川西雷口坡組儲層酸蝕裂縫導流能力研究

解修權，焦國盈，羅 雄，孟 偉

（重慶科技學院石油工程學院，重慶 401331）

在開采碳酸鹽巖儲層中，酸壓是開采過程中的一個重要階段，酸壓效果的好壞對后續產量有直接影響。而評價酸壓效果好壞的指標，就是看其產生的裂縫導流能力的大小。川西雷口坡組具有復雜的巖性及孔隙結構、強非均質性[1]。因此在酸壓工作中需要考慮的條件較為復雜，酸壓難度大。通過利用現場井下巖芯，模擬儲層條件，測定不同酸液與巖芯的酸蝕前后裂縫導流能力，優選適合于現場的酸液液體體系和酸液配方。

1 實驗裝置和材料

本次實驗選擇的實驗設備為DL-2000 型導流儀，其主要分為供液系統、API標準導流室、液壓控制系統和測量系統四部分。

實驗材料包括16個直徑為2.5cm的川西雷口坡組標準巖芯以及濃度皆為20%的膠凝酸和微乳酸，微乳酸和膠凝酸的酸液配比分別為：

膠凝酸：0.8% 膠凝劑+5.5%緩蝕劑（A∶B=4∶1）+1%助排劑+20%HCl；

微乳酸：主表面活性劑∶鄰苯二甲酸氫鉀=12∶1，助表面活性劑∶主表面活性劑=1∶1，主表面活性劑∶柴油=1∶2。

2 實驗原理

當測試液流過人工裂縫時，記錄壓差和液體流量，采用下式計算酸蝕裂縫導流能力：

式中：wfKf——酸蝕裂縫導流能力，μm2·cm；

Q——排量，mL/s；

μ——粘度，mPa·s；

L——縫長，cm；

ΔP——壓差，Pa；

W——裂縫面寬度，cm。

3 實驗方案（見表1）

表1 酸蝕裂縫導流能力測定

4 實驗步驟

按如下流程有序組織實驗：

（1）實驗準備。

①取?25mm的巖芯，對其沿過酸方向劈裂，經此處理后用激光掃描裂縫面，后續按照“烘干→照相→稱重”的方式依次操作。

②向夾持器內穩定放置巖芯，此舉的目的在于測定未酸蝕的導流特性。

③制備酸液，將其裝入酸罐容器內，并向其中摻入適量的鹽水。

（2）實驗操作要點。

①于巖芯周邊均勻涂抹密封膠，將其穩定粘在過流裝置處，進而將其置入夾持器內。

②按設計規范將氣瓶、中間容器、夾持器、儲酸桶四大裝置連接于一體，將溫控設備連接至導流室，加溫以使得地層溫度達到150℃，并保持該狀態15min；滿足時間要求后，開啟水罐容器閥門以及氣瓶，注入適量的清水，用于清理巖芯裂縫；此后，關閉水罐容器的閥門，并開啟酸罐容器的閥門，根據要求靈活調整酸液的流速，直至滿足設計要求為止。

③營造2.5MPa的圍壓，在此條件下閉合酸化。

④從夾持器內取出巖芯，在完成“清洗、烘干、照相、稱重”操作后，確定上、下巖芯在經過酸蝕后各自的實際重量，并詳細記錄信息；對巖芯裂縫表面做詳細的觀察，用三維激光掃描，準確掌握其實際情況。

⑤再次將巖芯置于夾持器內，此時的目的在于測定兩個流量的平均酸蝕裂縫導流能力，為保證測試結果的準確性，全程閉合壓力宜穩定在10～30MPa。

⑥取出巖芯，依然按照“④”的流程操作，準確掌握巖石裂縫表面的實際特點。

（3）實驗數據測定。

①引入的是三維激光掃描的方法，觀察酸蝕裂縫面。

②基于所得數據展開計算，定量分析酸蝕裂縫的導流能力。

5 實驗結果分析

（1）膠凝酸測試。利用9 號巖芯，測定了膠凝酸酸化前后導流能力的變化，結果見表2和圖1。

表2 導流能力測試結果（9號巖芯，20%膠凝酸，10mL/min，150℃）

從實驗數據可以看出，當閉合壓力為5MPa時，不管是否經過酸蝕處理，裂縫導流能力都為最大值。酸蝕前，對應的流量為2.5mL/min 和5.0mL/min 導流能力分別為39.5 和40.5；酸蝕后，分別為173.8 和175.53。發現高流量時的導流能力要稍高于低流量下的裂縫導流能力，但是變化幅度不明顯，在經過酸蝕處理后流量的不同造成的導流能力變化幅度相較于酸蝕前稍有增大。這是因為經過酸蝕處理后，裂縫自身的導流能力得到了提升，因此放大了流量差異造成的導流能力變化幅度。當閉合壓力增加到最大值30MPa時，導流能力達到最小值。酸蝕前分別為13.1和14.3；酸蝕后分別為115.0和117.89。這是因為隨著閉合壓力的增加，裂縫被逐漸壓實，裂縫寬度隨著閉合壓力的增加不斷變小，自然導流能力也會隨之降低[2]。通過對比計算，不管流量是2.5mL/min 還是5.0mL/min，閉合壓力為5MPa時酸蝕前后裂縫導流能力變化最大。并且隨著閉合壓力的增大，酸蝕前后導流能力的變化程度不斷減小。因為當閉合壓力處在最小值時，裂縫所受的壓實作用也最輕，孔道處于最寬松狀態，因此導流能力最好，經過酸蝕處理后導流能力的可提升效果也最好[3]。隨著閉合壓力的增加，裂縫被逐漸壓實，孔道不斷縮窄，流體流通的橫截面積不斷減小，在這種情況下即使經過酸蝕處理導流能力也無法再取得較大幅度的變化。

通過9號巖芯的表面形態和激光掃描可以看出，實驗用巖樣——川西雷口坡組碳酸鹽巖主要以白云巖和灰巖為主，具有復雜的巖性和孔隙結構，孔隙度和滲透率都較低，在掃描圖上體現為巖石表面十分不平整，酸蝕后表面變得較為平整，說明膠凝酸的刻蝕程度較高；形成了比較明顯的溝槽，使得裂縫導流能力得到了提高。

將酸化時的流量增加一倍，處理2 號巖芯，測定酸化前后巖芯導流能力的變化，結果見表3和圖2。

表3 導流能力測試結果（2號巖芯，20%膠凝酸，20mL/min，150℃）

將酸化時的流量增加到20mL/min后，可以發現所有的導流能力數值都發生了較大幅度下降。對應著2.5mL/min 和5mL/min 的流量，閉合壓力為5MPa 時導流能力仍為最高，酸蝕前分別為9.81 和10.73；酸蝕后分別為101.45 和103.89。當閉合壓力逐漸升高到30MPa，裂縫導流能力也逐漸降低到最低，酸蝕前為2.46 和2.74；酸蝕后為22.78 和22.85。比較膠凝酸在10mL/min 和20mL/min 的酸化流量下測得的酸蝕裂縫導流能力，發現在閉合壓力、是否經過酸蝕處理等變量一致的情況下，高流量下的酸蝕裂縫導流能力比低流量下的小，這是由于隨著流量增大，流動阻力也隨之增大，導致會有更多的反應殘留物和從儲層骨架脫離的小顆粒巖屑堵塞孔道，導致孔道孔隙度不斷減小，進而造成導流能力持續降低[4]。

（2）微乳酸測試。微乳酸在10mL/min酸化流量下測的酸蝕裂縫導流能力見表4和圖3。

表4 導流能力測試結果（4號巖芯，20%微乳酸，10mL/min，150℃）

從圖3 可以看出，相比于上面的膠凝酸實驗組，該組取得的裂縫導流能力大幅降低。流量在2.5mL/min和5mL/min 時最高僅為1.98 和2.08，最低達到了0.41和0.57。經過酸蝕后導流能力雖然得到提升但提升依然不大。微乳酸在20mL/min 酸化流量下測的酸蝕裂縫導流能力見表5和圖4、圖5。

表5 導流能力測試結果（1號巖芯，20%微乳酸，20mL/min，150℃）

將酸化流量增加到20mL/min后，可以發現在相同閉合壓力和流量的條件下，酸蝕前的裂縫導流能力有些許上升。但是將兩組微乳酸組同兩組膠凝酸組對比后發現，通過對比膠凝酸組和微乳酸組的裂縫導流能力后可以看出，膠凝酸組的酸化效果更好。這是因為在膠凝酸中添加了膠凝劑，使得膠凝酸粘度變大，流速變慢，與儲層接觸反應的時間變長，增強了酸化效果。而且川西雷口坡組巖石主要以白云巖、灰巖為主，巖石的礦物組分中含有方解石，膠凝酸在酸化過程中對方解石的溶蝕效果較好，進而巖石平均抗壓強度、平均抗拉強度和彈性模量都有降低，導致巖石破裂形成裂縫[5]。這也是造成膠凝酸酸化效果更好的原因。不管酸蝕前的導流能力兩組相差較大亦或者相差不大，經過酸蝕后微乳酸組取得的導流能力都遠小于膠凝酸組的導流能力。

6 結論

（1）川西雷口坡組巖石具有復雜的巖性及孔隙結構和強非均質性，巖石主要是白云巖和灰巖，平均孔隙度低，平均孔徑較小。對比酸液體系可以發現，使用膠凝酸的實驗組酸蝕作用效果更好，酸蝕前后裂縫導流能力變化幅度大于使用微乳酸的實驗組。

（2）通過四組對比實驗中的閉合壓力變化效果可以看出，閉合壓力增加，由于巖石所受的壓實作用增強，裂縫寬度不斷變小，導致裂縫導流能力降低，即使經過酸化處理后導流能力稍有增加但是依然處于較低水平。因此在實際現場開采中，需要對儲層閉合壓力有所控制。

（3）酸化流量的變化對導流能力的影響不是線性的，在實驗中膠凝酸組隨著酸化流量的增加導流能力也隨之增加。然而在微乳酸組中導流能力和酸化流量卻呈反比關系。

（4）流量的增加會使裂縫導流能力也增加，但是變化幅度不明顯，因此會出現雖然酸蝕前和酸蝕后的導流能力都得到了增加但是高流量組中的導流能力的變化幅度不如低流量組中裂縫導流能力變化幅度大的情況。