李偉杰，孔維中，丁建東，潘 眾，廖清志，劉團(tuán)輝，吳世仝

1華北油田公司工程技術(shù)研究院，河北 任丘

2華北油田公司第一采油廠，河北 任丘

3華北油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北 任丘

1. 引言

蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)是由枯竭油氣藏改建的儲(chǔ)氣庫(kù)，是西氣東輸?shù)呐涮坠こ?，有效解決了天然氣的長(zhǎng)距離輸送以及城市民用氣的峰谷變化所引起的供氣的不穩(wěn)定性與安全平穩(wěn)供氣要求之間的矛盾。蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)位于河北省廊坊市，由蘇1、蘇20、蘇4、蘇49、顧辛莊5 個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)組成，完井方式多采用裸眼完井，井深平均達(dá)到5500 m，井底溫度可達(dá)157℃，是目前世界上公認(rèn)的井深最深、施工復(fù)雜程度最大的儲(chǔ)氣庫(kù)[1]。

蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層具有高溫、高壓、漏失的特點(diǎn)，儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)初期鉆完井作業(yè)時(shí)不得不灌入大量壓井液保證井控安全，不可避免的造成儲(chǔ)層污染，有的井至今無(wú)法完全恢復(fù)產(chǎn)能。而蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)中的注采井，由于注采交變、固井質(zhì)量和完井工具密封失效等因素影響，出現(xiàn)了不同程度的環(huán)空帶壓現(xiàn)象，有的環(huán)空帶壓是封隔器、氣密封油管等井下工具失封造成的，只需要重新更換完井管柱就可治理，但在注采平衡期施工時(shí)，地層壓力較大，必須進(jìn)行壓井作業(yè)，才能保障井控安全。完井方式和壓井液的性能都造成了注采井近井地帶存在污染，使儲(chǔ)層滲透率降低，影響了儲(chǔ)氣庫(kù)單井的注采能力。

目前華北油田蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)壓井液采用無(wú)固相暫堵高分子聚合物壓井液，具有低濾失、快速封堵、易降解等特點(diǎn)，但蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)的地層壓力高，溫度大等原因，造成暫堵壓井液不能及時(shí)降解反排，對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)注采井井筒附近地層造成污染，為了清除壓井液污染的近井地帶，降低儲(chǔ)層損害，提高儲(chǔ)層裂縫通道的導(dǎo)流能力和巖心滲透率[2] [3]，本文采用基質(zhì)酸酸化方法，應(yīng)用清潔酸 + 轉(zhuǎn)向酸酸化體系對(duì)污染儲(chǔ)層進(jìn)行解堵，取得了較好的效果。

2. 地質(zhì)儲(chǔ)層特征

蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)的儲(chǔ)集巖為灰?guī)r和白云巖，儲(chǔ)集空間以構(gòu)造裂縫、晶間孔和溶蝕孔洞為主，大縫大洞不發(fā)育，儲(chǔ)集類型為微裂縫孔隙型，儲(chǔ)層孔隙連通較為復(fù)雜。儲(chǔ)層原始天然氣相對(duì)密度平均為0.7175，屬于凝析氣藏，地面原油密度、粘度和凝固點(diǎn)都較低。地層水Cl-含量4386.9 mg/l，總礦化度為9682.5 mg/l，為NaHCO3型。其中，蘇49 潛山原始地層壓力為48.92 MPa，壓力系數(shù)1.06，地層溫度為154℃，具有統(tǒng)一的溫度和壓力系統(tǒng)，屬于不帶油環(huán)的高含凝析油低或特低滲碳酸鹽巖塊狀弱底水凝析氣藏。

3. 改造重點(diǎn)及技術(shù)措施

蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)注采井酸化改造難度在國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)氣庫(kù)中都是一項(xiàng)極大的挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在

1) 儲(chǔ)層深度大，平均5500 米，因此施工過(guò)程管柱摩阻大，提高排量較困難。2) 溫度高，平均溫度約140℃，因此造成酸液反應(yīng)速度快，蟲孔距離短。3) 井筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普遍為四開(kāi)完井，且井下工具管串多，采用裸眼完井，裸眼段距離長(zhǎng)，均勻布酸困難[4]。綜上，蘇橋儲(chǔ)層改造的關(guān)鍵是提高排量增加酸反應(yīng)距離和強(qiáng)度，選擇合適酸液體系降低摩阻，提升裂縫和儲(chǔ)集空間的溝通。

蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)碳酸鹽巖儲(chǔ)層埋藏5000 m 以上，地層溫度大于120℃，壓力系數(shù)低，巖性以灰?guī)r、白云巖為主，儲(chǔ)集空間以微細(xì)裂縫為主，因此選擇采用基質(zhì)酸化技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層改造，清除近井地帶污染，溝通裂縫儲(chǔ)集空間。同時(shí)，在酸液體系中加入緩速酸，增加酸化有效作用距離。應(yīng)用清潔酸層內(nèi)轉(zhuǎn)向 + 轉(zhuǎn)向酸層間轉(zhuǎn)向技術(shù)，不僅可增加反排速度，降低儲(chǔ)層傷害，而且可以均勻酸化，提高酸化效果。

主要技術(shù)措施為：首先應(yīng)用前置預(yù)處理酸，解除近井地帶的污染，然后應(yīng)用清潔自轉(zhuǎn)向酸體系 + 緩蝕劑 + 鐵穩(wěn)劑等添加劑，延長(zhǎng)酸液反應(yīng)時(shí)間，增加酸穿透作用距離，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，可在高滲透層段形成凝膠，使酸液引入低滲透層段，使縱向、平面上儲(chǔ)層滲透率得到較充分改善，實(shí)現(xiàn)均勻布酸，提高儲(chǔ)層整體酸化效果，酸液泵注階段同時(shí)伴注液氮，增加殘酸返排能量[5]。

4. 組合酸液體系的配置

蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層為碳酸鹽巖，一般采用鹽酸為主的解堵的工藝技術(shù)，酸化解堵機(jī)理是：當(dāng)鹽酸到達(dá)裸眼儲(chǔ)層部位時(shí)，首先與鉆完井過(guò)程中形成的泥餅、堵塞物接觸，經(jīng)浸泡，鹽酸溶解其中可溶性成份，使堵塞物疏松，并在井內(nèi)流體沖刷下脫落，即解除了污染。其次，鹽酸液通過(guò)疏松的泥餅深入巖石裂縫、孔、洞，與其表面反應(yīng)，擴(kuò)大裂縫、孔、洞[6]。主要化學(xué)反應(yīng)式為：

形成的CaC12和MgC12可溶物留在殘酸中，與脫落的泥餅等一起在排酸過(guò)程中排出地面。原有的裂縫表面解除了堵塞，又受蝕擴(kuò)大裂縫，提高了滲透率，達(dá)到解除污染、提升注采能力的目的。

4.1. 清潔酸

清潔酸是在鹽酸中添加粘彈性表面活性劑VES 和適量的添加劑配置成的酸液體系，見(jiàn)圖1、圖2。VES 低分子粘彈性表面活性劑，具有無(wú)殘?jiān)?，易破膠反排，污染小等特性，可自動(dòng)改變粘度，將活性酸分流給低滲透儲(chǔ)層，實(shí)現(xiàn)非均質(zhì)儲(chǔ)層的均勻布酸。該酸液體系具有良好的緩速性能，可形成高粘凝膠，能大幅度增加酸蝕裂縫長(zhǎng)度，且水平井和直井都可以應(yīng)用。摩阻為水的30%～40%，在井深較大時(shí)也能夠大排量施工。

Figure 1. 20% HCL clean acid and fresh acid圖1. 20% HCl 清潔酸鮮酸

Figure 2. 8% HCL clean acid and fresh acid圖2. 8% HCl 清潔酸鮮酸

清潔酸中的粘彈性表面活性劑分子在酸液中可產(chǎn)生蠕蟲狀膠束，形成新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可有效提高酸液體系的粘度。在鹽酸濃度11%～20%時(shí)，初始狀態(tài)下清潔酸體系粘度較低，隨著與地層反應(yīng)后鹽酸濃度降低，反應(yīng)生成Ca2+，使得殘酸粘度升高，形成凝膠，反應(yīng)結(jié)束時(shí)，可自動(dòng)破膠。清潔酸在排量為3 方/分時(shí)摩阻只為清水的35%，具有優(yōu)良的降摩阻性能。液體不分層，不出現(xiàn)沉淀殘?jiān)?，破膠液對(duì)儲(chǔ)層巖心的傷害小，見(jiàn)表1。

Table 1. Experimental results of damage caused by gel breaking fluid to reservoir cores表1. 破膠液對(duì)儲(chǔ)層巖心的傷害實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Continued

清潔酸中的粘彈性表面活性劑分子在地層反應(yīng)后，可以在巖石較大的孔道表面形成凝膠和巖石表面形成吸附膜，減緩H+的運(yùn)移速度和與巖石面的接觸面積，同時(shí)反應(yīng)生成的二氧化碳還起到物理隔膜的作用。

4.2. 轉(zhuǎn)向酸

轉(zhuǎn)向酸是鹽酸 + 表面活性劑構(gòu)成的酸液體系，在該體系中，表面活性劑分子帶正電，鮮酸粘度低，隨著酸液不斷注入，體系的H+濃度不斷降低，pH 值增大，表面活性劑分子帶電性為電中性狀態(tài)。隨酸巖反應(yīng)的進(jìn)行，體系中的Ca2+、Mg2+濃度不斷升高，表面活性劑分子逐漸變成高粘度凍膠，暫堵高滲透層，使酸液在地層內(nèi)部分流酸化，達(dá)到均勻酸化的一種酸液體系[7]。轉(zhuǎn)向酸比常規(guī)酸形成的蚓孔分支更少、蚓孔更長(zhǎng)，酸液濾失較少[8]，通過(guò)投產(chǎn)或返排液的稀釋作用可自動(dòng)破膠，無(wú)殘?jiān)子谂渲?，?duì)地層傷害小，酸化效果明顯。

4.3. 配方優(yōu)選

在90℃條件下，采用5%～25%鹽酸對(duì)蘇50 井5118～5168 m 巖屑浸泡2 小時(shí)，10%濃度鹽酸能夠達(dá)到溶蝕率98%，確定清潔酸濃度12%，轉(zhuǎn)向酸濃度20%，見(jiàn)圖3。

Figure 3. Core dissolution rate at different depths圖3. 不同深度巖心溶蝕率

Table 2. Comparison of reaction speed of different acid systems表2. 不同酸液體系反應(yīng)速度對(duì)比

由表2 可以看出，清潔酸反應(yīng)速度最低，主體酸以清潔酸為主，輔助轉(zhuǎn)向酸均勻布酸。

通過(guò)對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以看出清潔酸和轉(zhuǎn)向酸均可有效提高酸后巖板導(dǎo)流能力，但清潔酸提高幅度更大，見(jiàn)圖4。

Figure 4. Comparison chart of conductivity after acidification圖4. 酸化后導(dǎo)流能力對(duì)比圖

4.4. 添加劑的優(yōu)選

在酸化施工作業(yè)中，酸工作液會(huì)對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕，導(dǎo)致井下管串和地面設(shè)備損壞，造成作業(yè)事故和人員傷亡，而且因腐蝕產(chǎn)生的大量鐵離子在一定條件下會(huì)形成氨氧化鐵沉淀，直接影響酸化作業(yè)效果。添加緩蝕劑是目前解決酸化作業(yè)腐蝕的最有效方法，可最大限度降低酸對(duì)設(shè)備的腐蝕，延長(zhǎng)管串的使用壽命，保證酸化施工順利進(jìn)行[9]。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)看出，150℃，4 小時(shí)條件下，緩蝕劑LHH 在20% HCL 中腐蝕速度為14.82 g/m2h，見(jiàn)表3。

Table 3. Corrosion inhibitor selection表3. 緩蝕劑選擇

酸化全過(guò)程中，酸液難免會(huì)在滲流通道中產(chǎn)生水鎖反應(yīng)(在親水巖石中)和賈敏效應(yīng)(在親油巖石中)，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低，對(duì)儲(chǔ)層改造產(chǎn)生不利的影響[10]。在酸化時(shí)通常都會(huì)加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┛捎行У亟档退嵋毫黧w的表面張力，減小滲流阻力，提升酸液對(duì)地層的潤(rùn)濕性，防止殘酸形成乳化液，提升返排速度，提高酸化施工效果。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)看出，活性劑的優(yōu)選：PZ-7 表界面張力最低，表面張力為25.1 mN/m，界面張力為0.4 mN/m，見(jiàn)表4。

Table 4. Surfactant selection表4. 表面活性劑選擇

在酸化過(guò)程中，酸液不可避免的與施工設(shè)備、井下管柱和儲(chǔ)層含鐵的巖石礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生鐵離子，并在一定條件下可生成的氫氧化鐵沉淀。隨著酸化過(guò)程的進(jìn)行，酸液不斷與地層礦物作用，隨著酸液濃度的降低和pH 值的上升，三價(jià)鐵離子在pH 升至2.2 時(shí)開(kāi)始大量沉淀，從而導(dǎo)致地層孔隙及油氣滲流通道被堵塞，造成儲(chǔ)層滲透率下降，對(duì)儲(chǔ)層造成傷害[9]。因此，酸液中必須加入鐵離子穩(wěn)定劑，防止由于酸液的pH 值上升導(dǎo)致產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀堵塞地層孔隙。通過(guò)表格看出，LHT 對(duì)鐵離子絡(luò)合能力最好，每毫升可絡(luò)合87.5 毫克鐵離子，見(jiàn)表5，因此采用LHT 作為蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)蘇49K-P1 井酸化施工的鐵離子穩(wěn)定劑。

Table 5. Selection of iron ion stabilizer表5. 鐵離子穩(wěn)定劑選擇

5. 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及評(píng)價(jià)

蘇49K-P1 井構(gòu)造上位于冀中坳陷文安斜坡蘇橋-信安鎮(zhèn)潛山帶蘇49 潛山，生產(chǎn)井段為5126.975 m～5261 米，儲(chǔ)層中深地層壓力系數(shù)為0.62。由于鉆完井過(guò)程中鉆井液固相顆粒堵塞，產(chǎn)層滲透性差異較大，存在污染，影響儲(chǔ)氣庫(kù)整體注采比，為了提高滲透性能，提升單井注采能力，采用油管注入籠統(tǒng)酸化方式，應(yīng)用清結(jié)酸 + 轉(zhuǎn)向酸組合體系，見(jiàn)表6，酸化裸眼井段：5126.975 m～5261 m，改善地層滲流能力。

從圖5 施工曲線可以看出：在前置預(yù)處理階段，壓力有小幅上下波動(dòng)，表明對(duì)井筒附近進(jìn)行解堵，隨著酸巖反應(yīng)的進(jìn)行，裂縫溝通明顯，降低了表皮傷害。繼續(xù)交替注入清潔酸和轉(zhuǎn)向酸，壓力大幅下降，表明溝通儲(chǔ)層的天然裂縫，取得了一定程度的解堵效果。該井施工后，日注氣量由作業(yè)前8.4 × 104m3上升到23 × 104m3，該井施工取得了成功。通過(guò)此次施工，證明了預(yù)處理酸 + 12%清潔酸 + 20%轉(zhuǎn)向酸組合酸液體系，對(duì)蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層可實(shí)現(xiàn)縱向上均勻改造、橫向深度改造的效果，達(dá)到提高儲(chǔ)層滲透率，有利溝通儲(chǔ)層裂縫，提升注采能力的目的。

Table 6. Acid formula表6. 酸液配方表

Figure 5. SU49-P1 well acidification construction curve圖5. 蘇49K-P1 井酸化施工曲線

6. 結(jié)論

1) 通過(guò)優(yōu)選，采用預(yù)處理酸 + 12%清潔酸 + 20%轉(zhuǎn)向酸組合酸液體系對(duì)蘇49K-P1 井進(jìn)行酸化解堵，取得了較為成功的改造效果，解除了決近井地帶污染，提高了單井注采氣能力。

2) 蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)注采井埋深大且裸眼完井，高溫高壓的井下環(huán)境要求施工過(guò)程控制好排量和井口壓力，做好承壓、受力及摩阻分析，確保井筒完整性評(píng)價(jià)達(dá)到要求下再進(jìn)行施工。