超深裂縫性碳酸鹽巖傷害及解堵酸化模擬

王 琨，詹 立，周 朗, 馬輝運，茍 波,4，周長林

(1油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室·西南石油大學 2中國石油西南油氣田公司 3中國石油西南油氣田分公司工程技術研究院 4西南石油大學博士后科研流動站)

四川盆地川東地區燈影組儲層天然裂縫發育，巖性以粉晶云巖、灰色藻云巖為主，局部夾硅質條帶。鉆井過程中鉆井液在天然裂縫中的大量漏失，導致儲層傷害嚴重，難以通過自然投產獲得工業產能[1-3]。燈影組儲層埋藏深(大于7 500 m)、溫度高(大于160℃)，受井口設備承壓能力限制，酸化是實現超深層裂縫性碳酸鹽巖儲層建產、增產的必備手段。

裂縫性儲層解堵酸化目的：解除近井地帶儲層傷害，疏通天然裂縫；同時實現酸液深穿透，通過形成高導流通道(“酸蝕蚓孔”)溝通遠井儲層，改善儲層滲流能力，提高酸化效果[4]。針對裂縫性碳酸鹽巖儲層鉆井液傷害機理及酸化解堵的問題，國內大多數學者從儲層保護角度出發，研究鉆井液傷害機理，但并未在傷害之后提出合理的解堵方法[5]，部分學者在鉆井液傷害后進行了酸液解堵配方優化[6]，但也未在解堵后對未傷害區進行增產改造研究。國外學者進行的裂縫酸化研究大多也是針對埋藏淺，孔滲好的儲層[7]。因此針對燈影組儲層特征，認識鉆井液傷害機理，明確解堵酸化思路十分必要。

本文以白云巖標準小巖心為實驗樣品，通過人工剖縫的方式模擬天然裂縫。在此基礎之上開展了裂縫性儲層的鉆井液傷害與解堵酸化實驗，針對酸液解堵效果較好的儲層進行了注酸參數優化，最終明確了川東地區燈影組儲層鉆井液傷害的機理及解堵酸化的工藝和參數。

一、實驗方案設計

1.實驗樣品

考慮井下巖心的數量限制，選用孔隙結構和礦物成分與井下巖心相近的天然露頭進行實驗，露頭白云石含量為86.1%，石英含量為13.6%；平均孔隙度為3.3%，平均滲透率為0.002 2 mD。酸液為20%高溫膠凝酸和20%低黏空白鹽酸；油基鉆井液密度為1.55 g/cm3，黏度為57 mPa·s，重晶石含量為90.8%，黏土含量為2.3%，方解石含量為6.85%。

2.實驗參數設置

利用成像測井資料結合立方定律[8-10]，設置裂縫開度分別為10 μm、80 μm、200 μm、250 μm；根據儲層參數及鉆井參數，設置鉆井液傷害溫度為100℃、傷害時間60 min、傷害壓差為3.8 MPa；考慮實際酸化過程中酸液降溫作用，利用天然裂縫溫度場模型，模擬酸化驅替溫度為100℃。

3.實驗流程及設備

鉆井液傷害與酸化解堵的實驗步驟如下：①實驗之前將巖心飽和2%KCl溶液24 h；②采用2%KCl溶液反向測巖心傷害之前的滲透率；③通過中間容器對巖心進行鉆井液傷害；④采用2%KCl溶液反向測巖心傷害之后的滲透率；⑤通過中間容器向巖心驅替酸液進行傷害解堵；⑥采用2%KCl溶液反向測巖心解堵之后的滲透率；為了減小圍壓變化對裂縫寬度的影響，整個實驗過程中不能將巖樣取出；⑦針對解堵效果好的裂縫，保持裂縫寬度進行注酸排量優化；⑧以最優排量對解堵效果好的儲層進行注酸時間優化。

二、實驗結果分析

1.巖粉及鉆井液的酸液溶蝕效果分析

如表1所示酸液對巖粉的溶蝕率較高，對鉆井液的溶蝕率非常低，鉆井液和巖粉按1∶1的比例混合后的溶蝕率小于兩者單獨溶蝕后的平均值，因此鉆井液的存在降低了酸液對巖粉的溶蝕效果。

表1 巖粉及鉆井液酸液溶蝕結果

2.不同縫寬的裂縫性儲層鉆井液傷害機理與解堵效果分析

如表2所示，對于裂縫性儲層，當縫寬為10 μm時，鉆井液累積濾失0.4 mL，濾失速率為0.04 mL/min，鉆井液不能進入裂縫中部，傷害主要集中在裂縫端面，鉆井液傷害率為34.58%，傷害程度小。當縫寬為80 μm時，鉆井液累積濾失0.6 mL，濾失速率為0.06 mL/min，鉆井液傷害主要集中在裂縫端面，鉆井液傷害率為56.75%，傷害較嚴重。當縫寬為200 μm時，鉆井液完全貫穿裂縫傷害整個裂縫壁面，鉆井液漏失6 mL，漏失速率為0.2 mL/min，之后基本無鉆井液濾失，鉆井液傷害率為96.53%，傷害非常嚴重。當縫寬為250 μm時，鉆井液很快的完全貫穿裂縫傷害整個裂縫壁面，鉆井液漏失30 mL，漏失速率達4.29 mL/min，之后基本無鉆井液濾失，鉆井液傷害率為90%，鉆井液傷害非常嚴重。因此，對于燈影組裂縫性儲層，隨著縫寬的增加，鉆井液漏失速率增加，鉆井液傷害程度先增加后減小，當裂縫寬度為200 μm時，鉆井液傷害程度最嚴重。

表2 鉆井液漏失體積、漏失速率及鉆井液傷害程度隨裂縫寬度的變化

采用100 mL不同類型的酸液對鉆井液傷害后的巖心進行酸化解堵，如表3所示，當縫寬為10 μm時，在鉆井液傷害后分別采用膠凝酸和低黏空白鹽酸酸化，膠凝酸和低黏空白鹽酸均不能通過裂縫，酸巖反應主要集中在裂縫端面，裂縫入口處鉆井液濾餅刻蝕嚴重，酸化后反向測滲透率時有殘渣排出，滲透率均出現下降的趨勢，解堵效果差。經分析，由于巖樣石英含量較高，裂縫較窄，酸巖反應后產生的殘渣及裂縫端面脫落的石英堵塞縫口導致滲透率下降。當縫寬為80 μm時，鉆井液傷害后膠凝酸能完全貫穿裂縫，酸化后在裂縫表面形成高導流通道的酸蝕蚓孔，滲透率恢復率達507%，解堵效果非常好。當縫寬為200 μm時，鉆井液傷害后膠凝酸能完全貫穿裂縫，但是一方面由于鉆井液覆蓋了整個裂縫壁面并且鉆井液的酸液溶蝕率非常低，阻礙了酸巖反應；另一方面由于巖樣石英含量較高，部分反應后脫落的石英顆粒堵塞了裂縫，因此解堵后滲透率恢復率僅為9.90%，解堵效果非常差。當縫寬為250 μm時，膠凝酸能完全貫穿裂縫，鉆井液雖然覆蓋整個裂縫壁面，但傷害程度略低于200 μm縫寬的裂縫，因此酸化效果有明顯提升，滲透率恢復率達38.60%，酸化效果一般。

表3 酸液突破體積、裂縫滲透率恢復率隨裂縫寬度的變化

3.注酸工藝參數優化模擬分析

如圖1～圖3所示，針對鉆井液傷害后解堵酸化效果好的裂縫性儲層，對其未傷害區進行注酸工藝參數優化。當注酸排量為10 mL/min時，酸液突破孔隙體積倍數為54，酸化能形成明顯的酸蝕蚓孔；但是注酸排量較小，巖樣石英含量高，酸巖反應后脫落的石英及產生的酸液殘渣不能被排出裂縫，因此堵塞裂縫出口端導致滲透率下降。當注酸排量為20 mL/min時，酸液突破孔隙體積倍數為42，酸化后滲透率提高5.76倍。當排量為40 mL/min時，酸液突破孔隙體積倍數為44，酸化后滲透率提高7.07倍。因此實驗室最佳注入排量為25～30 mL/min[10-11]，根據井口限壓條件，預測不同延伸壓力梯度和排量下的施工泵壓[12]，并結合流速相似準則[13]，最終優化出燈影組儲層最大排量可達4 m3/min左右。

圖1 不同排量下的突破孔隙體積數

圖2 不同排量下酸化前后滲透率變化

圖3 不同注酸排量下裂縫表面刻蝕形態

以30 mL/min的排量，對縫寬為80 μm的裂縫進行注酸時間優化，如圖4所示，酸化60 min后滲透率提高106倍，酸化效果最好。如圖5～圖6所示，隨著酸化時間的增加，裂縫表面刻蝕越嚴重，酸化30 min和酸化60 min后主要形成酸蝕蚓孔，酸化90 min后主要造成裂縫表面“凸起”變平，“下凹”加深，沒有明顯的酸蝕蚓孔產生，因此滲透率提高倍比不如前兩者。

圖4 不同注酸時間下的滲透率提高倍比

圖5 不同注酸時間下巖板表面下降程度

圖6 不同注酸時間下裂縫表面刻蝕形態

三、結論與建議

(1)隨著裂縫寬度的增加，鉆井液傷害程度先增加后減小，縫寬為200 μm時鉆井液傷害最嚴重，傷害程度達96.54%。當縫寬小于80 μm時，鉆井液不能進入裂縫，傷害主要集中裂縫入口端，形成鉆井液濾餅；當縫寬大于80 μm時，鉆井液能完全貫穿裂縫，傷害整個裂縫壁面。

(2)當裂縫寬度為10 μm時，兩種酸液均不能進入裂縫，酸化效果均較差，因此工程上在考慮施工限壓的條件下，應盡可能提高排量增加縫寬，提高酸化效果。當裂縫寬度為80 μm時，膠凝酸能突破傷害帶在鉆井液未傷害區形成高導流的滲透通道，因此采用膠凝酸解堵能使滲透率恢復至507%。當裂縫寬度為200 μm和250 μm時，鉆井液完全覆蓋在整個裂縫面上并且酸液溶蝕率很低，阻礙了酸巖反應，建議采用復合解堵酸化工藝，解除裂縫面鉆井液濾餅后，再用膠凝酸酸化實現對未傷害區的增產改造。

(3)對于燈影組儲層，當裂縫寬度為80 μm時，最佳注酸排量為4 m3/min，最佳注酸時間為60 min。