酸蝕蚓孔擴展形態(tài)的影響，并分析了孔眼深度對射孔沿程裂縫濾失的影響。研究發(fā)現(xiàn)，由于射孔形成局部高導流通道，酸液從射孔進入地層后的溶蝕形態(tài)異于裸眼完井，且孔眼深度越長，蚓孔分支越少，孔眼深度越短，蚓孔分支越多；在相同排量的條件下，孔眼深度越長的井筒所需的井口峰值壓力越大，所需突破體積越?。划攦恿芽p發(fā)育時，裸眼完井更易向天然裂縫濾失，而射孔完井受裂縫濾失影響較小。

碳酸鹽巖；完井方式；射孔；酸蝕蚓孔擴展；裂縫濾失

碳酸鹽巖儲層通常非均質(zhì)性較強，縫洞系統(tǒng)發(fā)育。通過酸化形成高滲透率的酸蝕蚓孔連通井底與儲集油氣的天然裂縫或解除近井地帶污染，提高油氣產(chǎn)量，是碳酸鹽巖儲層常用的增產(chǎn)手段［1］。酸蝕蚓孔在地層中擴展受到許多因素的影響，狀態(tài)復雜難以描述，國內(nèi)外學者為此做出了大量努力。A.D.Hill等提出了碳酸鹽巖儲酸化中，注酸速率對酸蝕蚓孔的擴展具有影響，并通過實驗方式確定了鹽酸體系在不同溫度下的最佳注酸速率［2-3］。Buijse等綜合考慮了影響碳酸鹽巖儲層蚓孔形成的各方面因素，指出蚓孔的增長和最終形態(tài)取決于酸液的擴散和濾失的共同作用［4-7］。柳明等［8］建立了地層蚓孔擴展的極坐標平均化模型，利用計算機模擬了不同完井方式對蚓孔擴展的影響。模擬結(jié)果指出，不同的完井方式對蚓孔通道的分支、酸液的突破體積以及壓降速度均有控制，但尚無實驗對這一理論進行驗證。

為進一步論證碳酸鹽巖儲層完井方式對蚓孔擴展的影響，本文設計了室內(nèi)實驗，對巖芯樣品進行鉆孔剖縫等非常規(guī)處理，模擬碳酸鹽巖儲層裸眼完井以及不同孔眼深度的射孔完井方式；對巖芯樣品注酸，得到了不同完井方式下的蚓孔形態(tài)。并分析討論了孔眼深度與注入端壓力之間的關系，考慮天然裂縫濾失、孔眼深度和突破體積之間的關系。

1　實驗部分

1.1實驗器材

恒流泵一臺、巖性夾持器一臺、巖芯溫度控制器一臺、自動壓力監(jiān)測設備一臺、天然碳酸鹽巖制備的圓柱體形巖芯（平均長度40.00mm，平均直徑24.50mm，平均孔隙度7.3%，平均滲透率0.08mD，碳酸鈣含量93%）、鹽酸體系。

1.2實驗方法

1.2.1射孔對蚓孔擴展影響實驗

碳酸鹽巖儲層井筒中的射孔可以近似看做一個具有一定長度的規(guī)則圓柱形孔洞。現(xiàn)用工具在已制備好的巖芯端面中央進行開孔（所制備巖芯均取自同一儲層，可以認為所有巖芯樣品物性一致），用于模擬碳酸鹽巖儲層不同的完井方式（圖1）。將處理好的巖芯樣品放置于巖芯夾持器中，通過恒流泵向開孔端面驅(qū)替酸液。利用自動壓力監(jiān)測設備記錄下入口端壓力的變化規(guī)律以及其他數(shù)據(jù)。

1.2.2裂縫濾失對蚓孔擴展影響實驗

考慮到碳酸鹽巖儲層通常天然裂縫較為發(fā)育，酸化過程中酸液易于向這些天然裂縫濾失，對蚓孔的擴展造成影響；且射孔時產(chǎn)生的巨大沖擊也有可能造成射孔附近儲層巖石均質(zhì)性發(fā)生改變，產(chǎn)生人造裂縫。故在實驗中取若干巖芯樣品進行人工剖縫，剖開后的巖樣重新組合所形成的裂縫在一定的圍壓范圍內(nèi)認為可以用于模擬碳酸鹽巖儲層井筒附近所存在的裂縫（天然裂縫或由射孔引起的）。在端面裂縫中間位置用工具進行鉆孔，可以模擬在濾失環(huán)境下射孔對碳酸鹽巖儲層蚓孔擴展的影響（圖2）。利用恒流泵向開孔端面驅(qū)替酸液，記錄下入口端壓力變化，時間等數(shù)據(jù)。

圖1　巖芯射孔模擬示意圖

圖2　考慮裂縫濾失的巖芯射孔模擬示意圖

1.2.3實驗條件

以上實驗條件均為：孔徑5mm；孔眼深度分別為0mm、5mm和10mm（其中孔眼深度為0mm時可以認為是裸眼完井方式）；驅(qū)替速度1mL/min；地層溫度90℃。自動補償圍壓高于驅(qū)替壓力2MPa用于保證酸液不會沿巖芯側(cè)面串流。

2　實驗數(shù)據(jù)與討論

2.1蚓孔擴展形態(tài)研究

2.1.1不考慮裂縫濾失

實驗后取出巖芯樣品進行觀察。在射孔中形成了肉眼能觀察到的主蚓孔通道，貫穿整塊巖芯（圖3）。利用電鏡掃描裸眼完井巖樣（孔眼深度為0）與射孔完井巖樣（孔眼深度為5mm）注酸端面，如圖4所示。可以看出，裸眼完井巖芯端面（左）受非均質(zhì)性控制，產(chǎn)生許多微小蚓孔，且并未造成巖芯突破，降低酸化效率；反之射孔完井巖芯端面（右）產(chǎn)生的蚓孔數(shù)量（不包含孔眼內(nèi)形成的主蚓孔）明顯少于裸眼完井。根據(jù)Hill等［9］提出的蚓孔競爭理論，在以主蚓孔的深度為半徑的周圍不會產(chǎn)生其他主蚓孔。巖芯端面的射孔可理解為較大尺寸的主蚓孔，該主蚓孔將改變流動場和壓力場；受到孔眼深度的控制，酸液在射孔中不斷匯集形成局部高注酸壓差，這個注酸壓差對蚓孔形態(tài)產(chǎn)生了影響。在排量一定的情況下，大量酸液進入其中，造成巖芯端面其他區(qū)域酸液流量降低，且相對注入壓差減小，難以再形成新的酸蝕蚓孔。

圖3　在射孔內(nèi)產(chǎn)生的酸蝕蚓孔

圖4　巖樣端面掃描電鏡成像（左：裸眼完井；右：5mm射孔）

2.1.2考慮裂縫濾失

在剖縫巖芯注酸實驗中，酸液沿人造裂縫在軸向上形成不同程度的酸蝕蚓孔，但由于射孔深度不同蚓孔形態(tài)結(jié)構(gòu)存在較大差異（圖5）。打開未射孔巖芯剖面，可以觀察到一條平均直徑約1mm的主蚓孔已經(jīng)突破巖芯；受巖芯非均質(zhì)性控制在距入口端10mm處主蚓孔上產(chǎn)生一條長約20mm的分支，蚓孔分支末端又分為兩條次級蚓孔分支；蚓孔分支未能對巖芯造成突破。射孔5mm巖芯剖面上主蚓孔平均直徑約為2mm，主蚓孔上僅有一條約5mm長的短蚓孔分支。在射孔10mm巖芯的剖面上，酸液由射孔進入人造裂縫中并對裂縫壁面進行溶蝕，沿軸向形成一條寬2mm，高10mm的高導流能力酸蝕蚓孔，且在主蚓孔上沒有蚓孔分支產(chǎn)生。

圖5　裸眼完井、5mm射孔完井與10mm射孔完井下蚓孔擴展狀態(tài)

2.2壓力曲線變化分析

2.2.1不考慮天然裂縫濾失

在實驗過程中，隨著酸液向巖芯端面注入，入口端壓力隨著時間的變化逐漸上升并達到峰值，之后壓力開始下降直至巖芯被酸液突破。入口端壓力的變化能夠體現(xiàn)酸蝕蚓孔在擴展過程中的狀態(tài)，并且在注酸過程中峰值入口端壓力和入口端壓力升降速度等參數(shù)變化規(guī)律對實際施工過程具有指導意義，故繪制入口端壓力變化與注入酸液PV數(shù)的關系，如圖6所示。

圖6　不同完井方式壓降曲線圖

當巖芯端面孔眼深度為0時，可以認為是裸眼完井，在注酸過程中酸壓分布受到地層巖芯非均質(zhì)性的影響，故在注酸初期入口端壓力上升相對較慢。而在射孔完井的井筒中，酸液優(yōu)先選擇進入高滲流大通道射孔中，形成局部高酸壓。對上升階段的入口端壓力進行線性回歸分析后可以看出，在排量不變的情況下，射孔完井入口端壓力上升速度高于裸眼完井，且射孔越深入口端壓力上升越快?？籽凵疃葘Ψ逯祲毫σ灿杏绊?，隨著孔眼深度的增加，峰值壓力隨之增大。孔眼深度為0時，峰值壓力為8.47MPa；孔眼深度為5mm時，峰值壓力為14.30MPa；孔眼深度為10mm時，峰值壓力為19.74MPa。同時可以得到孔眼深度與酸液突破體積成負相關關系，射孔越深突破體積越小，在裸眼完井條件下（孔眼深度為0）突破體積最大。

2.2.2考慮天然裂縫濾失

在碳酸鹽巖儲層酸化過程中，酸液沿天然裂縫濾失對突破體積造成的影響不可忽略。向人工剖縫的巖芯進行注酸實驗，所得到的入口端壓力變化與注酸PV數(shù)關系，如圖7所示。

在天然裂縫性碳酸鹽巖儲層注酸實驗中，壓力曲線在局部范圍內(nèi)出現(xiàn)波動?？紤]裂縫濾失的裸眼完井、孔眼深度5mm和孔眼深度10mm注酸實驗中酸液突破體積分別為16.411、6.995和5.087，突破體積與孔眼深度關系滿足上述實驗結(jié)論。通過2組實驗對比得到濾失對裸眼完井的影響最大，考慮濾失后所需突破體積較不考慮濾失上升了近3倍，而天然裂縫濾失對射孔完井的酸液突破體積影響較小，如圖8所示?？芍诹芽p性碳酸鹽巖儲層酸化過程中，酸液向裂縫中濾失造成了大量酸液損失，增大了突破體積；而射孔完井的裂縫性儲層在酸化時，酸液首先選擇進入高導流能力射孔中并形成主蚓孔，減少了其他區(qū)域酸液的流量，從而減少向裂縫中的濾失量。

圖7　考慮天然裂縫濾失的不同完井方式壓降曲線圖

圖8　濾失對不同完井方式酸液突破體積影響關系圖

3　結(jié)論

（1）由于射孔形成局部高導流通道，酸液從射孔進入地層后的溶蝕形態(tài)異于裸眼完井，且孔眼深度越長，蚓孔分支越少；孔眼深度越短，蚓孔分支越多。

（2）注酸過程中，射孔完井所對應的井口壓力升降變化劇烈，而裸眼完井對應的井口壓力升降變化則較為平緩；峰值壓力與射孔的長度呈正相關。

（3）突破相同體積巖性一致的巖芯，孔眼越長所需的酸液量越少；在考慮濾失環(huán)境中，裸眼完井儲層中酸液更易濾失，所需的突破體積大大增加，而射孔完井儲層受裂縫濾失影響較小。

［1］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.北京：石油工業(yè)出版社，2002.

［2］Wang Y，Hill A D，Schechter R S.The Optimum Injection Rate for Matrix Acidizing of Carbonate Formations［J］.Paper SPE，1993，26578：3-6.

［3］Mostofizadeh B，Economides M J.Optimum Injection Rate from Radial Acidizing Experiments［C］//SPE Annual Technical Conference and Exhibition.Society of Petroleum Engineers，1994.

［4］Buijse M A.Mechanisms of Wormholing in Carbonate Acidizing［C］//SPE International Symposium on Oilfield Chemistry，1997：683-686.

［5］Williams B，Gidley J，Schechter R.A Fundamentally New Model of Acid Wormholing in Carbonates［J］.1999.

［6］Fredd C N，Miller M J.Validation of Carbonate Matrix Stimulation Models［C］//SPE International Symposium on Formation Damage Control，2000：39-52.

［7］Buijse M A.Understanding Wormholing Mechanisms Can Improve Acid Treatments in Carbonate Formations［J］.SPE Production&Facilities，2000，15（3）：168-175.

［8］柳明，楊鵬，李德權，等.完井方式對酸蝕蚓孔擴展的影響［J］.Journal of Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition），2014，36（6）.

TE344

A

1004-5716（2016）10-0048-04

2015-11-03

2015-11-09

李志（1991-），男（漢族），四川成都人，西南石油大學石油工程學院在讀碩士研究生，研究方向：碳酸鹽巖儲層酸化增產(chǎn)。