川東南茅口組泥灰?guī)r復(fù)合酸壓技術(shù)

劉煒

（中國石化江漢油田分公司石油工程技術(shù)研究院,武漢 430035）

川東南地區(qū)茅口組巖性復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)、裂縫發(fā)育情況差異大。酸壓和加砂壓裂是目前灰?guī)r儲層改造的主要技術(shù)，酸蝕有效縫長和酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的大小是影響酸壓效果的主要因素，對于泥灰?guī)r儲層，由于其巖性復(fù)雜，常規(guī)酸壓改造體積受限、酸蝕裂縫導(dǎo)流能力保持有效期短[1-8]，加砂壓裂可有效提高支撐導(dǎo)流能力，但壓裂液與儲層難以發(fā)生溶巖反應(yīng)，很難溝通主裂縫周圍有利儲集體。目前，加砂酸壓技術(shù)日趨成熟[9-12]，主要通過交聯(lián)酸（凍膠酸）攜帶支撐劑實(shí)現(xiàn)酸攜砂，但由于交聯(lián)酸摩阻較高且破膠困難，無法滿足不同裂縫區(qū)域的有效支撐，存在儲層傷害及裂縫體積難以滿足縫控儲量的難題。復(fù)合酸壓技術(shù)是針對泥灰?guī)r儲層改造形成的新技術(shù)，既形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)裂縫，又保證在不同尺度網(wǎng)絡(luò)裂縫內(nèi)有效鋪置支撐劑，結(jié)合清潔酸有利于提升施工排量和降低儲層傷害的特點(diǎn)，對中場裂縫壁面形成的酸刻蝕通道，全面提高裂縫網(wǎng)絡(luò)的滲流能力。筆者開展復(fù)合酸壓工藝技術(shù)研究及低傷害清潔酸體系配方研選，并在FM1HF 井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，探索了配套工藝技術(shù)，驗(yàn)證了該項(xiàng)技術(shù)在泥灰?guī)r氣藏中的應(yīng)用可行性，對國內(nèi)類似儲層改造提供良好的借鑒。

1 川東南區(qū)塊茅口組儲層地質(zhì)特征

川東南區(qū)塊主體位于四川盆地川東背斜褶皺帶，主要開發(fā)的層位為五峰—龍馬溪組，但在志留系天然氣勘探開發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)多口井在茅口組鉆遇氣測異常。通過在茅口組部署探井（FM1HF井）并進(jìn)行取心研究，獲取該區(qū)塊茅口組儲層地質(zhì)特征。

1）巖石特征。茅口組儲層茅一段埋深淺，主體區(qū)底界深度在1000～2500 m 之間，劃分為5 個小層，基質(zhì)滲透率平均0.25 mD，TOC 平均為0.74%，孔隙度平均為1.86%，裂縫不發(fā)育，實(shí)測含氣量平均為1.327 m3/t，含氣飽和度平均為58.2%，為低孔、低滲致密儲層；整體巖性為泥質(zhì)灰?guī)r夾眼球狀灰?guī)r為主，其中眼球與眼皮交互出現(xiàn)，“眼球”以灰色灰?guī)r為主，眼皮主體以含泥灰?guī)r為主，含泥較重；礦物成分以方解石為主，其次是滑石、石英和黏土礦物，含少量黃鐵礦；通過巖心觀察、成像測井發(fā)現(xiàn)FM1HF 井儲層茅一下段構(gòu)造縫不發(fā)育，局部層理縫相對較發(fā)育，鉆井過程中無漏失情況，表明裂縫不發(fā)育。

2）礦物特征。通過巖心全巖X 衍射測試分析表明，茅口組茅一下段脆性礦物含量較高，平均為85.0%，其中方解石平均為74.5%，白云石平均為5.4%，石英平均為5.0%，底板棲霞組為淺灰色泥質(zhì)灰?guī)r，頂板為茅一上段塊狀灰?guī)r，巖心敏感性分析表明為極強(qiáng)水敏（水敏指數(shù)為0.96），但無酸敏（酸敏指數(shù)為-0.31）。

3）流體特征。茅口組儲層流體以甲烷為主。天然氣分析結(jié)果表明，甲烷含量高（96.46%～98.33%），干燥系數(shù)大，不含-微含H2S（0～0.011 g/m3）。

4）溫壓特征。茅口組儲層為常溫常壓氣藏。其中地溫梯度為2.09 ℃/100 m，計(jì)算地層溫度為42.25 ℃；地層壓力系數(shù)為1.28，計(jì)算地層壓力為15.8 MPa。

根據(jù)上述綜合分析評價(jià)，茅口組泥灰?guī)r儲層埋藏較淺，低孔特低滲、敏感性礦物含量高、裂縫不發(fā)育，為溝通天然裂縫形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，增大泄氣面積，提高單井產(chǎn)能，宜采用水平井分段酸壓+加砂改造工藝。

2 復(fù)合酸壓工藝關(guān)鍵技術(shù)

2.1 復(fù)合酸壓工藝參數(shù)優(yōu)化

針對川東南區(qū)塊茅口組不發(fā)育的基質(zhì)儲層，考慮泥灰?guī)r巖性及礦物含量等影響，結(jié)合泥灰?guī)r儲層改造現(xiàn)狀情況，明確了“擴(kuò)大儲層改造體積+刻蝕提升裂縫導(dǎo)流能力+降低儲層傷害程度”為目標(biāo)，基于儲層敏感傷害及成縫機(jī)理分析，確定主體改造工藝為：多簇限流射孔+滑溜水加砂+清潔酸刻蝕復(fù)合改造工藝。結(jié)合儲層非均質(zhì)性，優(yōu)化分段射孔位置，增加人工裂縫密度。初期通過滑溜水?dāng)y小粒徑支撐劑大規(guī)模加砂壓裂，溝通更多的天然裂縫并進(jìn)行填充，擴(kuò)大縫控儲量；再利用清潔酸刻蝕裂縫壁面，提升裂縫有效程度和導(dǎo)流能力，強(qiáng)化滲流通道；最后通過滑溜水?dāng)y大粒徑支撐劑對近井進(jìn)行強(qiáng)化支撐，提高近井裂縫導(dǎo)流能力。

2.1.1 裂縫間距優(yōu)化

針對川東南區(qū)塊茅口組儲層裂縫不發(fā)育的特征，結(jié)合巖石力學(xué)參數(shù)結(jié)果，采用密切割射孔增加人工裂縫密度，實(shí)現(xiàn)水平井筒體積改造。通過模擬該區(qū)塊茅口組儲層水平應(yīng)力差為4.6 MPa、楊氏模量為15.12 GPa、泊松比為0.13 時，得到在不同裂縫間距條件下的縫間誘導(dǎo)應(yīng)力見表1。可知，隨著裂縫間距的減小，誘導(dǎo)應(yīng)力呈增大趨勢，當(dāng)裂縫間距小于15 m 時，可以實(shí)現(xiàn)裂縫之間的誘導(dǎo)應(yīng)力大于水平應(yīng)力差，利于裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向或使天然裂縫開啟，因此裂縫間距優(yōu)化為10～15 m。

表1 不同裂縫間距下縫間的誘導(dǎo)應(yīng)力

2.1.2 施工規(guī)模優(yōu)化

為確保儲層充分改造，利用MEYER 軟件模擬了不同施工規(guī)模下的裂縫參數(shù)，結(jié)果如表2 所示。由表2 可以看出，縫長、縫高隨總液量的增大而增大，當(dāng)總液量1400～2000 m3時，模擬半縫長為185～205 m，縫高為18.6～20.5 m，滿足裂縫幾何參數(shù)要求。結(jié)合復(fù)雜山地環(huán)境備水能力、井場條件等因素，優(yōu)化單段液量1600～1800 m3。

表2 不同施工規(guī)模下的裂縫參數(shù)對比

2.1.3 措施液配比優(yōu)化

結(jié)合復(fù)合酸壓施工工藝需求，通過模擬不同滑溜水和清潔酸配比下酸蝕距離和裂縫高度，優(yōu)化滑溜水和清潔酸的最佳配比，結(jié)果見表3。可知，隨著清潔酸占比的增加，酸蝕距離和縫高呈增大趨勢，結(jié)合酸蝕裂縫刻蝕及措施成本需求，優(yōu)化單段滑溜水與清潔酸配比為6∶4，酸蝕距離73.2 m，可實(shí)現(xiàn)裂縫壁面的刻蝕，提升裂縫導(dǎo)流能力，強(qiáng)化滲流通道。

表3 不同措施液配比下的酸蝕距離

2.2 清潔酸體系配方優(yōu)化

研究的復(fù)合酸壓工藝主要包括滑溜水和清潔酸2 種體系，其中滑溜水體系較為成熟，而清潔酸體系主要解決傳統(tǒng)交聯(lián)酸及膠凝酸摩阻較高、破膠困難和存在儲層傷害等問題。針對川東南區(qū)塊茅口組泥灰?guī)r巖性礦物特征，結(jié)合大排量復(fù)合酸壓工藝需求，以滿足低摩阻、高導(dǎo)流、低傷害為目標(biāo)，開展核心主劑即清潔稠化劑研選及濃度優(yōu)化，研發(fā)出滿足酸蝕裂縫及酸性條件下降阻性能要求的清潔稠化劑，形成清潔酸體系配方。

2.2.1 清潔稠化劑優(yōu)選

在大排量酸壓施工過程中，酸液體系摩阻對施工排量的提升尤為關(guān)鍵，要求酸液體系既具有緩速性能同時又具有降阻性能。在25 ℃下，考察了加量為0.1%的不同類型清潔稠化劑溶于20%HCl 中的性能，結(jié)果如表4 所示。

表4 0.1%加量下不同清潔稠化劑的性能對比

由表4 可知，不同清潔稠化劑性能有一定差異，部分樣品剪切黏度較低，酸巖反應(yīng)速度較快，難以滿足酸蝕裂縫需求，YH5、JY2、VT302樣品在20%HCl 溶液中降阻率在60%以上，能夠滿足酸性條件下降阻性能要求。綜合剪切黏度、降阻率及酸巖反應(yīng)速度需求，0.1%JY2 的剪切黏度為6.5 mPa·s，酸巖反應(yīng)速度為3.522×10-6mol/（cm2·s），能在保證酸蝕裂縫壁面的同時，降低面容比，延緩酸液反應(yīng)速率，提高酸蝕裂縫距離；降阻率為63.2%，保證了清潔酸體系的降阻性能，滿足大排量下酸壓施工需求，因此優(yōu)選JY2 作為清潔稠化劑。

2.2.2 清潔稠化劑濃度優(yōu)化

在20%HCl 中分別加入0.05%、0.10%、0.15%清潔稠化劑，其降阻率見圖1。可知，隨著排量的提升，不同濃度清潔稠化劑在20%HCl 中溶解后的溶液的降阻率先升高后趨于平穩(wěn)，穩(wěn)定降阻率分別為62.8%、70.4%、71.6%，結(jié)合現(xiàn)場酸壓施工要求，優(yōu)化清潔稠化劑使用濃度為0.10%。

圖1 不同濃度清潔稠化劑在不同排量下的降阻率

2.3 清潔酸體系性能評價(jià)

1）基本性能。在上述研選的清潔稠化劑中，加入鐵離子穩(wěn)定劑等其它添加劑，制備清潔酸體系樣品，靜置老化后評價(jià)其性能，見表5。可知，該清潔酸體系降阻率達(dá)63.5%，能夠有效降低酸壓施工摩阻，有利于大排量酸壓施工；在65 ℃下老化7 d后無分層、無絮凝、無沉淀，可減小對儲層的傷害。

表5 研制的清潔酸體系的基本性能

2）酸蝕裂縫導(dǎo)流能力。在65 ℃下，采用高溫高壓酸蝕裂縫導(dǎo)流能力儀，模擬清潔酸注入過程中對茅口組露頭的酸蝕程度，測試不同閉合壓力下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力?？芍?，閉合壓力為10、20和30 MPa 時，清潔酸酸蝕裂縫導(dǎo)流能力分別為388.56、170.40 和14.9 μm2·cm。當(dāng)閉合壓力為30 MPa時，表明清潔酸在此條件下形成的酸蝕裂縫仍具有較高的導(dǎo)流能力，滿足酸刻蝕裂縫導(dǎo)流能力需求。

3）儲層傷害性能。室內(nèi)通過掃描電鏡觀察茅口組巖心經(jīng)過不同酸液酸蝕前后微觀變化，評價(jià)其對儲層的傷害情況，結(jié)果如圖2 所示。由圖2（b）可以看出，茅口組儲層巖心經(jīng)15%HCl 溶蝕后形成少量孔洞、微裂縫；由圖2（c）、（d）可以看出，經(jīng)清潔酸溶蝕后主要形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔洞和微裂縫，且清潔酸與巖石反應(yīng)4 h 與反應(yīng)7 d 后形成的巖石表面結(jié)構(gòu)特征基本一致，巖心酸蝕蚓孔及裂縫表面無附著物，表明清潔酸對儲層傷害較小，有利于儲層保護(hù)。

圖2 茅口組巖心酸蝕前后掃描電鏡圖片

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果分析

3.1 應(yīng)用概況

FM1HF 井水平段位于川東高陡褶皺帶，構(gòu)造平緩，水平段裂縫不發(fā)育，主要穿行二疊統(tǒng)茅口組茅一下段1b 小層，A 靶點(diǎn)斜深為1501 m，垂深為1301.78 m；B 靶點(diǎn)斜深為2502 m，垂深為1346.2 m。該井水平段長為1001 m，全井氣測全烴平均為2.1%；綜合解釋氣層為518.8 m，差氣層為418.8 m。采用套管完井，分14 段101 簇進(jìn)行橋塞分段加砂酸壓施工。施工總液量為23 917.38 m3（其中清潔酸9170 m3，滑溜水14 747.38 m3），用液強(qiáng)度23.9 m3/m；總砂量879.1 m3，加砂強(qiáng)度1.36 t/m，第5 段施工曲線如圖3 所示。由圖3 可知，每段酸壓施工分5 個階段進(jìn)行，其中在滑溜水前置液階段，施工曲線有明顯地層破裂形成人工縫特征；在粉砂加砂階段，施工壓力呈下降趨勢，表明儲層破裂之后粉砂有利于降低近井彎曲摩阻，促進(jìn)了裂縫的順利延伸；在滑溜水?dāng)y中砂階段，砂比提升至10%～14%，表明在裂縫順利延伸的同時得到了有效支撐，為增大儲層泄氣面積提供保障；在清潔酸施工階段，施工壓力較加砂階段有所降低，表明清潔酸能有限降低施工摩阻，滿足大排量酸壓施工，且對人工裂縫壁面具有刻蝕效果，能提升裂縫有效程度和導(dǎo)流能力；最后滑溜水?dāng)y粗砂強(qiáng)化近井支撐階段，粗砂砂比達(dá)14%～16%，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化近井高導(dǎo)流的工藝目的。

圖3 FM1HF 井第5 段復(fù)合酸壓施工曲線

3.2 效果分析評價(jià)

FM1HF 井經(jīng)過復(fù)合酸壓改造后，采用Φ6～Φ12 mm 油嘴控制放噴排液，放噴測試曲線如圖4 所示?？芍?，在Φ12 mm 油嘴、測試壓力為7.14 MPa，測試產(chǎn)氣量為4.12×104m3/d，且井底流壓穩(wěn)定，產(chǎn)量波動小。從測試效果來看，復(fù)合酸壓工藝針對茅口組泥灰?guī)r基質(zhì)性儲層具有較好的適用性，首次在該地區(qū)茅口組獲得穩(wěn)定工業(yè)氣流，提交控制儲量236×108m3。

圖4 FM1HF 井放噴測試曲線

4 結(jié)論

1.川東南區(qū)塊茅口組基質(zhì)儲層埋藏淺，碳酸鹽巖含量高，敏感性礦物含量高且儲層低孔低滲，多簇限流射孔+滑溜水加砂+清潔酸復(fù)合酸壓工藝能有效擴(kuò)大儲層改造體積，提升裂縫導(dǎo)流能力，實(shí)現(xiàn)儲層有效動用。

2.針對川東南區(qū)塊茅口組儲層裂縫不發(fā)育的特征，結(jié)合巖石力學(xué)參數(shù)分析結(jié)果，優(yōu)化裂縫間距為10～15 m，單段液量為1600～1800 m3，滑溜水與清潔酸配比為6∶4，可實(shí)現(xiàn)裂縫壁面的刻蝕，提升裂縫導(dǎo)流能力，強(qiáng)化滲流通道。

3.研選了耐酸、高降阻率的清潔稠化劑，形成的清潔酸體系降阻率達(dá)63.5%，有效降低酸壓施工摩阻，有利于大排量酸壓施工，在閉合壓力為30 MPa 下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力達(dá)14.9 μm2·cm，且清潔酸與巖石反應(yīng)后的巖石表面結(jié)構(gòu)特征基本一致，酸蝕蚓孔及裂縫表面無附著物，對儲層傷害較小。

4.FM1HF 井經(jīng)過復(fù)合酸壓改造，在Φ12 mm油嘴、測試壓力為7.14 MPa 下，測試產(chǎn)氣量為4.12×104m3/d，且井底流壓穩(wěn)定，首次在該地區(qū)茅口組獲得穩(wěn)定工業(yè)氣流，表明復(fù)合酸壓工藝針對茅口組泥灰?guī)r基質(zhì)性儲層具有較好的適用性。