塔河油田水平井三層暫堵酸壓工藝設計

李新勇，李春月，申 鑫，趙 兵，張 雄，王世彬，郭建春

1中國石化西北油田分公司2西南石油大學

0 引言

塔河油田奧陶系儲層埋藏深，新井產量遞減速度快，老井的挖潛及重復改造成為支撐塔河油田產量的重要組織部分。側鉆井平均深度6 500 m。側鉆水平井具有增大單井泄油面積，提高儲量動用程度等優勢，目前側鉆水平井已成為塔河油田老井挖潛的關鍵工藝方法。由于塔河油田奧陶系碳酸鹽巖油藏地質特殊性和構造復雜性，側鉆水平井完井后仍有較大一部分井無法自然建產，需采取酸壓措施求產［1-2］。

由于塔河油田井深、井身結構等因素的限制，導致機械封隔酸化技術無法有效使用，使得側鉆水平井主要采用籠統酸壓的改造方式，施工用酸量大，但酸液利用效率較低。而且對于酸壓形成的裂縫起裂方向、延伸和在空間的展布形態也難于控制，因此有必要研究高效的水平井分段酸化壓裂技術，提高酸壓改造的針對性［3-4］。

國內外許多學者通過實驗研究和現場實踐表明，暫堵轉向酸壓是一種有效提高碳酸鹽巖儲層水平井改造效果的工藝技術，暫堵轉向壓裂技術已在致密砂巖和碳酸鹽巖儲層有過成功的應用［5-6］，元壩氣田等國內碳酸鹽巖儲層，采用纖維混合暫堵顆粒（碳酸鈣）的方式，達到水平井段均勻布酸的目的，高效改造碳酸鹽巖儲層［7-9］。暫堵轉向酸壓技術主要采用暫堵材料迫使酸液流動方向變化，提高酸液使用效率，暫堵材料為纖維、暫堵顆粒等。由于塔河油田高溫高壓的儲層特征，加之老井重復改造的不確定性，暫堵材料的類型及用量優選是提高暫堵轉向酸壓工藝效果針對性的重要部分［10-12］。針對塔河油田儲層縫洞體較為發育、高溫高壓的儲層特征，本文通過對暫堵材料的性能進行室內綜合評價，在實驗結果的基礎上完成了三層暫堵技術和施工參數的優化設計，現場應用暫堵效果較好，改造后產量較鄰井增加明顯。

1 暫堵劑實驗評價

1.1 實驗材料

纖維（長度3～4 mm、直徑35μm）、暫堵顆粒、鹽酸、劈裂過的巖心。

1.2 暫堵劑溶解性能

纖維和暫堵顆粒既需要在高溫高壓的儲層條件下滿足施工要求，又需要在施工結束后完成降解，減少對儲層的傷害。因此，通過室內實驗評價纖維和暫堵顆粒的耐溫性和溶解性。

塔河油田主體區塊地層溫度為140～160℃，而施工時當前置液和酸液進入地層后起到了降溫的作用，導致施工過程中井底溫度在120℃左右，因此分別測試溫度為120℃和140℃時纖維和暫堵顆粒的溶解性。

溶解實驗結果顯示：120℃條件下，纖維在清水介質中2 h的溶解率低于5%，8 h后溶解率為100%；在20%（wt）鹽酸介質中2 h的溶解率為30%，8 h后溶解率為100%（圖1a）。暫堵顆粒的耐酸性較好，4 h清水介質中的溶解率低于5%，20%（wt）鹽酸介質中溶解率為22.5%（圖1b）。結果表明在施工時間內，纖維和暫堵顆粒的耐酸性較好，能夠保證施工時的持續暫堵效果。

圖1 120℃時纖維及暫堵顆粒的溶解性

取1 g纖維和1 g暫堵顆?；旌霞訜岬?40℃，纖維和暫堵顆粒在清水中加熱2 h后的溶解率為5%，可見纖維原始狀態，加熱8 h后完全溶解。在酸性條件下，加熱2 h后溶解率為16.7%，加熱到4 h后纖維開始變渾濁，溶解率為78%，加熱6 h后纖維和暫堵顆?；救咳芙?，液體透明，沒有沉淀（圖2）。實驗表明，纖維和暫堵顆粒可以在施工過程的高溫條件下溶解得非常徹底，有效的保護儲層和裂縫面不受到暫堵劑帶來的二次傷害。

圖2 140℃時纖維及暫堵顆粒的溶解性

1.3 暫堵劑的承壓性能

暫堵劑的封堵能力是保證施工的關鍵。采用圖3的實驗裝置測試纖維和暫堵顆粒在不同裂縫寬度下的封堵能力。設置實驗溫度120℃，模擬裂縫寬度2 mm和3 mm，采用凍膠壓裂液驅替，記錄驅替壓力隨時間的變化，穩定時的壓力即為暫堵壓力。

圖3 暫堵裂縫承壓效果評價裝置

模擬不同纖維濃度的壓裂液對不同縫寬的暫堵效果可知（表1）：當纖維長度為4 mm時，暫堵液全部濾失，裂縫無法得到有效的封堵。6～8 mm纖維對2 mm縫寬能有效暫堵，隨著纖維濃度的增加，封堵效果逐步提高。纖維濃度為2%時能夠承受5.9 MPa的壓力，當縫寬3 mm時，纖維不能有效暫堵裂縫。然而塔河油田水平井分段的主應力差在6～7 MPa左右，當暫堵壓力大于7 MPa的條件下才能促使人工裂縫從下一段起裂，因此還需要對暫堵劑的性能進行優化。

表1 不同纖維濃度暫堵效果評價

根據國內外學者對暫堵架橋理論的研究，暫堵顆粒尺寸在裂縫寬度1/3～2/3時封堵的效率高且穩定性好［13-15］。因此引入了直徑為1 mm暫堵顆粒用于增強纖維架橋能力，并對不同顆粒濃度復合后的暫堵強度進行測試（見表2）。當纖維濃度為1%～2%時，隨著顆粒濃度的增加，封堵壓力逐步提高。加入0.5%的暫堵顆粒時，暫堵壓力可以提高到9～10 MPa（見圖4），滿足現場施工要求。

圖4 纖維+顆粒暫堵裂縫承壓效果測試

表2 纖維及暫堵顆粒比例優選

2 三層暫堵酸壓技術

基于暫堵劑室內性能評價，結合塔河油田碳酸鹽巖儲層改造的施工經驗，設計的暫堵思路為：第一層轉向酸預暫堵層，第二層纖維混合顆粒主暫堵層，第三層纖維封口的三層暫堵酸壓技術。第一層施工時以低排量注入少量轉向酸，隨著H+與碳酸鹽巖反應，pH和鈣離子的濃度增加使得轉向酸原位凝膠化，增加酸液黏度，形成一層低滲的暫堵性橋塞，將天然裂縫和人工裂縫暫時封堵，使后續酸液能進入未改造的區域，提高酸液波及范圍，此階段暫堵承壓能力較低，低于2MPa。

第一層形成凝膠后，后續注入1%～2%纖維和0.5%暫堵顆粒，快速在裂縫附近堆積，通過架橋作用形成具有高強度的阻擋層。纖維能夠進入顆粒層中細小的孔隙空間，增大暫堵層的填充程度，同時纖維在壓差的作用下能夠形成致密的濾餅，增大流體的流動阻力，封堵壓力達到9～10 MPa，迫使裂縫從下一段起裂，實現無機械工具分段酸壓（圖5）。最后提高纖維濃度至3%，加強縫口的封堵效果，防止主暫堵層顆粒返吐，保證后續的施工順利進行。

圖5 水平井多級暫堵分段酸壓示意圖

3 現場應用及分析

X1H井是塔河油田托普臺區的一口水平井，水平段長389.9 m，完鉆斜深7 335 m。巖性為淺灰色砂屑泥晶石灰巖、黃灰色泥晶灰巖，淺灰色、淺黃灰色、黃灰色泥晶石灰巖。測井解釋Ⅱ類儲層3層7.5 m，Ⅲ類儲層15層202.5 m。該區域壓力系數為1.1，屬于常壓油藏。儲層地層溫度梯度為2.26℃/100 m，預計儲層中深（6 891 m）溫度為155.7℃。根據完井地質特征和測井綜合解釋結果等資料，決定對奧陶系一間房組6 980.00～7 335.00 m層段進行三層工藝的暫堵酸壓改造。

施工中按照三層暫堵工藝的思路，前段注入轉向酸，中間注入纖維和暫堵顆粒，最后尾追纖維。從施工曲線（圖6）可以看出，泵注纖維和暫堵顆粒時，第二級與第三級泵壓上升幅度分別為6.6 MPa和7 MPa，表明暫堵劑起到了很好的封堵效果。暫堵后大排量注入酸液，施工壓力出現明顯峰值后下降，說明新裂縫起裂。壓后G函數分析表明，出現三次裂縫濾失、并先后閉合的特征，且延伸壓力梯度差異大，分別為1.56 MPa/100 m、1.33 MPa/100 m、1.44 MPa/100 m。綜上所述，三層暫堵酸壓技術能夠有效的封堵已壓開層段，達到裸眼水平段分段改造的目的。

圖6 X1H井多級暫堵酸壓施工曲線

壓后該井初始產油102.1 t/d，累計產油4.2×104t，鄰井日產油量為61 t/d，增產效果明顯。

4 結論

（1）三層暫堵工藝能達到塔河油田老井挖潛施工需要達到的封堵效果，纖維和暫堵顆粒在高溫、酸性環境中實現完全降解，不會對儲層造成傷害，且能承受9～10 MPa的壓力。

（2）現場應用表明，加入暫堵劑后泵壓上升幅度明顯，水平井三層暫堵分段改造工藝在塔河油田成功應用，取得了顯著的增產效果。