塔河油田后置砂酸壓技術研究

房好青

(中國石化西北油田分公司工程技術研究院，新疆烏魯木齊 830011)

塔河油田后置砂酸壓技術研究

房好青

(中國石化西北油田分公司工程技術研究院，新疆烏魯木齊 830011)

塔河油田屬縫洞型碳酸鹽巖油藏，儲層酸壓后近井地帶的巖石剩余抗壓強度不足以支撐酸蝕裂縫，壓裂縫在生產過程中很容易蠕變閉合，進而喪失導流能力。分析了酸攜砂技術對導流能力的貢獻、酸蝕裂縫形態(tài)及支撐劑在酸蝕裂縫中的存在狀態(tài)，并研究了后置砂酸壓改造技術。該技術能夠很好地解決酸蝕裂縫在近井地帶過快閉合而喪失導流能力的問題，且投入少，現場施工方便。

塔河油田；儲層改造；碳酸鹽巖；壓裂液；抗壓強度

1 酸壓技術現狀

塔河油田屬縫洞型碳酸鹽巖油藏，儲層埋藏較深，一般為5 000～7 000 m，80%的油井需要通過壓裂改造才能建產。目前所用的酸壓技術主要有前置液加膠凝酸、變黏酸、地面交聯(lián)酸等酸壓技術，也開展了酸攜砂技術試驗。由于埋藏深、設備能力有限，儲層易出現砂堵等異常情況，水力加砂壓裂只開展了3井次現場試驗，沒有普遍應用。

隨著勘探開發(fā)的加快，超深高閉合應力儲層越來越多，許多井酸壓后壓力下降快，轉抽后很快出現供液不足，酸化后又有產出但很快又出現地層產液困難的情況。初步判斷這種現象是由于高閉合應力基質滲透率極低的碳酸鹽巖儲層，酸蝕裂縫在近井地帶過早閉合，阻礙了油氣流入井筒造成的。因此需要研究新的技術來解決高閉合壓力儲層酸蝕裂縫過早閉合的問題。

2 巖石抗壓強度分析

塔河油田縫洞型碳酸鹽巖儲層基質基本不具有滲透性，在被改造的縫洞型碳酸鹽巖儲層中，酸蝕裂縫是油氣產出的通道，但是注酸后，巖石的抗壓強度大幅度減弱，酸巖反應也改變了巖石的力學性質。譚卓英等研究發(fā)現大理石在10%的鹽酸中浸泡90天后抗壓強度降低27.74%[1]。周健等對輪古油田基質型灰?guī)r、塔中油田裂縫型灰?guī)r的研究表明，巖心在膠凝酸中浸泡后抗壓強度為酸蝕前的20%左右[2]。

塔河油田在地理位置上與輪古油田比鄰，巖性相近，酸壓也使用膠凝酸進行酸壓施工，可以認為塔河油田的儲層巖石在酸蝕后抗張強度會降低到原來的20%左右，具體預測數據見表1。由此可見，在超深高閉合應力儲層，由于抗壓強度損失嚴重，酸壓后很可能出現裂縫閉合的現象。酸蝕裂縫閉合以后，油氣流動通道受阻，產能下降，甚至停產。

表1 塔河油田部分巖石力學試驗統(tǒng)計

井筒附近是應力集中區(qū)，通常井筒附近的應力是地層正常應力的2～3倍。對于超深高閉合壓力井，隨著酸壓殘液的排出及后期的生產，酸蝕裂縫先閉合到酸蝕裂縫的溝槽上，并逐漸發(fā)生蠕變直至溝槽消失，裂縫徹底閉合；有的甚至在排液期間就會發(fā)生徹底閉合。

3 常規(guī)酸攜砂技術分析

3.1 酸蝕裂縫形態(tài)

碳酸鹽巖儲層不是純凈的碳酸鈣，往往含有一些不反應的雜質，由于碳酸鹽巖儲層非均質性強，即使與酸反應的物質，也有反應快慢的區(qū)別。

碳酸鹽巖的巖石礦物成分中方解石和白云石含量(可反應物含量)決定著酸巖反應速率和酸蝕裂縫導流能力。對于碳酸鹽巖地層，可反應礦物在早期沉積或后期改造過程中夾雜著有機質或其他礦物等雜質，其雜質含量決定著酸壓改造的效果。海相沉積泥晶灰?guī)r酸巖反應前后的對比表明，反應前該巖石顏色較深的灰質含有早期成巖過程中的有機質成分，而顏色較淺的為后期充填進人的方解石。反應后碳酸鹽巖中含有機質的灰?guī)r與酸液反應較慢，而后期充填進入的方解石與酸液反應速率較快[3]。

牟建業(yè)等對酸蝕裂縫導流能力做了研究，認為酸蝕裂縫的幾何形態(tài)是非常不規(guī)則的[4]，過酸后的人工裂縫壁面不是被均勻腐蝕的，而是存在著大小各異的凸凹體不平整壁面。

3.2 目前酸攜砂加砂濃度分析

酸攜砂技術是為了解決酸蝕裂縫過早閉合影響產能的一種技術方法，是用酸液攜帶支撐劑進入地層，由于加砂前形成了人工裂縫，施工壓力相對較低，不易造成砂堵，加砂相對容易。但是此種技術目前支撐劑加入量過少，現場最高砂比僅為30%[5]。

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塔河油田縫洞型碳酸鹽巖儲層基質滲透率一般在0.01×10-3μm2以下，幾乎不具有滲透性，無法為油氣提供滲流通道。酸壓增產的機理是在碳酸鹽巖儲層中通過酸蝕作用形成一條高導流能力的酸蝕裂縫，連通井筒與縫洞儲集體，達到釋放油氣產能的目的。

酸鹽反應式為：

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2

根據物質守恒定律，為把反應掉的碳酸鈣的空間使用支撐劑全部支撐起來，在酸攜砂施工全過程中，需要的砂比為33.8%。而目前酸攜砂技術最高砂比僅為30%，再考慮到支撐劑的嵌入，填砂量不能有效對酸蝕裂縫進行支撐。

4 后置加砂技術研究

4.1 后置砂技術機理

酸壓施工中酸液是從井筒注入到裂縫遠端的，注酸過程中所有酸液都經過縫口，因此縫口受到的腐蝕最嚴重，越往裂縫深處，裂縫壁面酸蝕程度就越弱，抗壓強度的損失也越少，井筒應力集中效應也逐漸減弱。張佐剛通過計算得出，儲層內部距離井筒越遠，應力集中越弱，當距中心為4倍井筒半徑時，應力集中僅超過巖層原始應力的6%[7]。因此，在酸壓施工注完酸液后，尾追一個高砂比的攜砂液注入程序。攜帶大粒徑支撐劑進入縫口，用于支撐酸蝕裂縫的近井地帶，由于支撐劑的加入，相對于原來的酸蝕裂縫，井筒附近的導流能力有所喪失，但裂縫不容易閉合，并且使酸蝕裂縫長期保持張開狀態(tài)，提高酸壓改造的效果。

4.2 壓裂液

4.3 支撐劑

一般情況下，支撐劑的粒徑越大，導流能力越高，但在高閉合應力條件下這種情況就會發(fā)生變化。

高閉合壓力下，支撐劑粒徑越大，破碎率越大;進行不同粒徑組合后，隨著小粒徑支撐劑比例的增加，支撐劑破碎率逐漸降低。高閉合壓力下，組合支撐劑表現出比大粒徑支撐劑更強的承壓能力，短期導流能力甚至可能超過單一大粒徑支撐劑。長期導流能力實驗結果表明:組合支撐劑的承壓能力比單一大粒徑支撐劑強，隨時間的增加，組合支撐劑導流能力的下降幅度比單一大粒徑支撐劑更小[8]。因此在支撐劑選擇上優(yōu)選高強度、組合支撐劑進行施工，具體的組合比例根據具體井的巖心實驗結果進行優(yōu)化。

4.4 施工泵注工序

酸液對壓裂液起到破膠劑的作用，即壓裂液遇到酸液后會破膠。為了避免注入酸液后注入的攜砂液破膠而造成砂堵，酸液與攜砂液之間加入一個隔離液泵注程序。使用低黏度滑溜水做隔離液將酸液頂入地層，防止攜砂液與酸液相遇破膠。

攜砂液注入完畢后，注入頂替液，頂替液用量要精確計算，頂替液用量應稍微小于井筒的容積。這樣可防止過頂而出現“包餃子”現象，也避免了欠頂過多導致井筒沉沙淹沒儲層的現象。

4.5 壓裂工作液返排

與普通酸壓工藝不同，后置砂工藝的支撐劑是在壓裂施工末期加入的，如果返排制度不當，容易造成出砂。因此返排時，要優(yōu)化返排制度，采用小油嘴低速排液，防止支撐劑回流。

5 結論

(1)塔河油田縫洞型碳酸鹽巖儲層屬超深高閉合應力儲層，酸壓后酸蝕裂縫近井部分容易閉合，酸浸后巖石的抗壓強度降低為原來的20%左右，常規(guī)酸壓、水力加砂壓裂、酸攜砂壓裂均無法到達長期有效保持酸蝕裂縫高導流能力的目的。

(2)后置加砂壓裂技術具有可以攜帶高砂比支撐劑的特點，能夠有效支撐酸蝕裂縫的近井地帶，并且長期保持較高的導流能力；該技術支撐劑用量少，成本低，現場容易操作，是解決高閉合壓力儲層改造后酸蝕裂縫過快閉合的有效技術之一。

(3)后置加砂技術尚處于研究階段，砂濃度、支撐劑組合比例、支撐縫長等的優(yōu)化有待進一步開展。

[1] 譚卓英,劉文靜,閉歷平,等.酸化環(huán)境下巖石強度弱化效應的實驗模擬研究[A].//第六次全國巖石力學與工程學術大會論文集[C].北京：石油工業(yè)出版社，2000：243-246.

[2] 周健，陳勉，金衍，等.壓裂酸化中近縫區(qū)灰?guī)r強度弱化效應試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2007，26(1)：206-210.

[3] 李沁,伊向藝,盧淵.儲層巖石礦物成分對酸蝕裂縫導流能力的影響[J].西南石油大學學報(自然科學版) ，2013，35(2)：102-108.

[4] 牟建業(yè),張士誠.酸壓裂縫導流能力影響因素分析[J].油氣地質與采收率，2011，18(2)：69-71.

[5] 呂國祥,吳月先,吳成斌,等.三種地面交聯(lián)酸性能及酸壓攜砂作業(yè)范例解析[J].鉆采工藝，2010，33(3)：54-56.

[6] 王海濤.交聯(lián)酸攜砂酸壓在白云巖儲層改造中的應用[D].四川成都:成都理工大學,2007.

[7] 張佐剛.井周地層應力狀態(tài)對油井產量的影響[J].沈陽航空工業(yè)學院學報，2006，23(1)：18-20.

[8] 肖勇軍,郭建春,王文耀,等.不同粒徑組合支撐劑導流能力實驗研究[J].斷塊油氣田，2009，16(3)：102-104.

編輯：李金華

1673-8217(2015)05-0113-03

2015-03-11

房好青，工程師，碩士，1980年生，2010年畢業(yè)于中國石油大學(北京)，現從事儲層改造技術工作。

TE 357

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