米強(qiáng)波 中國(guó)石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院

塔河油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸壓改造效果

米強(qiáng)波 中國(guó)石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院

通過(guò)測(cè)試酸液的酸巖反應(yīng)速率、酸蝕裂縫導(dǎo)流能力以及濾失效果等，對(duì)塔河油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸壓改造效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，交聯(lián)酸的酸巖反應(yīng)速率較慢，且酸蝕有效作用距離較長(zhǎng)。為確保酸蝕有效作用距離，必須控制井筒附近的酸液濾失。該實(shí)驗(yàn)研究為塔河碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸壓設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工提供了依據(jù)。

碳酸鹽巖儲(chǔ)層；酸巖反應(yīng)；反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；導(dǎo)流能力；濾失

塔河油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層埋藏深、溫度高，基質(zhì)中碳酸鹽純度高，酸巖反應(yīng)速度快，降低了酸蝕有效作用距離；酸液濾失嚴(yán)重，限制了酸液有效作用范圍和穿透深度。針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)研究酸巖反應(yīng)速率、酸蝕裂縫導(dǎo)流能力、酸液濾失行為，從而確定不同酸液類(lèi)型、酸液用量下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力分布和酸蝕有效作用距離，最終提高了塔河油田酸壓改造效果，該實(shí)驗(yàn)研究為塔河碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸壓設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工提供了依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 酸巖反應(yīng)速率測(cè)試實(shí)驗(yàn)

（1）酸巖反應(yīng)速率測(cè)試。采用酸巖反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置分別測(cè)定膠凝酸、變黏酸在酸濃度為20%、15%、10%、5%時(shí)的酸巖反應(yīng)速率，測(cè)定稠化酸、交聯(lián)酸在酸濃度為20%時(shí)的酸巖反應(yīng)速率。實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定為地層溫度110℃，高黏度酸巖反應(yīng)裝置轉(zhuǎn)速設(shè)定為100r/min。

（2）酸巖反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程確定。酸巖反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程可表示為

式中K和m在一定條件下為常數(shù)。

因此，用lgK和lgC做圖得一直線，采用最小二乘法對(duì)lgJ和lgC進(jìn)行線性回歸，求得K和m值，從而確定酸巖反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。

1.2 酸蝕裂縫導(dǎo)流能力測(cè)試

實(shí)驗(yàn)測(cè)定了巖心白樣的裂縫導(dǎo)流能力。測(cè)定了四種酸液在酸濃度為10%時(shí)與巖心反應(yīng)后的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力。設(shè)計(jì)酸液體積1L，酸液流量0.45L/min，過(guò)酸裝置為平板夾持器，過(guò)酸方向?yàn)閹r心的長(zhǎng)軸方向。

1.3 酸液濾失實(shí)驗(yàn)測(cè)試

測(cè)定變黏酸、稠化酸在不同酸液濃度、流速下與一間房組儲(chǔ)層含裂縫巖石的動(dòng)態(tài)濾失速度、濾失系數(shù)，研究酸液在巖石裂縫中的反應(yīng)—溶蝕—濾失行為。酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、15%、10%、5%，溫度設(shè)定為地層溫度110℃。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1酸巖反應(yīng)速率測(cè)試

（1）用膠凝酸與變黏酸酸巖反應(yīng)速率和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程測(cè)定了膠凝酸、變黏酸的反應(yīng)速率，并求其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，結(jié)果見(jiàn)表1。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，變黏酸在各個(gè)濃度反應(yīng)速率均快于膠凝酸，這主要是由黏度變化引起的。變黏酸特點(diǎn)是在90～140℃時(shí)隨著溫度升高，黏度逐漸升高。實(shí)驗(yàn)初期酸液加入至反應(yīng)釜中，黏度較低，因此反應(yīng)速率也較快。

表1 酸巖反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)比

（2）酸液酸蝕有效作用距離計(jì)算。分別計(jì)算了膠凝酸、變黏酸與交聯(lián)酸的酸蝕有效作用距離，如表2所示。

表2 不同酸液酸蝕有效作用距離對(duì)比

由表2可知，酸巖反應(yīng)速率決定酸蝕有效作用距離，計(jì)算得膠凝酸酸蝕有效作用距離約為97m；變黏酸有效作用距離為60m；交聯(lián)酸因反應(yīng)速率最慢有效作用距離可達(dá)到110m?？芍嵛g有效作用距離與酸液用量無(wú)直接關(guān)系，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)酸液在地層中的時(shí)間超過(guò)20min后會(huì)失去活性，因此當(dāng)排量一定時(shí)，增加注酸量并不能增加酸蝕裂縫有效長(zhǎng)度。

綜上可知，交聯(lián)酸酸巖反應(yīng)速率較慢，且酸蝕有效作用距離較長(zhǎng)，可取得更好的改造效果。

2.2 酸蝕裂縫導(dǎo)流能力測(cè)試

實(shí)驗(yàn)用巖心劈裂的方式對(duì)裂縫導(dǎo)流能力進(jìn)行測(cè)試，模擬了地層裂縫的真實(shí)情況，可以準(zhǔn)確反映地層天然裂縫、人工裂縫和酸蝕裂縫的導(dǎo)流能力情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同類(lèi)型酸液酸蝕裂縫導(dǎo)流能力對(duì)比

由圖1可知，變黏酸酸蝕效果較好，有利于形成高導(dǎo)流能力裂縫。但從整體來(lái)看，變黏酸的反應(yīng)速率快使得其有效作用距離有限，不利于連通更多的天然裂縫及有效儲(chǔ)集體。因此酸壓設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力的要求，在滿足導(dǎo)流能力需要的情況下盡量選擇酸巖反應(yīng)速率較小的酸液體系，增加酸液的穿透深度，擴(kuò)大酸液有效作用面積。

2.3 酸液體系濾失效果

研究不同濃度酸液濾失時(shí)間與累積濾失量關(guān)系。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，酸液累積濾失量隨著濾失時(shí)間增加逐漸增加，而曲線尾部呈上翹趨勢(shì)，說(shuō)明酸液濾失速率隨著濾失時(shí)間增加而加快。這是由于酸液不斷與巖石發(fā)生反應(yīng)，剛開(kāi)始進(jìn)入巖石時(shí)酸液流動(dòng)通道較小，濾失速率較慢，由于酸巖反應(yīng)的進(jìn)行酸液流動(dòng)通道不斷擴(kuò)大，流動(dòng)速率加快，因此濾失速率也加快。三條不同酸濃度的濾失曲線均表現(xiàn)出相同趨勢(shì)。

綜上可知，酸液的濾失在一定程度上會(huì)限制酸液的有效作用距離。高濃度酸液濾失較快，濾失速率可達(dá)600mL/min，為確保酸蝕有效作用距離，在縫口區(qū)域必須保證酸液具有一定黏度，從而降低在縫口附近的濾失。

3 結(jié)論

（1）由酸巖反應(yīng)速率求取的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程可得：膠凝酸為J=1.667×10-6C0.3223，變黏酸為J= 2.2956×10-6C0.4584，四種酸液酸巖反應(yīng)速率由快到慢依次為變黏酸、稠化酸、膠凝酸、交聯(lián)酸。交聯(lián)酸的酸巖反應(yīng)速率慢，且酸蝕有效作用距離長(zhǎng)。

（2）四種酸液的酸蝕效果都較明顯，尤其在裂縫導(dǎo)流能力保持率方面酸蝕效果接近，在酸壓設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量選擇酸巖反應(yīng)速率較慢的酸液體系，增加酸液的穿透深度。

（3）酸液的濾失條件與酸液黏度和天然裂縫的導(dǎo)流能力有關(guān)，高濃度酸液濾失速率可達(dá)600mL/min，為確保酸蝕有效作用距離，必須控制井筒附近的酸液濾失。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.058