地面交聯酸酸蝕裂縫導流能力研究

蔣建方 朱 娜 張祖國 鄧永紅 林宏濤 陳 偉

（1.中國石油大學提高采收率研究院，北京 102249；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院采油工程技術研究所，北京 100083； 3.云頂石油天然氣（中國）有限公司，山東東營 257000）

地面交聯酸是近年興起的液體體系，在多個油田進行了單純酸壓或攜砂壓裂［1-5］，現場試驗走在機理研究前面。酸蝕裂縫導流能力是衡量酸壓效果的重要指標之一，以往開展了大量關于普通酸、稠化酸、乳化酸等體系的該項實驗［6-9］，分析了酸蝕裂縫的形態(tài)、導流能力大小。利用STIM-LAB 公司的酸蝕裂縫導流裝置，根據API 標準首次進行了地面交聯酸的酸蝕縫導流能力與溶蝕形態(tài)實驗，并與前期其他液體的導流能力實驗結果進行了比較，用以評價這種新興酸壓用液體的性能。

1 實驗設備及其方法

1.1 實驗設備

酸蝕裂縫導流能力實驗裝置由中石油廊坊分院從美國STIM-LAB 公司引進，由Dake 水壓機（閉合壓力0.69～103.42 MPa，常溫～150 ℃）、酸蝕裂縫反應室（長橢圓形，Hastolloy C 合金）、供液系統(tǒng)（排量0～40 mL/min，壓力10.342 MPa，去氧含量低于10 ppb）、高溫防腐管線（Hastolloy C 合金）、LVDT 濾失測量系統(tǒng)和壓力、壓差傳感器等組成。

1.2 實驗材料

長橢圓平行巖板：奧陶系馬家溝組灰?guī)r，長×寬×厚=177.8 mm×38.1 mm×25.4 mm，由現場巖心加工；活性水：3%NH4Cl；地面交聯酸：20%HCl +1.0%DMJ-130+7.5%FL-B，其中DMJ-130 為北京中盈泰石油工程有限公司生產的膠凝劑，FL-B 為廊坊開發(fā)區(qū)博興能源科技有限公司生產的酸化多功能添加劑，由緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑、破乳助排劑等組成；閉合酸：15%HCl+7.5%FL-B。

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗步驟

（1）試壓：用活性水試壓，檢漏。

（2）注入地面交聯酸：進行酸巖反應，形成酸蝕裂縫。

（3）清洗：用活性水沖洗管線與反應室。

（4）測試酸蝕裂縫導流能力：將閉合壓力加至10 MPa，恒速注入活性水，待壓差穩(wěn)定；然后加壓至20 MPa，繼續(xù)恒速注入活性水，待壓差穩(wěn)定。重復上述步驟，完成30、35、40、45、50 和55 MPa 下實驗。進行閉合酸化時，在40 MPa 下測定酸蝕裂縫導流能力后，注入閉合酸進行酸洗和活性水沖洗，然后繼續(xù)測定40、45、50 和55 MPa 下的酸蝕縫導流能力。

（5）后處理：拆卸并清洗管線、反應室，處理數據，計算酸蝕裂縫導流能力等數據。

1.3.2 計算方法 根據酸蝕裂縫模擬實驗記錄數據，利用平行板滲透率計算公式［6］，可計算不同閉合壓力下的酸蝕裂縫導流能力的大小。

式中，kf為平行板滲透率，mD；Q 為通過平行板的流量，mL/min；μ 為流體黏度，mPa·s；L 為平行板長度，cm；A 為平行板面積，cm2；Δp 為通過平行板兩測壓端的壓差，MPa。

酸蝕裂縫導流能力由API RP 61 推薦公式計算。

式中， kfWf為酸蝕裂縫導流能力，μm2·cm；Wf為酸蝕裂縫寬度，cm；α為差壓傳感器測試孔調整因子，α=1.417。

2 酸蝕裂縫導流能力實驗

2.1 實驗條件

地面交聯酸流量50 mL/min，活性水流量20 mL/min，閉合酸流量15 mL/min；實驗溫度90 ℃；閉合壓力10、20、30、35、40、45、50、55 MPa；閉合酸化在40 MPa 下進行。

2.2 實驗一

圖1 為注入1 200 mL 地面交聯酸反應后，不同閉合壓力下酸蝕裂縫的導流能力。可以看出，酸蝕裂縫的導流能力相對較大，特別在較低閉合壓力（小于30 MPa）下達到了300 μm2·cm 以上；隨閉合壓力的增加，該值明顯下降，初期降幅較大，大于35 MPa 后下降變緩；在40 MPa 閉合壓力下的導流能力達到165 μm2·cm，在55 MPa 下為84 μm2·cm。實驗閉合壓力應為有效閉合壓力，如此高的導流能力表明在深井、高應力特征井該液體可形成高抗壓酸蝕裂縫。

圖1 地面交聯酸的酸蝕裂縫導流能力

圖2 為實驗后反應巖板的表面溶蝕形態(tài)，除巖面具有一定的溶蝕外，主要形成了相對單一的酸蝕溶孔，溶孔溝槽較深，深度多在0.5～4.5 mm，而寬度在0.5～9 mm 之間，顯示溶孔具有較好的流動能力和較高的抗壓強度，與測試數據一致。

圖2 地面交聯酸反應形成的巖面

2.3 實驗二

圖3 為注入1 600 mL 地面交聯酸反應，后續(xù)注入200 mL 閉合酸后，不同閉合壓力下酸蝕裂縫的導流能力。可以看出，40 MPa 以前的實驗結果與圖1 相似，進行閉合酸化后，40 MPa 下的導流能力由154 μm2·cm升高到269 μm2·cm，提高了1.7倍，45～55 MPa 下的導流能力均高于未進行閉合酸化時的情況，說明閉合酸化進一步溶蝕了裂縫壁面的巖屑，加寬、加深了裂縫壁面的不均勻刻蝕，提高了酸蝕縫的導流能力。圖1 和圖3 的實驗結果對比表明，閉合酸化顯著提高了地面交聯酸的酸蝕裂縫導流能力，適用于深井、高應力特征井的酸壓施工。

圖3 地面交聯酸+閉合酸化的酸蝕裂縫導流能力

圖4 為實驗后反應巖板的表面溶蝕形態(tài)，除巖面的溶蝕寬度較大外，也形成了交叉的酸蝕溶孔，溶孔溝槽，深度0.8～6.2 mm，寬度0.5～11 mm，具有更高的抗壓強度和很好的導流能力，測試數據進一步提升也說明形成了更好的酸蝕裂縫。

圖4 地面交聯酸+閉合酸化反應形成的巖面

3 與以往實驗的比較

圖5 顯示了地面交聯酸的酸蝕裂縫導流能力與以往進行的普通酸、稠化酸3 級與5 級的結果對比。可以看出，所有酸蝕裂縫的導流能力都是隨閉合壓力的增加而顯著降低；不同閉合壓力下地面交聯酸的酸蝕裂縫導流能力顯然遠高于普通酸和稠化酸，特別在高閉合壓力下尤其如此；地面交聯酸進行閉合酸化后其導流能力有了顯著提高；普通酸5 級的優(yōu)于其3 級，稠化酸亦是；稠化酸3 級的優(yōu)于普通酸3 級，稠化酸5 級的也優(yōu)于普通酸5 級；稠化酸3級的與普通酸5 級的接近；在高閉合壓力下，稠化酸優(yōu)于普通酸，但是導流能力都較低，在長期生產過程中由于有效閉合應力進一步增加，長期導流能力值會進一步較低，甚至喪失，而由于地面交聯酸的酸蝕溶孔深度大，導流能力高，相對易于保持。

圖5 不同酸蝕裂縫導流能力的比較

4 結論

（1）地面交聯酸的酸蝕裂縫導流能力高，優(yōu)于普通酸和稠化酸，在高閉合壓力下更為突出。

（2）地面交聯酸酸壓后經過閉合酸化可進一步顯著提高酸蝕裂縫的導流能力。

（3）地面交聯酸進行酸巖反應后的溶蝕形態(tài)好，溝槽明顯，深度較大，有利于承載高閉合應力和提高長期導流能力。

（4）地面交聯酸實驗顯示出較普通酸、稠化酸更好的酸壓特性。

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