塔河油田碳酸鹽巖儲層酸壓改造效果

米強波 中國石化西北油田分公司工程技術研究院

塔河油田碳酸鹽巖儲層酸壓改造效果

米強波 中國石化西北油田分公司工程技術研究院

通過測試酸液的酸巖反應速率、酸蝕裂縫導流能力以及濾失效果等，對塔河油田碳酸鹽巖儲層酸壓改造效果進行了研究。結果表明，交聯酸的酸巖反應速率較慢，且酸蝕有效作用距離較長。為確保酸蝕有效作用距離，必須控制井筒附近的酸液濾失。該實驗研究為塔河碳酸鹽巖儲層酸壓設計和現場施工提供了依據。

碳酸鹽巖儲層；酸巖反應；反應動力學；導流能力；濾失

塔河油田碳酸鹽巖儲層埋藏深、溫度高，基質中碳酸鹽純度高，酸巖反應速度快，降低了酸蝕有效作用距離；酸液濾失嚴重，限制了酸液有效作用范圍和穿透深度。針對以上問題，通過研究酸巖反應速率、酸蝕裂縫導流能力、酸液濾失行為，從而確定不同酸液類型、酸液用量下的酸蝕裂縫導流能力分布和酸蝕有效作用距離，最終提高了塔河油田酸壓改造效果，該實驗研究為塔河碳酸鹽巖儲層酸壓設計和現場施工提供了依據。

1 實驗方案設計

1.1 酸巖反應速率測試實驗

（1）酸巖反應速率測試。采用酸巖反應實驗裝置分別測定膠凝酸、變黏酸在酸濃度為20%、15%、10%、5%時的酸巖反應速率，測定稠化酸、交聯酸在酸濃度為20%時的酸巖反應速率。實驗溫度設定為地層溫度110℃，高黏度酸巖反應裝置轉速設定為100r/min。

（2）酸巖反應動力學方程確定。酸巖反應動力學方程可表示為

式中K和m在一定條件下為常數。

因此，用lgK和lgC做圖得一直線，采用最小二乘法對lgJ和lgC進行線性回歸，求得K和m值，從而確定酸巖反應動力學方程。

1.2 酸蝕裂縫導流能力測試

實驗測定了巖心白樣的裂縫導流能力。測定了四種酸液在酸濃度為10%時與巖心反應后的酸蝕裂縫導流能力。設計酸液體積1L，酸液流量0.45L/min，過酸裝置為平板夾持器，過酸方向為巖心的長軸方向。

1.3 酸液濾失實驗測試

測定變黏酸、稠化酸在不同酸液濃度、流速下與一間房組儲層含裂縫巖石的動態濾失速度、濾失系數，研究酸液在巖石裂縫中的反應—溶蝕—濾失行為。酸液質量分數分別為20%、15%、10%、5%，溫度設定為地層溫度110℃。

2 實驗結果及分析

2.1酸巖反應速率測試

（1）用膠凝酸與變黏酸酸巖反應速率和反應動力學方程測定了膠凝酸、變黏酸的反應速率，并求其反應動力學方程，結果見表1。由實驗結果可知，變黏酸在各個濃度反應速率均快于膠凝酸，這主要是由黏度變化引起的。變黏酸特點是在90～140℃時隨著溫度升高，黏度逐漸升高。實驗初期酸液加入至反應釜中，黏度較低，因此反應速率也較快。

表1 酸巖反應動力學方程對比

（2）酸液酸蝕有效作用距離計算。分別計算了膠凝酸、變黏酸與交聯酸的酸蝕有效作用距離，如表2所示。

表2 不同酸液酸蝕有效作用距離對比

由表2可知，酸巖反應速率決定酸蝕有效作用距離，計算得膠凝酸酸蝕有效作用距離約為97m；變黏酸有效作用距離為60m；交聯酸因反應速率最慢有效作用距離可達到110m。可知酸蝕有效作用距離與酸液用量無直接關系，根據計算結果，當酸液在地層中的時間超過20min后會失去活性，因此當排量一定時，增加注酸量并不能增加酸蝕裂縫有效長度。

綜上可知，交聯酸酸巖反應速率較慢，且酸蝕有效作用距離較長，可取得更好的改造效果。

2.2 酸蝕裂縫導流能力測試

實驗用巖心劈裂的方式對裂縫導流能力進行測試，模擬了地層裂縫的真實情況，可以準確反映地層天然裂縫、人工裂縫和酸蝕裂縫的導流能力情況。實驗結果見圖1。

圖1 不同類型酸液酸蝕裂縫導流能力對比

由圖1可知，變黏酸酸蝕效果較好，有利于形成高導流能力裂縫。但從整體來看，變黏酸的反應速率快使得其有效作用距離有限，不利于連通更多的天然裂縫及有效儲集體。因此酸壓設計時需綜合考慮縫長和導流能力的要求，在滿足導流能力需要的情況下盡量選擇酸巖反應速率較小的酸液體系，增加酸液的穿透深度，擴大酸液有效作用面積。

2.3 酸液體系濾失效果

研究不同濃度酸液濾失時間與累積濾失量關系。從實驗結果可以看出，酸液累積濾失量隨著濾失時間增加逐漸增加，而曲線尾部呈上翹趨勢，說明酸液濾失速率隨著濾失時間增加而加快。這是由于酸液不斷與巖石發生反應，剛開始進入巖石時酸液流動通道較小，濾失速率較慢，由于酸巖反應的進行酸液流動通道不斷擴大，流動速率加快，因此濾失速率也加快。三條不同酸濃度的濾失曲線均表現出相同趨勢。

綜上可知，酸液的濾失在一定程度上會限制酸液的有效作用距離。高濃度酸液濾失較快，濾失速率可達600mL/min，為確保酸蝕有效作用距離，在縫口區域必須保證酸液具有一定黏度，從而降低在縫口附近的濾失。

3 結論

（1）由酸巖反應速率求取的反應動力學方程可得：膠凝酸為J=1.667×10-6C0.3223，變黏酸為J= 2.2956×10-6C0.4584，四種酸液酸巖反應速率由快到慢依次為變黏酸、稠化酸、膠凝酸、交聯酸。交聯酸的酸巖反應速率慢，且酸蝕有效作用距離長。

（2）四種酸液的酸蝕效果都較明顯，尤其在裂縫導流能力保持率方面酸蝕效果接近，在酸壓設計中應盡量選擇酸巖反應速率較慢的酸液體系，增加酸液的穿透深度。

（3）酸液的濾失條件與酸液黏度和天然裂縫的導流能力有關，高濃度酸液濾失速率可達600mL/min，為確保酸蝕有效作用距離，必須控制井筒附近的酸液濾失。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.058