地面交聯(lián)酸酸蝕裂縫導(dǎo)流能力研究

蔣建方 朱 娜 張祖國(guó) 鄧永紅 林宏濤 陳 偉

（1.中國(guó)石油大學(xué)提高采收率研究院，北京 102249；2.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院采油工程技術(shù)研究所，北京 100083； 3.云頂石油天然氣（中國(guó)）有限公司，山東東營(yíng) 257000）

地面交聯(lián)酸是近年興起的液體體系，在多個(gè)油田進(jìn)行了單純酸壓或攜砂壓裂［1-5］，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)走在機(jī)理研究前面。酸蝕裂縫導(dǎo)流能力是衡量酸壓效果的重要指標(biāo)之一，以往開(kāi)展了大量關(guān)于普通酸、稠化酸、乳化酸等體系的該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)［6-9］，分析了酸蝕裂縫的形態(tài)、導(dǎo)流能力大小。利用STIM-LAB 公司的酸蝕裂縫導(dǎo)流裝置，根據(jù)API 標(biāo)準(zhǔn)首次進(jìn)行了地面交聯(lián)酸的酸蝕縫導(dǎo)流能力與溶蝕形態(tài)實(shí)驗(yàn)，并與前期其他液體的導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，用以評(píng)價(jià)這種新興酸壓用液體的性能。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)裝置由中石油廊坊分院從美國(guó)STIM-LAB 公司引進(jìn)，由Dake 水壓機(jī)（閉合壓力0.69～103.42 MPa，常溫～150 ℃）、酸蝕裂縫反應(yīng)室（長(zhǎng)橢圓形，Hastolloy C 合金）、供液系統(tǒng)（排量0～40 mL/min，壓力10.342 MPa，去氧含量低于10 ppb）、高溫防腐管線(xiàn)（Hastolloy C 合金）、LVDT 濾失測(cè)量系統(tǒng)和壓力、壓差傳感器等組成。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

長(zhǎng)橢圓平行巖板：奧陶系馬家溝組灰?guī)r，長(zhǎng)×寬×厚=177.8 mm×38.1 mm×25.4 mm，由現(xiàn)場(chǎng)巖心加工；活性水：3%NH4Cl；地面交聯(lián)酸：20%HCl +1.0%DMJ-130+7.5%FL-B，其中DMJ-130 為北京中盈泰石油工程有限公司生產(chǎn)的膠凝劑，F(xiàn)L-B 為廊坊開(kāi)發(fā)區(qū)博興能源科技有限公司生產(chǎn)的酸化多功能添加劑，由緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑、破乳助排劑等組成；閉合酸：15%HCl+7.5%FL-B。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）試壓：用活性水試壓，檢漏。

（2）注入地面交聯(lián)酸：進(jìn)行酸巖反應(yīng)，形成酸蝕裂縫。

（3）清洗：用活性水沖洗管線(xiàn)與反應(yīng)室。

（4）測(cè)試酸蝕裂縫導(dǎo)流能力：將閉合壓力加至10 MPa，恒速注入活性水，待壓差穩(wěn)定；然后加壓至20 MPa，繼續(xù)恒速注入活性水，待壓差穩(wěn)定。重復(fù)上述步驟，完成30、35、40、45、50 和55 MPa 下實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行閉合酸化時(shí)，在40 MPa 下測(cè)定酸蝕裂縫導(dǎo)流能力后，注入閉合酸進(jìn)行酸洗和活性水沖洗，然后繼續(xù)測(cè)定40、45、50 和55 MPa 下的酸蝕縫導(dǎo)流能力。

（5）后處理：拆卸并清洗管線(xiàn)、反應(yīng)室，處理數(shù)據(jù)，計(jì)算酸蝕裂縫導(dǎo)流能力等數(shù)據(jù)。

1.3.2 計(jì)算方法 根據(jù)酸蝕裂縫模擬實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，利用平行板滲透率計(jì)算公式［6］，可計(jì)算不同閉合壓力下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的大小。

式中，kf為平行板滲透率，mD；Q 為通過(guò)平行板的流量，mL/min；μ 為流體黏度，mPa·s；L 為平行板長(zhǎng)度，cm；A 為平行板面積，cm2；Δp 為通過(guò)平行板兩測(cè)壓端的壓差，MPa。

酸蝕裂縫導(dǎo)流能力由API RP 61 推薦公式計(jì)算。

式中， kfWf為酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，μm2·cm；Wf為酸蝕裂縫寬度，cm；α為差壓傳感器測(cè)試孔調(diào)整因子，α=1.417。

2 酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)條件

地面交聯(lián)酸流量50 mL/min，活性水流量20 mL/min，閉合酸流量15 mL/min；實(shí)驗(yàn)溫度90 ℃；閉合壓力10、20、30、35、40、45、50、55 MPa；閉合酸化在40 MPa 下進(jìn)行。

2.2 實(shí)驗(yàn)一

圖1 為注入1 200 mL 地面交聯(lián)酸反應(yīng)后，不同閉合壓力下酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力。可以看出，酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力相對(duì)較大，特別在較低閉合壓力（小于30 MPa）下達(dá)到了300 μm2·cm 以上；隨閉合壓力的增加，該值明顯下降，初期降幅較大，大于35 MPa 后下降變緩；在40 MPa 閉合壓力下的導(dǎo)流能力達(dá)到165 μm2·cm，在55 MPa 下為84 μm2·cm。實(shí)驗(yàn)閉合壓力應(yīng)為有效閉合壓力，如此高的導(dǎo)流能力表明在深井、高應(yīng)力特征井該液體可形成高抗壓酸蝕裂縫。

圖1 地面交聯(lián)酸的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

圖2 為實(shí)驗(yàn)后反應(yīng)巖板的表面溶蝕形態(tài)，除巖面具有一定的溶蝕外，主要形成了相對(duì)單一的酸蝕溶孔，溶孔溝槽較深，深度多在0.5～4.5 mm，而寬度在0.5～9 mm 之間，顯示溶孔具有較好的流動(dòng)能力和較高的抗壓強(qiáng)度，與測(cè)試數(shù)據(jù)一致。

圖2 地面交聯(lián)酸反應(yīng)形成的巖面

2.3 實(shí)驗(yàn)二

圖3 為注入1 600 mL 地面交聯(lián)酸反應(yīng)，后續(xù)注入200 mL 閉合酸后，不同閉合壓力下酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力。可以看出，40 MPa 以前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與圖1 相似，進(jìn)行閉合酸化后，40 MPa 下的導(dǎo)流能力由154 μm2·cm升高到269 μm2·cm，提高了1.7倍，45～55 MPa 下的導(dǎo)流能力均高于未進(jìn)行閉合酸化時(shí)的情況，說(shuō)明閉合酸化進(jìn)一步溶蝕了裂縫壁面的巖屑，加寬、加深了裂縫壁面的不均勻刻蝕，提高了酸蝕縫的導(dǎo)流能力。圖1 和圖3 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，閉合酸化顯著提高了地面交聯(lián)酸的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，適用于深井、高應(yīng)力特征井的酸壓施工。

圖3 地面交聯(lián)酸+閉合酸化的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

圖4 為實(shí)驗(yàn)后反應(yīng)巖板的表面溶蝕形態(tài)，除巖面的溶蝕寬度較大外，也形成了交叉的酸蝕溶孔，溶孔溝槽，深度0.8～6.2 mm，寬度0.5～11 mm，具有更高的抗壓強(qiáng)度和很好的導(dǎo)流能力，測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)一步提升也說(shuō)明形成了更好的酸蝕裂縫。

圖4 地面交聯(lián)酸+閉合酸化反應(yīng)形成的巖面

3 與以往實(shí)驗(yàn)的比較

圖5 顯示了地面交聯(lián)酸的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力與以往進(jìn)行的普通酸、稠化酸3 級(jí)與5 級(jí)的結(jié)果對(duì)比。可以看出，所有酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力都是隨閉合壓力的增加而顯著降低；不同閉合壓力下地面交聯(lián)酸的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力顯然遠(yuǎn)高于普通酸和稠化酸，特別在高閉合壓力下尤其如此；地面交聯(lián)酸進(jìn)行閉合酸化后其導(dǎo)流能力有了顯著提高；普通酸5 級(jí)的優(yōu)于其3 級(jí)，稠化酸亦是；稠化酸3 級(jí)的優(yōu)于普通酸3 級(jí)，稠化酸5 級(jí)的也優(yōu)于普通酸5 級(jí)；稠化酸3級(jí)的與普通酸5 級(jí)的接近；在高閉合壓力下，稠化酸優(yōu)于普通酸，但是導(dǎo)流能力都較低，在長(zhǎng)期生產(chǎn)過(guò)程中由于有效閉合應(yīng)力進(jìn)一步增加，長(zhǎng)期導(dǎo)流能力值會(huì)進(jìn)一步較低，甚至喪失，而由于地面交聯(lián)酸的酸蝕溶孔深度大，導(dǎo)流能力高，相對(duì)易于保持。

圖5 不同酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的比較

4 結(jié)論

（1）地面交聯(lián)酸的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力高，優(yōu)于普通酸和稠化酸，在高閉合壓力下更為突出。

（2）地面交聯(lián)酸酸壓后經(jīng)過(guò)閉合酸化可進(jìn)一步顯著提高酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力。

（3）地面交聯(lián)酸進(jìn)行酸巖反應(yīng)后的溶蝕形態(tài)好，溝槽明顯，深度較大，有利于承載高閉合應(yīng)力和提高長(zhǎng)期導(dǎo)流能力。

（4）地面交聯(lián)酸實(shí)驗(yàn)顯示出較普通酸、稠化酸更好的酸壓特性。

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