致密砂巖氣藏前置酸壓裂技術(shù)應(yīng)用研究

唐勤

（中石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006）

致密砂巖氣藏前置酸壓裂技術(shù)應(yīng)用研究

唐勤

（中石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006）

大牛地氣田經(jīng)過多年的開發(fā)，目前開發(fā)區(qū)的儲層物性條件越來越差，常規(guī)加砂壓裂技術(shù)有效動用儲層的難度越來越大。本文針對大牛地氣田致密砂巖氣藏低孔、低滲、低壓，黏土礦物含量高的特點(diǎn)，通過前置酸酸液與巖石之間的相互化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究，結(jié)合現(xiàn)有壓裂技術(shù)對其在致密砂巖氣藏壓裂中的可行性展開研究，初步形成了一套前置酸壓裂技術(shù)方法。現(xiàn)場試驗(yàn)表明，該項(xiàng)技術(shù)增產(chǎn)效果顯著，具有較好的應(yīng)用前景。

大牛地氣田；致密砂巖氣藏；黏土礦物；前置酸壓裂

目前常規(guī)加砂壓裂技術(shù)主要采用高黏壓裂液體必然存在壓裂液破膠不徹底對儲層和支撐裂縫的傷害，且破膠后的流體進(jìn)入孔喉對儲層造成二次傷害。前置酸壓裂技術(shù)將酸化處理技術(shù)與加砂壓裂技術(shù)相結(jié)合，通過前置酸（納米酸化液）進(jìn)入細(xì)小孔喉，溶蝕填隙礦物溝通孔縫，提高單井的泄氣體積，同時酸液溶蝕礦物也降低了壓裂時的破裂壓力；返排時殘酸可以解決支撐縫內(nèi)壓裂液破膠不徹底，殘渣傷害大等問題，減小壓裂液對儲層的傷害。謝小蓉、劉蜀知等[1]通過酸巖反應(yīng)微觀分析，表明酸巖反應(yīng)通過改善巖石物性參數(shù)，改變巖石力學(xué)性質(zhì)，溶解鈣質(zhì)、泥質(zhì)和長石等易溶礦物，溝通孔縫，同時單位巖體內(nèi)礦物含量降低，導(dǎo)致巖石有效受壓承載面積減小，強(qiáng)度降低，降低破裂壓力。劉紅現(xiàn)、王文東和趙立強(qiáng)等[2-5]研究表明，由于前置酸與儲層礦物反應(yīng)，能夠有效抑制黏土膨脹和微粒運(yùn)移，酸液中的表面活性劑能夠有效降低水鎖傷害，并且能夠促使壓裂液破膠，清洗支撐裂縫。

1 氣田概況

大牛地氣田位于陜西省榆林市與內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯交界地區(qū)，構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部東段，區(qū)內(nèi)構(gòu)造、斷裂不發(fā)育,埋深約2 400 m～2 900 m，自上而下發(fā)育有盒3、盒2、盒1、山2、山1、太2和太1七套氣層。氣田儲層物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)，孔隙度值主要分布在2%～10%，平均值為7.45%；滲透率主要分布在（0.01～1）×10-3μm2，平均值為0.47×10-3μm2，平均壓力系數(shù)為0.84～0.95，為典型的致密低滲砂巖儲層。氣藏孔隙類型有粒間孔、次生溶孔、晶間微孔和微裂縫，其中粒間孔和次生溶孔為主要的孔隙類型，喉道多以片狀和彎片狀為主。主要的黏土礦物類型有伊利石、高嶺石、綠泥石以及伊/蒙間層礦物，伊利石和高嶺石相對含量最高，綠泥石次之，伊/蒙間層礦物相對含量最低。隨著開發(fā)的不斷深入，儲層物性、砂體厚度、含氣飽和度以及地層壓力都呈現(xiàn)明顯下降的趨勢，常規(guī)加砂壓裂技術(shù)有效動用儲層的難度越來越大。

2 前置酸改善壓裂效果評價研究

以氣田盒1、山2儲層為研究對象，其中盒1儲層平均孔隙度8.23%，平均滲透率0.43×10-3μm2，山2儲層平均孔隙度8.06%，平均滲透率0.45×10-3μm（2見表1），物性較差，儲層填隙物含量較高，填隙物包括水云母、綠泥石、高嶺石、石英、菱鐵礦、方解石（見表2），外來流體的進(jìn)入容易導(dǎo)致微粒的運(yùn)移，造成儲層傷害影響氣井產(chǎn)能。

采用SEM微觀分析、毛管流動孔隙結(jié)構(gòu)儀、原子力顯微鏡、比表面儀、紅外光譜儀等試驗(yàn)手段，在促進(jìn)壓裂液破膠、減少黏土膨脹和運(yùn)移、清洗基質(zhì)孔隙及支撐裂縫等方面，對優(yōu)選的一套前置酸體系（有機(jī)酸）開展前置酸改善壓裂效果評價研究。

2.1 溶解溶蝕填隙礦物，溝通孔喉

采用電鏡掃描結(jié)合X衍射定量分析巖石巖心中各種礦物的組成，靜態(tài)觀察巖心內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以很直觀的了解酸與礦物反應(yīng)后的情況（見表3）。

從表3、表4、圖1結(jié)果可以看出：反應(yīng)后黏土礦物絕對含量大量降低。方解石全部被溶解掉，綠泥石、伊利石、伊/蒙間層僅剩下小部分，反應(yīng)后黏土礦物以高嶺石為主，大部分造成儲層敏感的礦物被反應(yīng)消耗掉。

表1 大牛地氣田儲層物性參數(shù)統(tǒng)計表

表2 大牛地氣田儲層黏土礦物相對含量

表3 過酸前后巖心XRD分析結(jié)果（全巖分析）

表4 過酸前后巖心XRD分析結(jié)果（黏土礦物分析）

圖1 黏土礦物溶蝕前后掃描電鏡圖

圖2 巖心酸化前孔喉分布直方圖

圖3 巖心酸化后孔喉分布直方圖

通過對巖心進(jìn)行酸化前后微觀驅(qū)替試驗(yàn)研究，以定量描述酸化前后有效孔喉分布，對比酸化前后巖石孔喉結(jié)構(gòu)的變化，從微觀角度評價酸化效果。經(jīng)過酸處理后，酸液溶解了孔喉中的充填物和部分巖石骨架，巖心的有效孔喉數(shù)目和直徑均得到增加，顯然酸化起到了提高巖心滲透率的作用（見圖2、圖3）。

2.2 促破膠，降殘渣，減小傷害

硼酸根離子在壓裂液中主要起交聯(lián)作用，硼酸根的含量決定壓裂液的交聯(lián)程度。根據(jù)化學(xué)平衡移動原理，只要降低壓裂液的pH值，就可以使其反應(yīng)方向向左進(jìn)行，交聯(lián)程度得到控制。在前置酸壓裂施工結(jié)束后，酸液開始返排造成壓裂液pH值降低，使得壓裂液中硼酸根的濃度降低，從而實(shí)現(xiàn)壓裂液的非降解性破膠。

圖4 壓裂液遇酸前后微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

表5 有機(jī)酸殘酸對支撐裂縫清洗試驗(yàn)結(jié)果

圖5 裂縫清洗試驗(yàn)結(jié)果

通過原子力顯微鏡觀察酸液對壓裂液微觀結(jié)果的變化（見圖4），從而酸液對壓裂液性能的影響。從圖4可以看出加酸后壓裂液中分子明顯變少，說明酸液能較好的減少壓裂液對儲層的傷害。從分子尺寸數(shù)據(jù)看出，酸后壓裂液分子數(shù)量以及尺寸都變小了。

用基液測人造巖心滲透率；再注入交聯(lián)后的壓裂液；待壓裂液破膠后用基液測人造巖心滲透率；注入殘酸；用基液測人造巖心滲透率，評價殘酸對滲透率的改善程度，滲透率提高率達(dá)到30.2%，效果顯著（見表5、圖5）。

3 前置酸壓裂技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)

前置酸壓裂典型泵注程序?yàn)椋核嵋骸綦x液→壓裂液→攜砂液→頂替液（見圖6）。研究表明由于前置酸壓裂施工時間較長，要求前置酸液具有極強(qiáng)的緩速性能和防垢抑垢性能，一般采用多氫酸、氟硼酸或有機(jī)酸等緩速酸液體系，使其在壓裂施工結(jié)束后仍能保持一定的活性以解除壓裂液傷害。

通過室內(nèi)評價，初步形成了一套前置酸壓裂工藝技術(shù)做法：

（1）綜合考慮儲層孔喉結(jié)構(gòu)、礦物成分、氣層溫度和壓裂液類型，優(yōu)選酸液配方；

（2）中等排量注酸，延緩酸巖反應(yīng)時間，確保殘酸濃度，降低施工壓力，提高近井地帶裂縫酸液處理深度；

（3）注入隔離液，避免壓裂液提前破膠；

（4）優(yōu)化破膠劑加入方式和用量，確保不同階段壓裂液徹底破膠；

（5）縮短關(guān)井時間，確保殘酸濃度，控制放噴排液，充分利用返排殘酸的降解作用。

圖6 前置酸壓工藝施工流程

目前，該技術(shù)在致密砂巖氣藏開展了現(xiàn)場試驗(yàn)，取得了良好的改造效果，主要施工層位為盒1、山1、山2；加砂量25 m3～35 m3、砂比21%～29%。前置酸用量一般在5 m3～10 m3，單井平均無阻流量2.01×104m3/d，施工成功率100%（見表6），證明該項(xiàng)技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景。

表6 X井區(qū)前置酸壓裂主要施工參數(shù)及效果統(tǒng)計表

4 結(jié)語

（1）前置酸在致密砂巖氣藏壓裂技術(shù)中的應(yīng)用結(jié)合了水力壓裂和基質(zhì)酸化的優(yōu)勢，室內(nèi)試驗(yàn)表明，可大大改善裂縫附近地層的滲透性，抑制黏土礦物膨脹的作用；且殘酸在返排階段可溶解部分壓裂液濾餅和裂縫壁面殘膠，提高破膠程度和清洗支撐裂縫。

（2）現(xiàn)場試驗(yàn)表明，該項(xiàng)技術(shù)增產(chǎn)效果顯著，具有較好的應(yīng)用前景。

［1］ 謝小蓉，等．酸化過程降低破裂壓力微觀機(jī)理分析［J］．天然氣勘探與開發(fā)，2008，31（3）:67-70.

［2］ 趙立強(qiáng)，李年銀，劉平禮，等．前置酸酸液體系優(yōu)化［R］．四川成都：西南石油大學(xué)，2011.

［3］ 劉紅現(xiàn)，等．前置酸改善水力壓裂效果機(jī)理分析［J］．石油與天然氣學(xué)報（江漢石油學(xué)報），2008，30（1）：332-334.

［4］ 王文東，趙立強(qiáng)，等．酸化加砂壓裂復(fù)合增產(chǎn)技術(shù)［J］．?dāng)鄩K油氣田，2009，16（5）：113-115.

［5］ 趙立強(qiáng)，任書泉．砂巖多層油藏基質(zhì)酸化效果預(yù)測［J］．石油鉆采工藝，1991，10（2）：53-62.

Application study of pre-acid fracturing technology for tight sandstone gas reservoir

TANG Qin
（Research Institute of Engineering Technology of Sinopec North China Branch，Zhengzhou Henan 450006，China）

After many years of development，the reservoir physical condition of development area of Daniudi gasfield is getting worse and worse,to develop reservoir effectively with conventional sand fracturing technology is more and more difficult.According to the characteristics of the tight sandstone gas reservoir in Daniudi gasfield such as low porosity,low permeability,low pressure and high clay mineral content,a set of pre-fracturing technology is formed with study on the mechanism of chemical reaction between lead acid and rock and study on the feasibility of fracturing in tight sandstone gas reservoir with existing fracturing technology.It shows a good application prospects and remarkable effect on increasing gas production by tests of using this technology in the field test.

Daniudi gasfield；tight sandstone gas reservoir；clay mineral；pre-acid fracturing

TE357.13

A

1673-5285（2017）05-0038-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.05.009

2017－04-26

國家科技重大專項(xiàng)“低豐度致密低滲油氣藏開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”，項(xiàng)目編號：2016ZX05048。

唐勤，女（1989-），四川營山人，西南石油大學(xué)本科，助理工程師，研究方向?yàn)橹旅艿蜐B油氣田油田化學(xué)工藝技術(shù)。