酸蝕裂縫導流能力實驗與酸壓工藝技術優化

車明光，袁學芳，范潤強，王海燕，朱繞云*

(1.中油勘探開發研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007;2.中油油氣藏改造重點實驗室，河北 廊坊 065007;3.中油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000;4.中油西部鉆探工程有限公司，新疆 克拉瑪依 834000)

引 言

酸蝕裂縫導流能力是影響酸壓優化設計和酸壓效果的重要參數之一［1－2］，國內外學者對酸蝕裂縫導流理論計算方法［3－4］和酸蝕導流能力影響因素［5－9］開展了許多研究工作。Nierode－Kruk計算方法能準確預測巖石埋藏壓力和閉合應力對酸壓導流能力的影響。酸蝕裂縫導流能力研究主要集中在普通酸、膠凝酸和乳化酸等酸型上。在前人研究基礎上，使用FATSC實驗模擬裝置較全面地研究了交聯酸、膠凝酸的酸蝕裂縫導流能力，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］，在實驗時還考慮了巖石紋理、縫寬和溶蝕量等因素，而且測試了酸液在高溫110℃條件下的酸蝕導流能力。從實驗結果出發，分析了不同巖性碳酸鹽巖使用針對性酸壓工藝技術的合理性［12］，為完善酸壓工藝和優化酸壓方案設計提供了指導。

1 實驗裝置和方案簡介

1.1 實驗模擬裝置和酸蝕導流計算方法

FATSC酸蝕裂縫導流能力實驗模擬裝置由穩壓系統、供液系統、酸巖反應槽、濾失測量系統、自動取樣系統以及數據采集處理檢測系統等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，可進行酸蝕裂縫和支撐裂縫的導流能力實驗研究。該模擬裝置由計算機自動控制流動通道、溫度以及排量，計算機實時采集、處理數據。整個系統耐酸，具有自動化程度高、精確度高、安全性能好的特點。

根據API.RP6推薦的公式計算酸蝕裂縫導流能力:

式中:WKf為酸蝕裂縫導流能力，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 實驗材料和實驗方案

實驗用巖板加工尺寸為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酸。

實驗設計5種方案，分別研究酸用量、注入速率、溫度、縫寬和注入方式對酸蝕導流能力的影響，其中注入方式實驗使用交聯酸與膠凝酸交替注入。實驗前后巖板稱重，用于分析溶蝕量和導流能力的關系;實驗前記錄巖板紋理分布，分析紋理對導流能力的影響。

2 實驗結果分析

2.1 酸用量影響實驗

實驗條件:酸用量分別為1000、1600、2000 mL，注入速率為40 mL/min，溫度為90℃，導流能力測試方法:閉合應力為10～60 MPa，每5 MPa測量1次。實驗結果:隨著酸液用量的增加，酸蝕裂縫導流能力逐漸增加，但增加幅度減小。酸液量為2000 mL時，樣品取出后局部破碎。

2.2 注入速率影響實驗

實驗條件:酸用量為1600 mL，注入速率分別為 20、30、40、50 mL/min，溫度為 90℃，導流能力測試方法同上。實驗結果:低排量20 mL/min注入時測量的酸蝕導流能力值較高，主要原因是酸液注入時間長，巖石刻蝕溝槽較深(圖1)，說明酸壓后期適當降低排量(或閉合酸化)，有利于提高酸蝕導流能力。當注入速率達到40 mL/min時，隨著注入速率的增大，酸蝕裂縫導流能力變化不大。

圖1 注入速率為20mL時酸蝕裂縫刻蝕形態

2.3 溫度影響實驗

實驗條件:酸用量為1600 mL，注入速率為40 mL/min，溫度分別為 50、90、110℃，導流能力測試方法同上。實驗結果:隨著溫度的升高，導流能力降低且幅度較大(圖2)，相同條件下，110℃時酸蝕裂縫導流能力較90℃時下降30% ～60%。從酸蝕裂縫刻蝕形態看，高溫110℃巖石形成不連續、較深的點蝕坑，不是寬的刻蝕溝槽，溫度高酸巖反應快、局部消耗多，影響酸蝕導流能力(圖3)。為得到較高的酸蝕裂縫導流能力，酸壓前置液量優化要考慮降溫作用。

圖2 溫度對酸蝕裂縫導流能力的影響

圖3 110℃時酸蝕裂縫刻蝕形態

2.4 設置縫寬影響實驗

實驗條件:酸用量為1600 mL，注入速率為40 mL/min，溫度為90℃，導流能力測試方法同上。實驗時采用大理石加工的墊片在巖板間預設縫寬，寬度分別為2.5、4.0、6.0 mm。實驗結果:設置縫寬影響注酸初期酸液在縫內的流速，對導流影響較小。

2.5 注入方式和紋理分布對導流能力的影響

圖4 酸蝕裂縫導流能力實驗曲線

如圖4所示，藍色曲線是交聯酸及其多級注入的酸蝕導流能力隨閉合應力變化趨勢，綠色和紅色曲線是膠凝酸酸蝕導流曲線，其中綠色曲線是橫向紋理發育(紋理與酸液流動方向垂直)的酸蝕導流曲線，紅色曲線是縱向紋理發育的酸蝕導流曲線。從圖4中可以看出，在不同閉合應力時，交聯酸酸蝕裂縫導流能力明顯高于膠凝酸的酸蝕裂縫導流能力，交聯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力下仍然能夠保持很好的導流能力。同樣使用膠凝酸刻蝕，橫向紋理發育的酸蝕裂縫導流能力高于縱向紋理發育的酸蝕裂縫導流能力，分析主要原因是縱向紋理誘導酸液沿紋理流動，不容易形成寬的刻蝕溝槽。

圖5 純灰巖和含泥灰巖的交聯酸酸蝕裂縫刻蝕形態

2.6 巖性和溶蝕量對導流能力的影響

如圖5所示，純灰巖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流能力，而含泥灰巖實驗后形成了較窄的刻蝕溝槽和一些“點蝕坑”，這些點蝕坑在高閉合應力時導流能力會逐漸消失。圖6是相同實驗條件下不同應力時，酸蝕導流能力與溶蝕量的關系圖。如前所述，酸蝕導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影響較大，酸蝕導流能力與溶蝕量的相關性不強，且應力值越低，相關性越差。

圖6 導流能力和溶蝕量關系

3 酸壓工藝優化和應用實例

以塔里木油田碳酸鹽巖儲層為例，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力(最小地應力與井底流壓的差值)為20～50 MPa，儲層類型以縫、洞和基質溶蝕孔為主。考慮提高酸蝕裂縫導流能力的酸壓工藝優化措施有:①以井眼到儲集體距離和降低儲層溫度至90℃以內的雙重要求，優化前置液量，為酸液形成刻蝕溝槽提供溫度環境;②根據軟件模擬，兼顧縫長和導流能力，確定合理的酸液用量;③施工后期或溝通儲集體后降低施工排量或采用閉合酸化工藝;④根據巖性選擇酸壓工藝和酸液注入方式，純灰巖選擇前置液酸壓工藝，含泥灰巖選擇交聯酸與膠凝酸交替多級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、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流能力。

應用實例:A井酸壓井段為6125～6138 m，地層溫度為142℃，儲層類型為孔洞型－裂縫孔洞型，成像測井解釋為發育的天然裂縫，錄井巖性為泥晶灰巖。酸壓優化措施:大型前置液量降低儲層溫度和造縫;針對泥晶灰巖巖性，使用交聯酸與膠凝酸二級注入方式，提高酸蝕裂縫導流能力;天然裂縫走向與最大主應力方向一致，在頂替階段降低施工排量，提高縫口酸蝕裂縫導流能力。A井酸壓后計算酸蝕縫長約為108 m，裂縫導流能力為98.0×10－3～477.5 ×10－3μm2·m，酸壓后 6 mm 油嘴求產，油壓為31.98 MPa，日產油為216.42 m3/d，日產氣為58335 m3/d。

4 結論

(1)實驗表明，相同閉合應力條件下，高溫110℃時酸蝕裂縫導流能力較90℃時下降30% ～60%，因此高溫儲層酸壓需要優化前置液量，降低儲層溫度。

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

(3)根據酸蝕導流能力實驗結果，純灰巖選擇前置液酸壓工藝，含泥灰巖選擇交聯酸與膠凝酸交替多級注入和閉合酸化工藝。

［1］魏英杰，銀本才，張洪新，等.高溫井酸壓技術研究與應用［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.油藏增產措施［M］.3版.張保平，蔣闐，劉立云譯.北京:石油工業出版社，2002:402－403.

［3］龔明.計算酸壓裂縫導流能力的新模型［J］.天然氣工業，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層的網絡裂縫酸化技術［J］.大慶石油地質與開發，2011，30(4):101 －104.

［6］李年銀，趙立強，張倩，等.酸壓過程中酸蝕裂縫導流能力研究［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］蔣衛東，汪續剛，蔣建方，等.酸蝕裂縫導流能力模擬實驗研究［J］.鉆采工藝，1998，21(6):33－36.

［9］何春明，郭建春，劉超.變參數酸蝕裂縫導流能力實驗［J］. 大慶石油地質與開發，2013，32(1):137 －141.

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

［11］寇永強，謝桂學，樂小明，等.裂縫導流能力優化研究［J］.油氣地質與采收率，2002，9(5):40－41.

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