膠凝酸閉合酸壓工藝技術(shù)在川西海相儲(chǔ)層改造中的應(yīng)用

譚福吉 楊亞峰

中石化西南石油工程公司井下作業(yè)分公司 四川德陽 618000

引言

中國海相碳酸鹽巖分布面積大，約占大陸沉積巖總面積的40%，其儲(chǔ)層天然氣含量約占我國天然氣資源總量的60%。川西海相碳酸鹽巖儲(chǔ)集層十分發(fā)育，中石化西南油氣分公司部署實(shí)施的川科1井的成功（86.8m3/d），證實(shí)了川西海相儲(chǔ)層具有極大的勘探開發(fā)潛力。為了進(jìn)一步擴(kuò)大該區(qū)天然氣勘探開發(fā)成果，為川西氣田尋找新的接替層系，中石化西南油氣分公司在該儲(chǔ)層新布了兩口探井XNS-1井和XOS-1井。通過對XNS-1井鉆后研究，預(yù)測該套儲(chǔ)層在整個(gè)川西探區(qū)發(fā)育區(qū)面積近8000平方公里，資源量近5000億立方米。但測試發(fā)現(xiàn)該區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，探井自然產(chǎn)能低，必須進(jìn)行儲(chǔ)層改造。因此，有必要對適應(yīng)于研究區(qū)的儲(chǔ)層改造工藝技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

一、儲(chǔ)層特征及改造面臨的問題

川西海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層大多低孔低滲，自然產(chǎn)能低，儲(chǔ)層改造主要面臨如下難題：①儲(chǔ)層主要為灰?guī)r、白云巖，酸巖反應(yīng)速度快難以達(dá)到深穿透目的；②儲(chǔ)層可能含有H2S酸腐蝕性氣體，且儲(chǔ)層埋藏深（5000m以上），高溫下增加了管柱腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)；③井深管柱摩阻大、酸液腐蝕大；④儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層，均勻改造難度大；⑤儲(chǔ)層多含水，規(guī)模太大易出水。

因此，應(yīng)優(yōu)選高溫抗腐蝕性能好的酸液配方以降低高溫下酸液對管柱的腐蝕，同時(shí)優(yōu)選酸巖反應(yīng)速度慢、降阻性能好的酸液配方體系，在優(yōu)化的酸液規(guī)模下盡可能溝通更大范圍的儲(chǔ)層和天然裂縫并增加酸蝕裂縫長度、達(dá)到深穿透目的。

二、酸液配方優(yōu)選級主要性能

通過對國內(nèi)外類似儲(chǔ)層壓裂用工作液的實(shí)驗(yàn)評價(jià)和分析以及元壩地區(qū)、川科1井的成功經(jīng)驗(yàn)，決定采用膠凝酸酸化工藝，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出配方為：鹽酸+膠凝劑+緩蝕劑+緩蝕增效劑+鐵穩(wěn)劑+助排劑＋增效劑

1.穩(wěn)定性

將酸液置于90℃下恒溫不同時(shí)間，觀察其穩(wěn)定性，試驗(yàn)表明酸液具有良好地穩(wěn)定性，溶液始終呈褐色均勻粘稠狀液體（120min），粘度變化不大。

2.綜合性能

參照相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對配方酸液的性能進(jìn)行了評價(jià)。表1為配方酸液綜合性能室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評價(jià)結(jié)果。

表1 膠凝酸綜合性能

由表1可以看出，酸液粘度、鐵離子穩(wěn)定能力、緩速率等性能均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；靜態(tài)腐蝕速率、動(dòng)態(tài)腐蝕速率分別為3.93g/m2.h、65g/m2.h均到達(dá)國家一級標(biāo)準(zhǔn)；且酸液表面張力低（28.15mN/m），酸液易于返排，能夠降低殘酸對儲(chǔ)層的傷害。因此，酸液的各項(xiàng)性能整體較好，符合施工要求，為大范圍的溝通儲(chǔ)層和天然裂縫以及增加酸蝕裂縫長度，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層深度酸壓創(chuàng)造了良好的條件。

3.緩蝕性能

采用掛片腐蝕法，對配方酸液和P110油管在140℃條件下進(jìn)行了酸液腐蝕實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2所示。

表2 酸液緩蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

從緩蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在140℃條件下酸液的腐蝕速率為32.74g/(m2.h)，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，滿足施工要求。

4.儲(chǔ)層巖屑酸溶蝕率

對該區(qū)兩口探井設(shè)計(jì)改造層段巖屑（80-200目）進(jìn)行了酸液溶蝕性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度90℃，酸巖反應(yīng)時(shí)間120min，液固比20:1，為降低實(shí)驗(yàn)誤差，每個(gè)層段的巖屑做4組實(shí)驗(yàn)取平均值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 孝深-1井巖屑酸溶蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，XNS-1井巖性為灰?guī)r、白云巖為主，溶蝕效果最好；XOS-1井5699-5706.5m層段巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，溶蝕效果稍差，5710.3-5724m層段巖性為白云巖、灰?guī)r，溶蝕效果較好；兩井采用鹽酸為主體的膠凝酸酸壓改造完全能滿足要求。

三、施工參數(shù)優(yōu)化

1.注酸排量優(yōu)化研究

施工排量與泵注壓力需盡量保證套管、油管、井口及地面高壓管匯等井下工具與地面設(shè)備的安全使用。在對改造層段施工排量與井口施工壓力預(yù)測計(jì)算時(shí)，通過模擬改造層段在不同吸酸壓力梯度，不同排量時(shí)的井口施工壓力，得出施工排量應(yīng)不大于4.0m3/min。再加上施工井為勘探井，未知的一些因素也決定了不宜采用高排量，所以最終優(yōu)化施工排量為1.0-4.0 m3/min。

2.酸蝕裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化

不同類型的儲(chǔ)層物性以及裂縫發(fā)育程度差別很大，所以儲(chǔ)層改造的目的也不相同。因此，針對這Ⅲ類儲(chǔ)層的改造目的、目標(biāo)，進(jìn)行了酸蝕縫長以及裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化研究，優(yōu)化結(jié)果如表4所示。

表4 酸蝕裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

3.酸壓規(guī)模選擇

儲(chǔ)層物性差，儲(chǔ)層改造獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵在于獲得更長的酸蝕裂縫，因此，應(yīng)適當(dāng)加大規(guī)模。但是考慮到儲(chǔ)層施工難度大，大部分儲(chǔ)層均為氣水同層或含氣水層，且施工井為勘探井，故而施工規(guī)模又不宜太大。結(jié)合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層改造所需裂縫長度，綜合考慮，膠凝酸閉合酸化規(guī)模為120～220m3，圖1為軟件模擬的XNS-1井雷口坡組酸壓規(guī)模與酸蝕縫長、動(dòng)態(tài)縫長關(guān)系圖。

圖1 XNS-1井雷口坡組酸壓規(guī)模與酸蝕縫長關(guān)系

4.助排措施

由于儲(chǔ)層改造層段低孔低滲，為實(shí)現(xiàn)改造井酸化改造后殘酸的快速返排，以降低儲(chǔ)層傷害，采用全程液氮伴注，同時(shí)在施工液體配方中加入了增效劑等強(qiáng)力助排的添加劑，若排液困難時(shí)采用液氮?dú)馀e或液氮吞吐等助排措施。

四、現(xiàn)場應(yīng)用與工藝評估

此工藝技術(shù)在新場-孝泉海相共進(jìn)行2井3層次的儲(chǔ)層改造施工（表5），改造井為孝泉構(gòu)造XOS-1井和新場構(gòu)造XNS-1井，XNS-1井獲得了高產(chǎn)工業(yè)氣流，取得重大勘探突破。

表5 新場-孝泉海相探井儲(chǔ)層改造概況

采用壓裂軟件對兩口勘探井進(jìn)行了壓后擬合分析，兩口井均為裂縫性儲(chǔ)層，由于都采用了酸巖反應(yīng)速度慢、降阻性能好的膠凝酸酸液配方體系，故最后獲得的酸蝕裂縫半長都較長，實(shí)現(xiàn)了對儲(chǔ)層的深度改造。

五、結(jié)論與建議

1.通過對儲(chǔ)層與相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀的分析研究，優(yōu)選出了改造工藝及酸液體系。并對酸液性能進(jìn)行了評價(jià)，對施工參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，初步形成了一套適合于新場-孝泉海相儲(chǔ)層改造的酸壓工藝技術(shù)，XNS-1井獲得了45.611×104m3/d的產(chǎn)量。

2.XNS-1井5587-5605m層段以及XOS-1井改造效果不理想說明施工參數(shù)、返排技術(shù)以及控水技術(shù)還需根據(jù)層段特征進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化研究。

3.針對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層根據(jù)改造目的、目標(biāo)對酸蝕縫長及裂縫導(dǎo)流能力進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，初步形成了針對這些儲(chǔ)層進(jìn)行改造的壓裂優(yōu)化思路。為了均勻布酸，建議在今后的技術(shù)優(yōu)化中進(jìn)行暫堵技術(shù)研究。

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