段明峰

(中國石油集團川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司)

0 引言

酸壓是改造碳酸鹽巖儲層的重要手段。由于碳酸鹽巖儲層在酸壓改造過程中，既會發(fā)生酸-巖反應(yīng)，又會形成一定規(guī)模的人工裂縫，這比常規(guī)的酸化解堵或單純的加砂壓裂要復(fù)雜得多。酸壓施工設(shè)計受許多因素的影響和控制，如儲層特征、酸液種類、濃度及添加劑的使用等，但是最主要的兩個因素是酸蝕裂縫長度和酸蝕導(dǎo)流能力[1-3]。裂縫的酸蝕導(dǎo)流能力是很難預(yù)測的，導(dǎo)流能力的大小取決于一個隨機的過程[4]。它不僅與巖石本身的酸巖溶蝕率有關(guān)，而且受巖石表面酸溶性礦物的隨機分布控制[5]。為了深入認識裂縫中的酸液流動特性，實驗考察了巖石類型、裂縫寬度、驅(qū)替排量、實驗溫度、閉合壓力及測試流量等多種因素對酸蝕導(dǎo)流能力的影響，獲得了規(guī)律性認識，可作為酸壓施工設(shè)計的重要參考。

1 實驗儀器、材料及方案

1.1 實驗儀器與材料

實驗儀器：酸蝕裂縫導(dǎo)流儀(海安石油科研儀器有限公司產(chǎn)品)

酸液體系：20%HCl+1.5%SD1-3(緩蝕劑)+1.0%SD1-32(轉(zhuǎn)相劑)+2.5%SD1-15(酸液稠化劑)+1%SD1-11(鐵離子穩(wěn)定劑)+1.0%SD2-14(緩速增效劑)+1.0%SD2-9(助排劑)

測試介質(zhì)：蒸餾水

巖石材料：天然大理石、人造大理石、灰?guī)r露頭(大理石由市場上購得，灰?guī)r露頭為飛仙關(guān)組飛四段巖石露頭)

樣品規(guī)格：長×寬×高=17.8×3.8×2.5(cm3)

1.2 實驗方法及參數(shù)的確定

實驗以平行巖板設(shè)定一定的縫寬來模擬儲層裂縫進行酸液流動實驗，然后進行導(dǎo)流能力的測定，分析酸液流動對裂縫導(dǎo)流能力的改善效果，以及各種因素對酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響。實驗參照常用的酸化施工設(shè)計中的模擬參數(shù)，設(shè)計裂縫縫寬1.0～3.0mm、注酸排量60ml/min～160ml/min來進行酸液流動實驗，模擬人工裂縫中0.01m/s～0.1m/s流速下的酸液流動過程；裂縫導(dǎo)流能力的測定采用10ml/min的測試流量，閉合壓力范圍為10 MPa ～90MPa。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 裂縫縫寬對導(dǎo)流能力的影響

分別對多個裂縫縫寬(1.0～3.0mm)下的人造大理石和灰?guī)r露頭巖板進行酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實驗，一套巖板只進行一個縫寬下的實驗。實驗條件：溫度60℃，用酸量2000ml，注酸排量100ml/min，測試流量10ml/min，閉合壓力10 MPa ～50MPa。實驗結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 人造大理石在不同裂縫縫寬下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

圖2 灰?guī)r露頭在不同裂縫縫寬下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

從實驗結(jié)果可以看出，人造大理石和灰?guī)r露頭巖板，在相同測試閉合壓力下，導(dǎo)流能力均隨實驗設(shè)置縫寬的增加而降低；而隨著測試閉合壓力的增加，導(dǎo)流能力則快速下降。在30MPa的閉合壓力下測試，灰?guī)r露頭1.5mm縫寬下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力為11.4μm2·cm，而其在1.0mm縫寬下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力為89.1μm2·cm，遠高于其1.5mm縫寬下的實驗結(jié)果。因此，若能適當控制酸壓過程中的縫寬，將有利于提高施工效果。

在用酸總量及注酸排量相同的條件下，巖板裂縫寬度的增加使酸液在裂縫中流過的速率降低，同時也降低了鮮酸與巖石壁面的有效接觸。酸液流速低不利于形成沖蝕溝槽，而接觸不夠也降低了酸液的有效利用。從而導(dǎo)致了相同實驗條件下，縫寬小的巖板要強于縫寬大的巖板的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力。

2.2 注酸排量對導(dǎo)流能力的影響

分別以60ml/min～160ml/min范圍內(nèi)的多種注酸排量進行酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實驗，一套巖板只進行一種注酸排量下的實驗。實驗條件：溫度60℃，用酸量2000ml，裂縫縫寬1mm，測試流量10ml/min，閉合壓力10～50MPa。實驗結(jié)果見圖3、圖4。

由圖3、圖4，隨著注酸排量的增加，大理石和灰?guī)r露頭巖板的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力均增大。其中，灰?guī)r露頭巖板經(jīng)過60ml/min、100ml/min、120ml/min、160ml/min四種流速下的酸液流動后，在30MPa閉合壓力的測試條件下，其裂縫導(dǎo)流能力依次為2.4μm2·cm、8.0μm2·cm、16.4μm2·cm、27.6μm2·cm、62.3μm2·cm，低酸液流速下的裂縫導(dǎo)流能力已經(jīng)極低，而160ml/min流速下的酸蝕裂縫則保持較高的導(dǎo)流能力值。酸液流速增加對形成沖蝕溝槽極為有利，但同時也會降低酸液與巖石的有效接觸時間。從實驗結(jié)果看，顯然沖蝕溝槽對酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響更大。

圖3 人造大理石在不同注酸排量下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

圖4 灰?guī)r露頭在不同注酸排量下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

2.3 實驗溫度對導(dǎo)流能力的影響

分別對人造大理石和灰?guī)r露頭進行20℃、40℃、60℃、80℃、90℃下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實驗，一套巖板只進行一個溫度條件的實驗。其它實驗條件：用酸量2000ml，注酸排量100ml/min，裂縫縫寬1mm，測試流量10ml/min，閉合壓力10MPa。實驗結(jié)果見圖5。

明代新昌地圖右上方的“水自金庭來”，既說明古金庭位于新昌境內(nèi)的東北角，又說明古金庭是一河流的發(fā)源地，從圖中河流看，為古剡黃澤江上游的一個源頭。這剛好與王罕嶺位置合。

圖5 溫度對酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響

從圖5可以看出，人造大理石巖板的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力隨溫度的升高而增大。溫度的升高大大增加了酸巖反應(yīng)速率，提高了對大理石壁面的非均勻刻蝕，從而提高了裂縫導(dǎo)流能力。至于灰?guī)r露頭巖板的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力受溫度的影響，從實驗結(jié)果來看，其測得值較為凌亂，變化規(guī)律不明顯。

2.4 測試閉合壓力對導(dǎo)流能力的影響

閉合壓力對酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響非常大。從圖1～圖4均可以看出，隨著閉合壓力的增加，測試導(dǎo)流能力快速下降，在30MPa附近下降幅度趨于平緩，且相同實驗條件下灰?guī)r露頭的導(dǎo)流能力要遠低于人造大理石。通過觀察實驗巖板，發(fā)現(xiàn)實驗后的人造大理石壁面比較干凈，而反應(yīng)后灰?guī)r露頭表面則留有大量不溶于鹽酸的膏狀物，且壁面較軟。反應(yīng)后變軟的裂縫壁面會使裂縫支撐點的支持效果大大降低，同時留下的膏狀物則會堵塞通道，使導(dǎo)流能力下降。這表明，儲層閉合壓力是酸壓施工后影響油氣產(chǎn)量的最重要因素之一。

2.5 測試流量對導(dǎo)流能力的影響

分別以2.5ml/min、5.0ml/min、10ml/min的測試流量對灰?guī)r露頭酸蝕裂縫進行導(dǎo)流能力測試實驗，閉合壓力10 MPa ～50MPa。實驗結(jié)果見圖6。

圖6 測試流量對導(dǎo)流能力的影響

由圖6實驗結(jié)果，隨著測試流量的增加，導(dǎo)流能力值呈下降趨勢。在測試過程中，介質(zhì)流速越大，其流動阻力越大，也越容易攜帶反應(yīng)殘留物和壓碎的小顆粒物堵塞通道，導(dǎo)致導(dǎo)流能力降低。根據(jù)實驗結(jié)果，施工完成后放噴排液階段，在裂縫閉合后應(yīng)適當降低排液速度，以降低排液過程對儲層導(dǎo)流能力的損害。

2.6 不同巖板的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力差異性分析

從上述實驗結(jié)果可以看出，裂縫寬度、注酸排量、閉合壓力等因素對人造大理石和灰?guī)r露頭巖板的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響規(guī)律存在著一致性。但在相同實驗條件下的導(dǎo)流能力測試值，則存在較大差異，尤其在高閉合壓力下，露頭巖板的裂縫導(dǎo)流能力明顯低于大理石巖板。

圖7天然大理石圖8人造大理石圖9灰?guī)r露頭

3 結(jié)論及建議

利用酸蝕裂縫導(dǎo)流儀，對大理石巖板及灰?guī)r露頭進行了酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實驗分析。實驗結(jié)果表明，增加酸液在裂縫中的流速，有利于形成高導(dǎo)流能力通道；溫度的升高提高了大理石裂縫導(dǎo)流能力，而灰?guī)r露頭由于其非均質(zhì)性及反應(yīng)產(chǎn)生的不溶物不利于裂縫導(dǎo)流能力的提高；閉合壓力的增加使得裂縫閉合及裂縫表面相互咬合嵌入，導(dǎo)流能力快速下降，其中灰?guī)r露頭在閉合壓力高于30MPa后有效導(dǎo)流能力下降至極低；測試流量的增加也會使裂縫導(dǎo)流能力測試值下降。

由此可見，通過工藝適當控制酸壓過程中的裂縫寬度或提高泵注排量，將有利于提高閉合后的裂縫導(dǎo)流能力；在施工放噴排液階段及油氣生產(chǎn)過程中，可適當控制氣液流速，以降低對儲層導(dǎo)流能力的二次損害。至于閉合壓力對裂縫導(dǎo)流能力的影響，可在施工工藝上進行優(yōu)化和創(chuàng)新(比如酸液攜砂)，以克服類似問題。

1 郭靜，李力，彭輝.川東石炭系影響白云巖酸蝕裂縫導(dǎo)流能力因素的試驗研究[J].鉆采工藝，2003，26(3)：39-41.

2 李年銀，趙立強，張倩，等.酸壓過程中酸蝕裂縫導(dǎo)流能力研究[J].鉆采工藝，2008，31(6)：59-62.

3 蔣衛(wèi)東，汪緒剛，蔣建方，等.酸蝕裂縫導(dǎo)流能力模擬實驗研究[J].鉆采工藝，1998，21(6)：33-36.

4 王興宏，操紅梅，謝政，等譯.酸化壓裂導(dǎo)流能力的系統(tǒng)實驗研究[J].國外油田工程，2001，17(2)：6-9.

5 付永強，郭建春，趙金洲，等.復(fù)雜巖性儲層導(dǎo)流能力的實驗研究-酸蝕導(dǎo)流能力[J].鉆采工藝，2003，26(3)：22-25.