張永春，狄偉，何青，王德安 （中石化華北分公司工程技術研究院，河南 鄭州450006）

梁護戰(zhàn) （中石化華北石油局井下作業(yè)公司，河南 鄭州450006）

大牛地氣田位于陜西省榆林市與內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯交界地區(qū)，構造位置處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部東段。氣田上古生界發(fā)育有大面積連片的致密砂巖氣藏，經過近10年來的勘探開發(fā)取得了良好的效果。近年來，在下古生界奧陶系風化殼中發(fā)現(xiàn)了碳酸鹽巖氣藏，該氣田屬低孔、低滲氣藏，且儲層非均質性較強、微裂縫發(fā)育，前期采用直井酸壓改造未取得理想的效果。隨著勘探開發(fā)的深入，調整了開發(fā)方式，采用了水平井進行開發(fā)試驗。通過采用裸眼完井、管外封隔分段壓裂工具實施分段酸壓改造方式，擴大了改造體積，提高了酸蝕裂縫導流能力，分段酸壓增產效果良好，對其他低滲、致密碳酸鹽巖氣藏的開發(fā)具有重要的指導意義。

1 儲層地質特征及酸壓難點分析

1．1 儲層地質特征

大牛地氣田下古生界奧陶系馬五段 （Om5）發(fā)育有孔隙－裂縫性碳酸鹽巖，其中風化殼－（上標表示亞段）儲層以巖性較純的白云巖發(fā)育為主，通過鏡下薄片觀察，巖石類型以微－粉晶白云巖和細晶白云巖為主要的儲集巖相類型，Om55儲層則以潮下灰?guī)r白云化形成的云質灰?guī)r或灰質白云巖為主體?？紫额愋鸵跃чg孔及晶間溶孔、粒間溶孔、粒內溶孔、膏?？诪橹?，發(fā)育破裂縫、溶蝕縫等微裂縫 （圖1）。

圖1 儲層孔隙微觀結構

下古生界碳酸鹽巖Om5為低孔 （孔隙度4%～8%）、低滲 （滲透率0．01～1mD）致密，低壓 （壓力因數(shù)0．8左右）氣藏；地溫梯度3．08℃／100m；水平最小主應力方向為NE45°左右、應力梯度大于1．8MPa／100m［1］。

1．2 酸壓難點分析

2011年以前，在大牛地氣田針對下古生界碳酸鹽巖儲層開展了90多井次直井酸壓工藝施工，主要采用了普通酸壓、前置酸壓、多級交替注入酸壓、閉合酸壓、多級注入閉合酸壓等酸壓工藝，無阻流量最高達到5．15×104m3／d，但達到工業(yè)氣流的井數(shù)較少，直井改造獲取工業(yè)氣流14層，占總井數(shù)15．6%。總結分析存在以下問題：

1）酸液濾失嚴重，實現(xiàn)深度酸壓困難 儲層非均質性較強，存在不同程度的裂縫發(fā)育，酸壓施工過程中酸液濾失較為嚴重。對Om5進行掃描電鏡分析，Om5為裂縫－孔隙性儲層，基質滲透性差，裂縫發(fā)育，含有充填、半充填、未充填等各種類型裂縫。

2）直井酸壓難以建產，需要水平井分段酸壓提高單井產量 需通過水平井提高儲層裂縫鉆遇率；通過分段數(shù)和長距離的酸蝕縫長，擴大改造體積，提高單井產量。

隨著勘探開發(fā)的深入，調整了開發(fā)方式，采用水平井進行開發(fā)。水平井相對直井具有泄氣面積大、儲量動用程度高、改造體積大、單井產量高、開發(fā)占地少、日常管理方便等優(yōu)點。

2 水平井分段酸壓工藝

水平井多級管外封隔分段酸壓工藝是通過裸眼封隔器和滑套開關實現(xiàn)多段壓裂，工具和完井管柱一體下入，通過投入大小不同的球，控制各級滑套打開，實現(xiàn)一次改造多段。分段壓裂 （圖2）①鄭鋒輝 ．大牛地氣田水平井分段壓裂技術研究與應用 ．中國石化華北分公司工程技術研究院，2010．完成后，開井返排后即可投產。該工藝工具質量可靠，耐酸腐蝕，適應不同的井身結構，滑套打開可靠；采用低密度樹脂球，有利于壓后返排，強度和密封性能合格，承壓形變??；可大排量泵注，提高儲層的改造強度。采用3in（1in＝2．54cm）油管進行泵注施工，具有15段的分級能力［2］。

圖2 多級管外封隔分段壓裂工藝示意圖

3 酸液體系

轉向酸具有暫堵、轉向、增加酸蝕距離以及降濾的特點，在酸壓過程中隨著酸液與巖石反應的不斷進行，酸液質量分數(shù)降低，而黏度增加，抑制酸液的濾失。當酸繼續(xù)與巖石反應后，反應后的Ca2＋、Mg2＋質量分數(shù)增加，溶液表現(xiàn)為黏度降低，有利于殘酸的返排［3］。

3．1 轉向酸作用原理

轉向酸是一種黏彈性表面活性劑類的酸液體系。高質量分數(shù)的轉向酸由于氫離子的屏蔽，該表面活性劑表現(xiàn)為游離的膠束，酸液表現(xiàn)為低黏度狀態(tài)；隨著酸巖反應的進行，酸液中氫離子質量分數(shù)的降低，對溶液中表面活性劑膠束之間的屏蔽作用減弱，膠束之間可以聚集，形成更高級的層狀膠束，同時酸液中反應產生的Ca2＋、Mg2＋質量分數(shù)增加，這些金屬離子可以與表面活性劑中的O、N形成配位鍵，進一步使膠束的聚集體增大，從而使酸液表現(xiàn)為黏度逐漸增加；當酸繼續(xù)與巖石反應后，溶液中的Ca2＋、Mg2＋質量分數(shù)進一步增加，這些離子嵌入到表面活性劑形成的膠束結構之間，將膠束分離開來，導致溶液中又充滿了游離的膠束，溶液表現(xiàn)為黏度降低 （圖3）。

圖3 轉向酸原理示意圖

圖4 轉向酸黏度與質量分數(shù)變化曲線

另外，酸液黏度隨質量分數(shù)的變化而變化，且存在一個臨界酸質量分數(shù) （10%左右），當酸液中酸質量分數(shù)趨近于此臨界值時，酸液的黏度升高，當背離于該臨界值時，酸液黏度降低 （圖4）。轉向酸這樣的特性，使酸液在能到達的區(qū)域起到暫堵轉向以及降濾的作用，而到殘酸階段，酸液黏度降低到10mPa·s以下，有利于殘酸返排［4］。

圖5 轉向酸流變性能測試

3．2 轉向酸室內試驗評價

1）轉向酸流變性能 殘酸在90℃下，黏度迅速增加，最高達到150mPa·s，后期黏度基本保持穩(wěn)定，剪切90min后酸液黏度依然保持在60mPa·s左右，這樣與鮮酸形成黏度差，因此，具有很好的降濾及分流轉向性能 （圖5）。

2）轉向酸緩速性能 在室內對比了質量分數(shù)為20%鹽酸溶液與轉向酸的反應速度，測定了其緩速率。按酸液配方配制好轉向酸液，將配制好的酸液與質量分數(shù)為20%鹽酸 （無轉向劑），在常壓、90℃、靜態(tài)條件下分別與過量的大理石反應，間隔一定時間取樣，用NaOH標準溶液滴定液體中鹽酸的質量分數(shù)。未加轉向劑的鹽酸在反應30min時已近乏酸，而轉向酸至120min時還有近5%的酸質量分數(shù) （圖6），說明轉向酸液具有很好的緩速效果。

圖6 轉向酸液的酸質量分數(shù)與反應時間的關系

圖７ 轉向酸體系注酸過程中的壓力響應曲線

3）轉向酸轉向性能和降阻性能 初期注入壓力較為平緩，注入轉向劑時，注入壓力持續(xù)上升，表明酸液的黏度在酸化過程中增加形成一種暫堵段塞，是體系分流能力的體現(xiàn) （圖7）。試驗巖心的入口面沒有任何殘留物，表明轉向過程發(fā)生在巖心內部。

轉向酸在4m3／min排量下，在外徑88．9mm油管流動摩阻系數(shù)為7MPa／km，折合計算酸液的降阻率為50%左右。

4）儲層適應性評價 隨著酸液質量分數(shù)的降低以及Ca2＋、Mg2＋等反粒子的存在，酸液黏度逐漸增加，酸液有效傳質系數(shù)減小，酸巖反應速率減小。溶蝕率試驗結果表面，轉向酸針對Om5灰?guī)r儲層的溶蝕率較高，達到85．35%～92．1455%。通過觀察轉向酸刻蝕巖板后的巖板表面沒有見到蚓孔，表明轉向酸能有效改變酸液的流動方向，阻止蚓孔產生。

殘酸表面張力為26mN／m，殘酸界面張力為2．5mN／m，殘酸具有較低的表面張力及界面張力，對于低壓儲層有利于殘酸的快速返排。同時酸液穩(wěn)定性測試 （90℃、72h）無分層、無沉淀，說明酸液在地層溫度下具有很好的穩(wěn)定性。

4 水平井分段酸壓參數(shù)優(yōu)化

根據儲層的地質參數(shù)和儲層特征，結合前期直井酸壓改造經驗，單段酸蝕裂縫長度在150～200m就可以獲得較理想的產能，此時需要的轉向酸液量為200m3左右，考慮裸眼段儲層的表面酸巖反應和濾失影響，針對不同水平井段的濾失和物性，略有變化。

對于施工排量為了延緩酸巖反應速率，遵循在施工壓力不超過施工限壓的情況下，盡可能提高施工排量，最低要求排量大于5．0m3／min。

5 現(xiàn)場試驗

PG2井是華北分公司在大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖儲層中的第一口水平井，完鉆層位為Om5，水平段長1000m，根據地質顯示情況，采用多級管外封隔分段工藝優(yōu)選9段進行酸壓改造。酸壓設計的總體思路為 “高排量、降阻、緩速、降濾、大規(guī)模、深穿透”。根據各段儲層的差異，單段設計轉向酸最小規(guī)模為180m3，最大規(guī)模270m3。

PG2井現(xiàn)場成功進行了9級酸壓，入地總液量2236．4m3，施工最高壓力74．7MPa，最高排量7．2m3／min，施工順利，滑套全部打開。施工過程中，裂縫轉向特征明顯，轉向酸進入地層后，排量降低，施工壓力升高，裂縫轉向特征明顯。壓后12h自噴見氣；試氣平均產量5．2×104m3／d，返排率達56．5%。與周圍相同層位直井相比，增產倍比達到10以上。

6 結論和建議

1）研究和現(xiàn)場試驗表明，多級管外封隔分段酸壓工藝技術＋轉向酸液體系工藝技術可滿足下古生界孔隙－裂縫性碳酸鹽巖氣藏增產改造的需要，可以實現(xiàn)該致密低滲碳酸鹽巖氣藏經濟有效開發(fā)。

2）水平井酸壓改造的關鍵因素是注入排量，應在施工限壓允許的情況下，盡可能地提高施工排量，滿足酸液濾失，使施工時井底保持足夠的凈壓力，造長縫，實現(xiàn)深部酸壓。

3）建議結合碳酸鹽巖儲層特征嘗試采用套管固井分段酸壓工藝進行儲層酸壓改造，避免由于水平井裸眼段長、儲層裂縫發(fā)育、酸液接觸面積大，導致的酸液濾失嚴重，酸蝕裂縫長度短。同時，進一步加強對酸壓返排工藝技術措施的研究，降低酸液在儲層中的濾失和滯留，提高增產效果。

［1］秦玉英 ．水平井壓裂技術在大牛地氣田的試驗應用 ［A］．中國石化油氣開采技術論壇秘書處 ．中國石化油氣開采技術論文集［C］．北京：中國石化出版社，2009．

［2］騰春，杜澤宏，施凌麗，等 ．水平井裸眼封隔器多級壓裂技術在蘇75區(qū)塊的應用 ［J］．鉆采工藝，2012，35（6）：31～33．

［3］周宗強，王小朵，張燕明，等 ．長慶靖邊氣田深度酸壓改造技術的發(fā)展與完善 ［J］．鉆采工藝，2006，29（2）：48～50．

［4］何春明，陳紅軍，趙洪濤，等．VES自轉向酸體系流變性能 ［J］．油氣地質與采收率，2010，19（4）：104～107．