裂縫性灰巖儲層酸液動濾失實驗規律研究

吳紅軍，孔嫦娥，伊向藝，張　暉，劉豇瑜，吳元琴（.中國石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆庫爾勒　84000；.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室（成都理工大學），四川成都　60059）

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裂縫性灰巖儲層酸液動濾失實驗規律研究

吳紅軍1，孔嫦娥1，伊向藝2，張暉1，劉豇瑜1，吳元琴2
（1.中國石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆庫爾勒841000；2.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室（成都理工大學），四川成都610059）

摘要：碳酸鹽巖儲層天然裂縫比較發育，有天然裂縫存在時，酸液沿天然裂縫流動，進入到油藏深處，同時通過擴散和對流的方式運動到裂縫表面與巖石反應，增加裂縫寬度，反過來增加濾失到天然裂縫里的酸量。因此，為了獲得更好的裂縫性碳酸鹽巖儲層的酸壓效果，必須分析酸液濾失的各影響因素。本文建立了一套完整的濾失實驗裝置及實驗方法，通過室內實驗，得出了裂縫導流能力、酸液濾失速率和酸巖反應速率直接的關系，對研究酸液在裂縫中的濾失過程具有重要的指導意義。

關鍵詞：裂縫性灰巖；酸液動濾失；導流能力；濾失速率；酸巖反應速率

酸化和酸壓中濾失酸液選擇性地流進大孔道，酸巖反應擴大經過的孔道形成蚓孔，蚓孔增加了濾失深度和濾失面積[1-3]。酸液濾失形成蚓孔一方面可以有效溝通滲流通道，而另一方面濾失嚴重導致形成的酸蝕縫長較短[4]，不能溝通遠井地帶的縫洞系統，從而達不到酸壓增產效果。因此，研究碳酸鹽巖蚓孔擴展規律對認識酸壓濾失機理至關重要。韓慧芬利用正交分析法對影響酸液濾失的各種因素進行了研究[5]。潘瓊等新建立了巖心破開濾失實驗模型、巖心鉆孔濾失實驗模型及平行板巖樣濾失實驗模型[6]。本文在前人研究基礎上以裂縫性碳酸鹽巖為研究對象，通過自主設計模擬地層條件下的實驗方法，完成了用地層條件儲層動滲失分析儀[7-9]對膠凝酸、變黏酸及交聯酸在20 %、15 %、10 %、5 %四種濃度（考慮同離子效應）在具有裂縫的巖心中的濾失行為研究，得出了裂縫導流能力、酸液濾失速率和酸巖反應速率直接的關系。

1　裂縫性灰巖酸液濾失實驗介紹

1.1實驗原理

為保證裂縫性灰巖酸液濾失實驗的真實有效性，需要大量的帶有裂縫的井下巖心，而事實上井下帶有天然裂縫的巖心很難取得且數量有限，帶有很高的研究價值。取得井下巖心相對難度較小，通過人為方法讓井下巖心產生裂縫，用人工裂縫的井下灰巖巖心代替有天然裂縫的井下灰巖巖心進行實驗，依然可行。本文采用巴西實驗方式將灰巖巖心進行劈裂模擬地層天然裂縫進行酸液動濾失實驗（見圖1）。

圖1　巖心劈裂裝置、劈裂示意圖和劈裂巖心照片Fig.1 Core-Splitting apparatus and photo of split core

圖2　地層條件儲層動滲失分析儀及其實驗原理圖Fig.2 Dynamic filtration analysis meter under condition ofreservoir and its schematic diagram

地層條件儲層動滲失分析儀（見圖2）實驗系統是在對濾失釜內的酸液設定一定溫度和壓力，由電動機帶動攪動桿，帶動濾失釜內部的酸液轉動，酸液沿釜體壁面流過由釜體兩側夾持器固定的巖心表面裂縫進行濾失，從巖心夾持器的另一端進行酸液濾失量測量，測量結果通過傳感器傳輸到電腦進行采集。

1.2實驗設計

將人工裂縫的井下灰巖巖心放入巖心夾持器中，使流動介質從巖心夾持器一端擠入巖心進行驅替，測試在一定圍壓下巖心裂縫導流能力。

表1　酸液動濾失測試實驗設計表Tab.1 Parameters of acid dynamic filtration experiment

測定膠凝酸、變黏酸、交聯酸酸液質量濃度分別為20 %、15 %、10 %、5 %與人工劈裂灰巖裂縫巖心的溶蝕-濾失行為，實驗中以最高酸液濃度20 %作為鮮酸，酸液濃度分別為15 %、10 %、5 %的酸液考慮了同離子效應，模擬酸液在地層中濾失的濃度變化過程。溫度設定為地層溫度110℃，按已施工井正常施工流速，動濾失儀轉速設定為100 r/min（見表1）。

1.3實驗數據處理

通過實驗求取酸液突破巖心的濾失時間t，與測得的巖心長度數據H計算得

式中：vc-濾失速率，cm/s；t-酸液突破時間，s；H-巖心長度，cm。

2　酸液動濾失實驗規律

測試完劈裂巖心的初始導流能力，利用儲層條件動滲失分析儀在相同實驗條件下模擬不同濃度的膠凝酸、變黏酸和交聯酸在裂縫性碳酸鹽巖中的濾失過程，對實驗數據進行處理，并統計了在相同條件下三種酸液在不同濃度下的酸巖反應速率值，結果（見表2）。實驗巖心短，忽略酸液濃度在濾失過程中的變化。

由表2可以看出，對不同濃度的膠凝酸，選取在相同圍壓下導流能力相近的4塊巖心模擬地層天然裂縫，巖心之間初始導流能力相差在20 %以內，當裂縫初始導流能力相近情況下，隨著酸液質量濃度的變大，酸液與巖石接觸時的反應速率越大，酸液濾通時間越來越短，酸液濾失速率越來越大；由于實驗模擬了地層條件下酸液的濾失情況，低濃度酸液都考慮了同離子效應，每個實驗的酸濃度相差相同，由于同離子效應的影響，酸液濃度越低，同離子效應影響越大，相鄰兩濃度之間的酸巖反應速率相差值隨著酸液濃度的降低相差越大，酸液濾失速率的差值也不相同。室溫下測酸液黏度值，當不同黏度酸液在裂縫導流能力相當，其他實驗條件相同的情況下，黏度較小的酸液動濾失速率較大。

由圖3可以看出，通過運用指數函數擬合不同黏度酸液濾失速率/裂縫導流能力與酸巖反應速率的四個數據點，擬合程度非常高，R2高達0.95以上。不同黏度酸液濾失速率/裂縫導流能力與酸巖反應速率的關系可以表示為：

表2　不同濃度酸液動濾失實驗結果Tab.2 Results of acid dynamic filtration experiment

式中：a，b-與酸液黏度相關的系數。

圖3　酸液濾失速率/裂縫導流能力與酸巖反應速率的關系圖Fig.3 Relationship between filtration rate/fracture conductivity and acid-rock reaction rate

圖4　a，b值與酸液黏度的關系Fig.4 Relationship between a，b and acid viscosity

由圖4可以看出，通過擬合a，b值與酸液黏度，擬合精度高，R2高達0.97以上，則可得到a，b值：

實驗得出的規律適用于高黏度酸液在裂縫性碳酸鹽巖儲層中的濾失，裂縫寬度大于1 μm，本文定義黏度大于20 mPa·s的酸液為高黏度酸液。

3　結論

（1）該酸液動濾失實驗方法，可設置一定的圍壓、溫度和驅動壓差，并且可以提供一定的攪拌速度模擬地層裂縫中酸液的流動和剪切情況，可真實模擬酸液在裂縫流動過程中的濾失行為，從而真實評價實際酸液濾失情況。

（2）相同條件下，分析實驗結果發現酸液濾失速率與裂縫初始導流能力的比值和酸液初始濾失濃度呈指數關系，vc/（kf·w）=aebJ，a和b是與酸液黏度相關的系數，a=0.011 5×μ0.109 5，b=0.253 8×e0.002 3μ，酸液黏度大于20 mPa·s。

（3）通過室內實驗可得到不同濃度的酸液酸巖動力學方程，可計算不同濃度酸液的酸巖反應速率，通過實驗測得或立方定律可以計算出裂縫導流能力，從而得出相應條件下的酸液濾失速率。

參考文獻：

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我國首創有機胍催化縮聚PLA工藝

近日，由南京大學牽頭組織的有機胍催化縮聚合成聚L-乳酸技術中試及應用項目在蘭州通過了專家鑒定。由歐陽平凱院士、錢易院士、蔡道基院士、蔣士成院士、陳發虎院士等9位專家組成的鑒定委員會認為，該技術是國內外率先開發的綠色合成工藝，具有原創性，達到國際領先水平。鑒定專家認為，該工藝采用的無毒、可代謝、綠色有機胍催化劑為國內外首創，具有催化乳酸縮聚立構專一性強、用量少、催化效率高等特點；采用的本體無溶劑聚合屬綠色合成工藝，反應產率高，生產成本低；中試聚乳酸（PLA）產品質量高，生物及環境安全性好，耐熱性強，綜合性能國內領先、國際先進。

（摘自中國化工信息2016年第4期）

Dynamic filtration experimental research of acid in fractured limestone

WU Hongjun1，KONG Change1，YI Xiangyi2，ZHANG Hui1，LIU Jiangyu1，WU Yuanqin2
（1.Oil and Gas Engineering Institute of PetroChina Tarim Oilfield Branch，Kuerle Xinjiang 841000，China；2.State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploitation （Chengdu University of Technology），Chengdu Sichuan 610059，China）

Abstract:Carbonate reservoir is relatively fracture-developed.When natural fractures exist, acids flow into the reservoir through fracture surfaces and react with the rock on the surfaces because of diffusion and convection,resulting in wider fracture width,so increasing acid volumes leaking into natural fracture in turn.In order to obtain better acid-fracturing effect in fractured carbonate reservoir,it is necessary to understand and analyze the influences on acid filtration.This paper uses a set of dynamic filtration experimental apparatus and methods to get the relationship between fracture conductivity,acid filtration rate and acid-rock reactionbook=20,ebook=25rate.It plays a guided role to study acid filtrating process in fracture.

Key words：fractured limestone；dynamic filtration of acid；fracture conductivity；acid filtration rate；acid-rock reaction rate

作者簡介：吳紅軍，男（1988-），助理工程師，碩士研究生，2014年畢業于成都理工大學油氣田開發工程專業，主要從事儲層改造及儲層保護的研究工作，郵箱：wuhongjuncdut@163.com。

基金項目：國家自然科學基金“高黏度酸液酸巖反應動力學機理研究”，項目編號：51274050。

*收稿日期：2016－02-04

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.005

中圖分類號：TE312

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）03-0019-04