茍 波 郭建春 何春明,3 陸燈云 張明友 雷躍雨

(1.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室(西南石油大學))

(2.塔里木石油勘探開發(fā)指揮部第二勘探公司)

(3.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院 4.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦合江采氣作業(yè)區(qū))

TZ氣藏產層為新近系的吉迪克組，沉積環(huán)境為寬淺鹽湖沉積，產層段砂泥巖共劃分出4大類12個巖石相。其中粉砂巖相發(fā)育，而粉砂巖相又包括灰質粉砂巖相、粉砂巖相、泥質粉砂巖相等，對應的巖石類型有含灰質的粉砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖等，巖石類型相當復雜，主要巖石類型為灰質粉砂巖、泥質粉砂巖。前期借鑒Harry[1]的砂巖酸化酸液體系選擇經驗，選擇了一套酸液體系，但酸化效果不理想。針對TZ氣藏這類復雜砂巖儲層的酸液體系優(yōu)選，不能盲目照搬酸化經驗，需要開展室內實驗研究。本實驗利用氣藏前期經驗選擇的酸液體系與現(xiàn)場兩類典型的巖石開展酸化物理模擬實驗，分析酸化效果，根據酸化效果優(yōu)選適合TZ氣藏復雜砂巖儲層特征的酸液體系。

1 儲層巖石礦物特征分析

酸液體系的選擇需首先分析巖石礦物成分。選取TZ氣藏TZ2井區(qū)代表井TZ-2井、TZ3井區(qū)代表井TZ-3井的巖心，利用X射線衍射分析法確定巖石礦物組成(見表1)[2]。

表1 全巖X衍射實驗結果

TZ-2產層段巖石礦物成分主要為石英和碎屑，碳酸鹽礦物質量分數較高(20%～30%)；TZ-3井碳酸鹽礦物質量分數較低(小于10%)，黏土含量較高，部分井段達到了30%(w)，但仍以石英和碎屑成分為主。這兩口井的巖石類型代表了TZ氣藏兩類典型的砂巖類型，一類是碳酸鹽礦物含量較高的砂巖儲層；一類是黏土含量較高的泥質砂巖儲層。復雜的砂巖礦物組成特征決定了TZ氣藏酸液體系的復雜性，后續(xù)實驗研究以這兩井的巖心為對象。

黏土礦物分析(表2)表明，儲層黏土礦物主要以速敏性礦物伊利石為主，其次為水敏性礦物伊/蒙混層，此外還含有少量酸敏性礦物綠泥石。從黏土礦物分析，伊利石含量高，酸化后容易破碎形成微粒，通過流體運移堵塞孔隙喉道；伊/蒙混層含量高，酸化后易造成礦物膨脹、脫落堵塞孔隙喉道，降低酸化效果[3-4]。因此，TZ氣藏酸液體系必須考慮盡量減小酸化后造成的二次傷害。

表2 黏土礦物分析

2 酸液體系優(yōu)選

2.1 實驗原理及步驟

將選取的TZ-2井、TZ-3井巖心制成標準巖樣，采用巖心流動實驗模擬酸化效果[5]。主要實驗步驟如下：

(1) 氣測標準巖心的初始滲透率k1。

(2) 開展鉆井液污染實驗，測試巖心污染后的滲透率k2。

(3 ) 采用不同的酸液體系驅替巖心，開展酸化解堵實驗，測定解堵后的滲透率k3。

實驗條件：驅替壓力2 MPa，溫度(儲層溫度)60 ℃。

實驗配方：

(1) 復合鹽XSQB-tek鉆井液。

(2) 經驗選擇的酸液體系：前置酸(鹽酸)配方——12%(w)HCl+2%(w)緩蝕劑+1%(w)鐵離子穩(wěn)定劑+1%(w)破乳劑+1%(w)助排劑+2%(w)黏土穩(wěn)定劑；主體酸(土酸)配方——12%(w)HCl+2%(w)HF+2%(w)緩蝕劑+1%(w)鐵離子穩(wěn)定劑+1%(w)破乳劑+1%(w)助排劑+2%(w)黏土穩(wěn)定劑。

2.2 實驗結果及討論

2.2.1鉆井液污染傷害

鉆井過程中，鉆井液與儲層巖石長期接觸，鉆井液的固相、液相不可避免地進入儲層孔隙空間，對儲層造成傷害[6]。酸化目的之一就是解除鉆井液對儲層的污染。因此，弄清鉆井液的傷害程度有助于酸液體系的選擇和用酸量的確定[7]。

表3是儲層巖心被鉆井液傷害2 h后的實驗結果。從表3可以看出，鉆井液對儲層巖心滲透率的傷害超過70%；儲層物性越好，鉆井液對儲層的傷害程度越嚴重。鉆井液與巖心相接觸的端面形成了一層較厚的泥餅(圖1(b))。

表3 鉆井液傷害測試

為了進一步明確鉆井液對儲層傷害程度，對1#巖心和3#巖心刮去接觸端面鉆井液濾餅，測試刮去濾餅后的巖心滲透率。從實驗測試結果(表4)可知，刮去濾餅后巖心的傷害程度從70%以上降低到40%左右，傷害程度大幅度降低；同時可以看出單純的解除外部濾餅的傷害難以有效恢復儲層的原始滲透率。實驗證實，外部濾餅的堵塞僅是巖心傷害的一部分，其他如內部濾餅、鉆井液濾液同樣會對儲層造成較大的傷害[8]。

表4 刮去濾餅后滲透率恢復結果

2.2.2酸化解堵效果分析

(1) 鹽酸酸化效果分析。對于TZ2井區(qū)這類碳酸鹽礦物含量高的儲層，賀承祖、Harry O. McLeod Jr等學者[1，9]認為，僅采用鹽酸酸化即可。實驗選取TZ2井區(qū)5#巖心，開展鹽酸酸化解堵實驗。從實驗結果可看出(圖2)，鉆井液污染后，巖心滲透率傷害率達84.3%，鹽酸酸化后滲透率僅恢復到初始值的23.5%，因此單靠鹽酸酸化解除鉆井液傷害的能力有限。

從酸液體系對鉆井液泥餅的溶蝕率(表5)可知，鹽酸對泥餅的溶蝕能力有限(最高僅24.65%)，因此鹽酸酸化后巖心滲透率恢復率很低。實質上，賀承祖等人[9]未考慮鉆井液對儲層的嚴重傷害，Harry O. McLeod Jr[1]沒有考慮鹽酸對不同鉆井液體系泥餅的溶蝕程度差異。

(2) “前置酸+主體酸”酸化效果分析。選取TZ氣藏前期酸化廣泛采用的酸液體系，用TZ2、TZ3井區(qū)的巖心先做鉆井液污染實驗，然后做“前置酸+主體酸”酸化的室內實驗。

表5 不同酸液對鉆井液泥餅的溶蝕實驗

表6 不同井區(qū)酸化實驗結果

從實驗結果(表6)可以看出，“前置酸+主體酸”對儲層的酸化效果較鹽酸有大幅度的提高，特別是TZ-2井7#、8#巖心，酸化后的巖心滲透率超過了初始滲透率；TZ-3井酸化后，滲透率有一定恢復，但恢復效果沒有TZ-2井好。實驗結果表明，需要對TZ氣藏不同井區(qū)所選擇的酸液體系開展有針對性的優(yōu)化，才能更好地提高區(qū)塊酸化效果。考慮到不同井區(qū)儲層巖性存在一定的差異，分別對TZ-2井、TZ-3井酸化后的巖心進行分析。

從7#巖心酸液入口端面分析，酸化后巖心表面的鉆井液堵塞大幅度減小，同時在巖樣的酸液入口端、中間區(qū)域以及出口端出現(xiàn)了大量小尺寸的溶蝕孔洞(紅圈標示)，這種溶蝕孔洞在碳酸鹽巖酸化中經常出現(xiàn)稱為“酸蝕蚓孔”[10]。全巖礦物分析(表1)表明，TZ-2井碳酸鹽礦物含量較高，酸化過程中酸液溶蝕的碳酸鹽礦物區(qū)域容易形成“酸蝕蚓孔”。對于碳酸鹽礦物含量高的砂巖儲層，酸蝕蚓孔的產生有利于提高酸化效果；從圖3(a)看出酸化后酸液入口端面的巖心已經出現(xiàn)了裂縫，表明TZ-2井的巖心結構較疏松，酸化時需要考慮避免對巖石骨架破壞。為進一步溶蝕TZ-2井儲層巖石中的碳酸鹽礦物，提高酸化效果，實驗對8#巖心增加了用酸量。

8#巖心酸化后巖樣(圖4(a))出現(xiàn)了破碎，因此酸化后滲透率大幅增加(表6)，極可能是巖心出現(xiàn)破碎造成巖樣滲流能力大幅增加的假象。酸化不僅溶蝕了堵塞礦物，也在一定程度上破壞了巖石結構，主體酸中氫氟酸濃度過高或大規(guī)模酸化極易破壞巖石結構，導致儲層出砂[11]。從酸化后巖樣的電鏡掃描(圖4(b))分析，酸化后巖心出現(xiàn)了大量的未膠結物和次生礦物，說明目前的酸液體系產生的酸化二次傷害較嚴重，同時也極容易破壞巖石結構。

從圖5可看出，TZ3井區(qū)9#巖樣酸化后與TZ2井區(qū)7#巖樣有較大的差異。9#巖樣酸化后并未出現(xiàn)“酸蝕蚓孔”。由于物性普遍較TZ2井區(qū)差，因此對TZ3井區(qū)可以考慮提高用酸量，以提高儲層酸化效果。

11#巖樣經大規(guī)模酸化后，巖心的強度有所降低，部分區(qū)域存在脫落現(xiàn)象(圖6(a))，但整體結構并未發(fā)生如8#巖心較大的變化，說明TZ3井區(qū)的儲層對用酸規(guī)模的敏感性較TZ2井區(qū)大幅度降低；酸化結果(表6)表明，提高本井區(qū)用酸量有利于提高酸化效果。從酸化后的掃描電鏡分析(圖6(b))可見，11#巖心酸化后，孔隙空間有一定改善，但明顯沒有8#巖心改善效果好，同時孔隙喉道附近仍然附著大量微粒，表明酸化后出現(xiàn)了次生礦物的傷害。

綜合以上實驗分析，TZ氣藏由于砂巖礦物組成及物性的差異，相同的酸液體系在不同井區(qū)的酸化效果存在較大差異，因此TZ氣藏酸化酸液體系的選擇必須堅持“一井區(qū)一酸液體系”的優(yōu)化策略。

2.2.3酸液體系調整

綠林地生境中,群落穩(wěn)定性(B1)受鄉(xiāng)村性影響明顯,原因可能是較多經濟林被綠化景觀林所替代,導致了物種多樣性、結構豐富度、林冠郁閉度、種群更新潛力、生長勢的全面降低。物種豐富度均值由10.05降低為9.56,復層數均值由2.95降低為2.5,林冠郁閉度由61%降低為53%。村落中原有的經濟林如散生竹林、香樟(Cinnamomum camphora)林、櫸樹(Zelkova serrata)林等由于群落發(fā)育時間較長,具有比較高的群落穩(wěn)定性和典型性,應予以重視和保護。

實驗分析表明，TZ氣藏的儲層傷害主要為鉆井液固相堵塞傷害，因此需要酸化在解除堵塞的同時能進一步溶蝕儲層。鉆井液泥餅溶蝕率實驗表明(表5)，在各種土酸濃度下，都能實現(xiàn)較好的溶蝕(28.95%～41.95%)，選擇鉆井液泥餅溶蝕率超過30%的酸液體系[12]，在此基礎上兼顧對儲層巖石溶蝕以及避免巖心結構破壞、減小因酸化引起的二次傷害。

表7 TZ氣藏調整后的酸液體系

針對TZ2井區(qū)巖心碳酸鹽礦物含量高，骨架較疏松，在原配方基礎上將前置酸中的鹽酸的質量分數由12%提高到15%，增大前置酸對儲層碳酸鹽礦物的溶蝕；將主體酸中的氫氟酸質量分數由2%下調到1%，防止主體酸含量過高造成對巖石骨架的破壞，同時將主體酸中鹽酸與氫氟酸質量分數比由6∶1(12%∶2%)提高到12∶1(12%∶1%)，有利于減少酸化反應二次礦物沉淀對儲層的傷害[13-14]。針對TZ3井區(qū)碳酸鹽礦物含量不高，巖石膠結強度較好、黏土礦物含量較高的特征，前置酸配方不變，主體酸鹽酸的質量分數由12%增加到13.5%(表1)。增加主體酸中鹽酸的質量分數，有利于減少酸化反應產生的二次傷害；氫氟酸質量分數不變，可保證對黏土礦物的充分溶蝕，提高酸化效果。

采用調整后的酸液配方開展了酸化實驗，實驗結果(表8)表明，調整酸液配方后，巖心滲透率的恢復率較之前(表6)有大幅提高。TZ2井區(qū)滲透率恢復率至少提高了30%左右，TZ3井區(qū)滲透率恢復率提高了5%～10%左右。

表8 調整酸液配方后酸化實驗結果

從TZ2井區(qū)12#巖心酸化結果分析，調整酸液配方后，酸化后巖石進酸端(圖7(a))沒有出現(xiàn)明顯的破壞，可運移微粒數量有一定下降(圖7(b))。

從TZ3井區(qū)14#巖心酸化實驗結果(圖8)分析，酸化后巖石的孔隙空間明顯增大，運移顆粒數量相對較少。顆粒運移的減少有利于提高酸化效果。

通過系統(tǒng)的酸化實驗研究，并結合對酸化后巖心內部結構觀察看出，調整后的酸液配方雖然導致儲層巖心的溶蝕能力有一定程度降低，但酸化后未出現(xiàn)明顯的巖石結構破壞，巖心產生二次傷害的幾率也減小，更有利于提高酸化效果。

3 現(xiàn)場應用分析

實驗優(yōu)選的酸液體系在TZ2、TZ3井區(qū)成功應用7井次(表9)，酸化后儲層表皮系數降至0左右，油管壓力和日產量均有明顯增加，表明新體系較好地解除了儲層污染，提高了酸化效果。

表9 TZ氣藏酸化效果統(tǒng)計

4 結 論

通過系統(tǒng)的實驗研究以及現(xiàn)場應用，針對TZ氣藏復雜砂巖儲層酸化得出以下主要結論：

(1) TZ氣藏復雜的砂巖儲層特征決定了酸液體系選擇的復雜性，僅憑經驗選擇的一套酸液體系難以解決復雜地質特征的酸化問題，應堅持“一井區(qū)一酸液體系”的策略。

(2) 對于TZ氣藏碳酸鹽礦物含量高的儲層(TZ2井區(qū))，僅用鹽酸難以實現(xiàn)有效酸化，同時此類儲層酸化應注意控制酸液濃度和用酸量，防止酸液對儲層的過度溶蝕，造成巖石結構破壞；對于泥質含量較高的儲層(TZ3井區(qū))，應適當增加用酸量，在解除鉆井液對儲層傷害的同時，應擴大對儲層巖心黏土礦物的溶蝕，盡量提高酸化效果。

(3) 針對TZ氣藏碳酸鹽礦物含量高、膠結疏松的儲層，前置酸中鹽酸的質量分數提高到15%，主體酸中氫氟酸質量分數降低到1%；對于泥質含量高、膠結強度高的儲層，將主體酸中的鹽酸質量分數提高到13.5%。實驗結果表明，調整后的酸液配方儲層酸化效果較好。

(4) 現(xiàn)場應用實踐證明，實驗優(yōu)選的酸液體系能有效地解除儲層污染，提高酸化效果。

參考文獻

[1] Harry O. McLeod Jr. Matrix Acidizing[J]. JOURNAL OF PETROLEUM TECHNOLOGY, DECEMBER,1984:2055-2069.

[2] 欒文樓, 陳智賢, 谷海峰, 等. 唐山大氣降塵的礦物組成與微觀形貌特征分析[J].礦物學報,2011,31(2):237-242.

[3] Mahmoud M A, AkzoNobel H A, DeWolf C A.Removing formation damage and stimulation of deep illitic-sandstone reservoirs using green fluids[C]// Annual Technical Conference and Exhibition, 30 October-2 November 2011, Denver, Colorado, USA, SPE147395-MS.

[4] 廖紀佳，唐洪明，朱筱敏，等. 特低滲透砂巖儲層水敏實驗及損害機理研究——以鄂爾多斯盆地西峰油田延長組第8油層為例[J]. 石油與天然氣地質，2012，33(2)：321-328.

[5] 曾凡輝, 郭建春. 東河油田CⅢ油組低滲儲層的傷害及改造[J]. 油田化學，2011,28(3):296-304.

[6] Yili Kang, Lijun You, X. Xu, et al. Prevention of formation damage induced by mud lost in deep fractured tight gas reservoir in western sichuan basin[J]. Journal of Canadian Petroleum Technology, January 2012, 46-51.

[7] 李永平, 程興生, 張福祥, 等. 異常高壓深井裂縫性厚層砂巖儲層“酸化+酸壓”技術[J]. 石油鉆采工藝，2010,32(3):76-80.

[8] Gurkan Iscan A，Mustafa V Kok, Heike Strauss. Evaluation of formation damage of turkish southeastern reservoirs caused by drilling fluids[C]//SPE/IADC Middle East Drilling and Technology Conference, 22-24 October 2007, Cairo, Egypt, SPE 107452-MS.

[9] 賀承祖, 華明琪. 砂巖酸化反應的鏡下研究[J]. 石油學報，1995,16(4):100-103.

[10] Al-Mutairi S H, Al-Obied M A, Al-Yami I S, et al. Wormhole propagation in tar during matrix acidizing of carbonate formations[C]//SPE International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control, 15-17 February 2012, Lafayette, Louisiana, USA, SPE151560-MS.

[11] 賈江鴻, 程遠方, 趙修太, 等. 純梁油田低滲透油藏傷害機理及解堵技術[J]. 石油勘探與開發(fā), 2008, 35(3):330-334.

[12] 姜貴璞, 王麗敏, 王衛(wèi)學, 等. 杏北地區(qū)注水井油層堵塞實驗及酸化方法[J]. 大慶石油學院學報, 2005,29(4): 46-50.

[13] 張黎明. 砂巖酸化用土酸中鹽酸的作用效應[J]. 石油鉆采工藝，1994,16(6):51-56.

[14] 蔣建方, 李丹梅, 張汝生, 等. 砂巖酸化中水化硅沉淀的影響因素分析[J]. 油田化學，2006，23(4):301-304.