延長氣田碳酸鹽巖氣藏壓裂工藝優化研究

段國英，白勝偉，續靜

延長氣田碳酸鹽巖氣藏壓裂工藝優化研究

段國英，白勝偉，續靜

（陜西延長石油（集團）有限責任公司油氣勘探公司， 陜西 延安 716000）

延長氣田馬家溝組碳酸鹽巖氣藏具有較大的勘探開發前景，酸化壓裂將有效地提高單井產量，對氣藏的有效開發具有重要作用。從馬家溝組儲層基本特征著手，開展了酸化壓裂工藝的酸蝕裂縫導流能力評價及復雜壓裂裂縫的可行性研究，從稠化劑濃度、液氮用量、閉合酸用量、頂替液量等方面優化了酸化壓裂設計，形成一套適合馬家溝組儲層的酸化壓裂工藝體系。

酸化壓裂；儲層改造；碳酸鹽巖；馬家溝組；延長氣田

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組為典型的碳酸鹽巖風化殼儲層，長慶油田已進行了多年的勘探開發。近年來，延長氣田加大了對馬家溝組氣藏的勘探開發力度，在數百口井進行了酸壓試氣作業，取得了一系列應用成果，儲層改造效果得到了較好的改善，酸壓改造工藝水平也不斷提高[1-3]。然而，目前的改造試氣效果仍較難滿足商業開采要求，優化酸化壓裂工藝，仍是目前急需解決的問題。

1 儲層基本特征

馬家溝組是鄂爾多斯盆地重要的碳酸鹽巖儲層，其中主力碳酸鹽產層為發育于馬五段頂部的風化殼儲層。馬家溝組地層厚度一般為80～120 m，結合區域構造、沉積特征及巖性組合等，可將馬五段細分成10個產氣層，對應10個亞段，在絕大部分區域，主力產氣層以馬五13、馬五12、馬五14、馬五22和馬五41a為主[4-6]。其劃分依據主要有以下幾個方面：

1）奧陶系頂面（TC）：聲速曲線對這個層面的反映很明顯，為典型的速度界面，該頂面是地質時代界面，也是物理界面。

2）馬五2底界面（T014）：該界面上下地層巖性存在較大差異，分別為純白云巖段和石膏云巖、泥質白云巖段，聲速曲線差異大（速度上高下低），為典型的物性界面，在地震剖面上顯示出中弱-中強的反射波。

3）馬五13底界面（T012）：該界面特征與T014具有相似特征，上下地層巖性分別為純白云巖段和含泥質灰云巖、泥巖，其界面特征在常規地震剖面上差異性較小，但反演剖面特征明顯，是研究區重要的標志層。

馬家溝組巖性主要為白云巖、云質膏巖、膏巖夾云質泥巖和泥晶灰巖。有效儲層的巖心主要為灰巖和白云巖。根據巖心實驗分析，研究區儲層孔隙度、滲透率普遍較低，孔隙度多數低于4%，大部分集中在2%～3%之間；滲透率普遍較低，大部分低于0.1 mD，主要集中在0.001～0.1 mD之間，部分巖心由于存在明顯微裂縫或裂紋，滲透率較高，可達100 mD以上，微裂縫對滲透率貢獻較大。

2 碳酸鹽巖氣藏壓裂工藝研究

2.1 酸蝕裂縫導流能力評價

選取馬家溝組儲層巖心進行了4組酸蝕裂縫導流能力實驗，首先制備滿足實驗要求的巖板，然后進行酸液驅替實驗（一般采用鹽酸），酸液驅替中兩巖板距離7 mm，酸、巖接觸時間40～80 min，酸蝕完畢后取出巖心，觀測巖板表面刻蝕形狀，測量巖板質量變化，再后來進行導流能力測試，測試中有效閉合應力10～50 MPa。

根據實驗結果可知：研究區儲層具有較強的非均質性，實驗后裂縫具有明顯的腐蝕痕跡，且表面較粗糙，反應后巖板的質量損失大小和酸、巖接觸時間為明顯的正相關關系，鑒于巖板的屬性存在明顯差異性，因此損失質量和酸、巖接觸時間并非明顯的線性關系[7]。如圖1所示，時間不同，兩塊巖板質量損失不同，40、60及80 min的接觸時間，對應的質量損失分別為19、27和45 g。在不同閉合應力下，各組巖板導流能力具有如下特征（圖1）：閉合應力和導流能力在半對數坐標下為近似的直線，導流能力受閉合應力的影響較大，若閉合應力較低，導流能力可達上千D·cm，裂縫表面變形較小。酸、巖接觸時間影響巖容量，從而影響導流能力，40 MPa閉合應力下，40 min接觸時間下的導流能力只有10 D·cm；60 min接觸時間下的導流能力約20 D·cm，80 min接觸時間下導流能力約27 D·cm，40 min接觸時間稍短，裂縫中部酸巖接觸時間達到近60 min可保證較高導流能力。閉合應力45～50 MPa下，導流能力曲線有點彎曲，當閉合應力達到一定值，表面變形達到極限，巖板甚至壓碎，之后的導流能力隨閉合應力下降變慢，導流能力測試后的巖板照片顯示部分壓碎。

圖1 酸蝕裂縫導流能力隨酸巖接觸時間和隨閉合應力變化

2.2 形成復雜壓裂裂縫的可行性研究

采用數值模擬分析了復雜裂縫的控制因素，并開展目標儲層產生復雜裂縫的可行性研究。模擬結果表明[8-10]：當人工裂縫和天然裂縫夾角較小時，人工裂縫在較高的水平應力差下就能發生轉向，當夾角較大時，在較低的水平應力差小才能發生轉向，如15°夾角時，應力差5 MPa以下發生轉向；30°夾角時，應力差3 MPa以下發生轉向；而30°夾角時，應力差1 MPa以下發生轉向（圖2）。

目標儲層水平主應力差較大，高于5 MPa，抗張強度較大，人為生成復雜裂縫網絡條件較弱。但是，通過提高對天然裂縫的改造作用或人工裂縫連通更多天然裂縫，可增加井筒與儲層接觸面積，從而提高產能。從施工角度講，可通過暫堵天然裂縫，提高施工凈壓力，開啟更多天然裂縫，實現對更多天然裂縫的改造；通過降低酸巖反應速度、降濾，實現深穿透裂縫，增加連通天然裂縫的概率。

3 酸壓工藝優化設計

1）工藝選擇

將儲層劃分為三類：優、中、差，對于“優”類儲層，選擇可降解顆粒暫堵轉向酸壓工藝；對于“中”類儲層，選擇轉向酸暫堵轉向酸壓工藝；對于“差”類儲層，采用低傷害、深穿透酸壓工藝。

2）稠化劑濃度

稠化劑用量影響酸液黏度和破膠，溫度也影響黏度和破膠，目標各井儲層溫度各異，因此基于溫度確定液體稠化劑濃度[8]。稠化酸基本配方為：20% HCl+（0.4%～1%）BZC-1稠化劑（粉劑）+1% BZH高溫緩蝕劑+1% BZJ鐵離子穩定劑+0.5% MJZ助排劑+（0.5%～2%）BF529防膨劑。對于120 ℃地層，BZC-1稠化劑加量為0.7%；地層溫度110 ℃，BZC-1稠化劑加量為0.6%，地層溫度100 ℃ 為0.5%，地層溫度80 ℃為0.4%。

3）酸液用量、排量

基于射孔間的距離確定分壓還是合壓。如射孔間距大于10 m，或間隔5～10 m良好泥巖隔層，選擇分壓；分壓時，如中間無良好隔層，應控制排量（低于3 m3·min-1），避免壓穿兩層。如射孔間距小于10 m，且中間無良好泥巖隔層，選擇合壓，為同時壓開兩層，用較高排量，高于3 m3·min-1。

基于儲層厚度、隔層條件，確定酸液用量和排量[11-12]。對于裂縫延伸高度較大的儲層，如縫高25 m左右，酸液用量約270 m3，酸液排量3～3.5 m3·min-1；如用轉向酸暫堵酸壓工藝，三段稠化酸間隔兩段轉向酸，每段酸液約50 m3；如采用顆粒暫堵劑轉向酸壓工藝，稠化酸中間間隔兩段暫堵劑。對于裂縫高度15 m左右，酸液用量180 m3，排量約2.5 m3·min-1；如用轉向酸暫堵酸壓工藝，兩段稠化酸間隔一段轉向酸，每段酸液量約60 m3；如采用可降解顆粒暫堵酸壓工藝，稠化酸中間間隔一段暫堵劑[9]。

4）液氮用量

施工時，液氮用于降低酸液溫度，從而降低酸、巖反應速度；返排時，液氮體積膨脹，增加地層能量，提高返排。對于“優”和“中類”儲層，液氮用量推薦400 L·min-1。對于“差”類儲層，采用低傷害、深穿透酸壓工藝，不使用任何轉向劑，僅使用稠化酸，為、提高返排、降低酸巖反應速度，提高液氮用量至500 L·min-1。

5）閉合酸用量

基于裂縫延伸高度確定閉合酸用量，閉合酸用量推薦約1 m3·m-1裂縫高度，裂縫高度10多米時，閉合酸15 m3左右；裂縫高度25 m左右，閉合酸25～30 m3。為使裂縫閉合，在地面泵入閉合酸時，盡管井筒中還充滿稠化酸，降低排量至1～1.5 m3·min-1，使裂縫慢慢閉合，當閉合酸到達縫口時，裂縫閉合，閉合酸在裂縫閉合條件下進入裂縫，刻蝕裂縫表面，增加近井地帶酸蝕裂縫導流能力。

6）頂替液量

頂替液量以將井筒中的酸液頂入裂縫中為準，頂替液量直接由地層深度和注酸管柱決定，被頂替的液體為閉合酸，為保證頂替時裂縫閉合，頂替排量約1 m3·min-1。兩層分壓時，第一層頂替液用稠化酸，當第二次壓裂時，進入地層的是稠化酸而不是活性水，第二層壓裂頂替液為活性水。

7）防膨劑用量

基于改造層段黏土礦物含量確定是否添加防膨劑，如改造層段為較純碳酸鹽巖，不添加防膨劑，否則添加防膨劑，推薦BF529防膨劑，加量為0.5%～2%。

8）現場配液要求

現場配液是施工質量控制的重要環節，配液時，先將酸液用水稀釋，添加各種添加劑，再加入稠化劑，稠化劑需要15～20 min溶脹時間，稠化劑添加要均勻，慢慢添加，防止發生魚眼，要多次倒罐循環，直到稠化劑完全溶脹于酸液中，萬一出現分層現象，上層漂浮的稠化劑不要泵入地層。

4 結 論

1）馬家溝組馬五段是鄂爾多斯盆地重要的碳酸鹽巖儲層，儲層巖性主要為白云巖、云質膏巖、膏巖夾云質泥巖和泥晶灰巖。

2）基于酸蝕裂縫導流能力評價和形成復雜壓裂裂縫的可行性研究，明確了酸化壓裂的關鍵參數，為酸化壓裂設計優化提供指導作用。分別從工藝選擇、稠化劑濃度、酸液用量和排量、閉合酸用量、頂替液量、防膨劑用量以及現場配液要求優化了研究區酸化壓裂工藝。

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Optimization of Fracturing Technology for Carbonate Gas Reservoir in Yanchang Gas Field

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(Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd. Oil and Gas Exploration Company, Yan’an Shaanxi 716000, China)

Majiagou formation carbonate gas reservoir in Yanchang gas field has a great prospect of exploration and development. Acid fracturing will effectively improve the well production and play an important role in the effective development of gas reservoirs. Based on the basic characteristics of the Majiagou formation reservoir, the evaluation of acid fracture conductivity and the feasibility study of complex fracture were carried out. The acid fracturing design was optimized from the concentration of thickener, the amount of liquid nitrogen, the amount of closed acid and displacement fluid. A set of acid fracturing process system suitable for the Majiagou formation reservoir was formed.

Acid fracturing; Reservoir reconstruction; Carbonate rock; Majiagou formation; Yanchang gas field

2021-05-11

段國英（1986-），女，工程師，河北省邢臺市人，2009年畢業于西南石油大學資源勘查工程專業，研究方向：油氣田開發技術。

TE 357.2

A

1004-0935（2021）11-1688-04