曾毅 王興文 慈建發(fā) 黃禹忠 丁咚

(1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，成都 610500;2.中石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川 德陽(yáng) 618000)

X氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有超深、高溫、高壓、高含硫的特征，采用水平井裸眼或者襯管完井，水平段長(zhǎng)，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，發(fā)育有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層，其中Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層占總儲(chǔ)層的83.7% ～99.4%。由于儲(chǔ)層的物性差異，酸液主要進(jìn)入高滲儲(chǔ)層，而占比例更大的低滲儲(chǔ)層難以得到有效改造，有效儲(chǔ)層改造程度低，影響酸化效果。因此，能否實(shí)現(xiàn)酸液在整個(gè)水平段的均勻分布是影響該類長(zhǎng)水平段水平井酸化改造效果的關(guān)鍵。

目前水平井酸化時(shí)，國(guó)內(nèi)外主要的布酸工藝有以下幾種［1］:(1)全井段籠統(tǒng)酸化技術(shù);(2)機(jī)械轉(zhuǎn)向技術(shù);(3)化學(xué)微粒暫堵分流酸化技術(shù);(4)水力噴射酸化技術(shù);(5)連續(xù)油管注酸技術(shù);(6)滑套分流酸化技術(shù);(7)轉(zhuǎn)向酸分流酸化技術(shù)。

X氣田開(kāi)發(fā)中存在超深水平井水平段長(zhǎng)、非均質(zhì)性強(qiáng)、裸眼完井實(shí)施機(jī)械封隔風(fēng)險(xiǎn)大、籠統(tǒng)改造不能實(shí)現(xiàn)均勻酸化的問(wèn)題，亟待解決。本次研究在暫堵轉(zhuǎn)向酸化作用機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)暫堵劑的研制和暫堵工藝的優(yōu)化，探討多級(jí)暫堵轉(zhuǎn)向酸化工藝。希望通過(guò)該工藝，利用可降解暫堵劑對(duì)高滲儲(chǔ)層進(jìn)行暫堵，使酸液轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)長(zhǎng)水平段的均勻布酸。

1 暫堵轉(zhuǎn)向酸化作用機(jī)理

根據(jù)達(dá)西定律，酸液線性流過(guò)產(chǎn)層小段時(shí)，滿足式(1)［2］:

式中:Q—單位時(shí)間滲流量;

K—介質(zhì)(產(chǎn)層巖芯)滲透率;

Δp—壓差;

A—滲流面積;

μ—液體黏度;

L—造壓差的距離。

要讓酸液均勻進(jìn)入井段各部位，達(dá)到均勻酸化的目的，就必須使井段各部位單位面積上的注酸速度相同，即滿足式(2):

由于各小層的物性、泥漿污染程度、地層壓力、天然縫洞發(fā)育情況等因素多有差別，如不采取任何措施，則上式不能成立，因此考慮采用暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)予以處理。

暫堵轉(zhuǎn)向酸化即利用酸液優(yōu)先進(jìn)入高滲儲(chǔ)層，在暫堵液中加入適當(dāng)?shù)臅憾挛⒘?，隨著注液過(guò)程的進(jìn)行，暫堵微粒進(jìn)入高滲儲(chǔ)層，并對(duì)高滲井段形成暫堵，從而逐步改變吸酸剖面，最后達(dá)到井段各部位均勻進(jìn)酸的目的。這樣可使酸液充分進(jìn)入滲透率較低或污染嚴(yán)重的井段，以獲得更好的酸化效果。

2 暫堵劑性能

暫堵微粒是實(shí)現(xiàn)暫堵轉(zhuǎn)向酸化工藝的關(guān)鍵，許多化學(xué)劑都可用作暫堵微粒。目前，國(guó)內(nèi)外所使用的酸化暫堵劑主要有固體顆粒狀暫堵劑［3］、有機(jī)凍膠類暫堵劑［4］和纖維暫堵劑［5］等。在酸化時(shí)，該類暫堵劑能起到有效的暫堵作用，使酸化工作液發(fā)生轉(zhuǎn)向，而在酸化后的排液過(guò)程中，可逐漸被流體溶解，使儲(chǔ)層的滲透率得到恢復(fù)，從而達(dá)到改善長(zhǎng)井段儲(chǔ)層產(chǎn)氣剖面滲流能力和提高整體酸化效果的目的。本次研究開(kāi)發(fā)的可降解纖維暫堵劑，在氣藏酸化中既能起到暫堵高滲層的作用，又可在地層溫度條件下被返排液中的殘酸溶解。

2.1 暫堵劑溶解性能

采用可降解纖維在不同溫度和鹽酸濃度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。纖維在低溫、低酸濃度條件下，其溶解情況相對(duì)較差;但隨著溫度和鹽酸濃度的提高，其溶解率大幅增加。在溫度為60～70℃時(shí)，鹽酸對(duì)纖維的溶解率最高可達(dá)99%，因此酸化后依靠殘酸可達(dá)到良好的解堵效果。

表1 纖維降解率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 暫堵劑封堵性能

暫堵轉(zhuǎn)向酸化工藝的關(guān)鍵在于，所用暫堵微粒能夠形成一定的阻擋層，建立一定壓差以暫時(shí)阻止酸液進(jìn)入高滲儲(chǔ)層，逐步改變整個(gè)水平段的吸酸剖面，從而實(shí)現(xiàn)各段儲(chǔ)層的均勻布酸。通過(guò)人工劈裂巖心進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)巖心長(zhǎng)度為3.304 cm，巖心直徑為2.580 cm，其余實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。暫堵前人工裂縫的平均滲透率為631.91×10-3μm2，采用暫堵液實(shí)施暫堵后，平均滲透率陡降至13.04×10-3μm2，有效地起到了封堵作用，而繼續(xù)采用10%鹽酸解堵后平均滲透率又恢復(fù)至645.67×10-3μm2。這一現(xiàn)象表明，纖維有效地起到了暫堵的作用，同時(shí)又能充分降解，使?jié)B透率得以恢復(fù)甚至提高。

表2 纖維暫堵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 暫堵轉(zhuǎn)向工藝優(yōu)化

3.1 暫堵位置優(yōu)選

首先應(yīng)分析水平段物性及含氣性。選擇暫堵井段的主要依據(jù)是水平段儲(chǔ)層的物性和含氣性分布情況。從已完鉆水平井儲(chǔ)層條件可以看出，水平段襯管開(kāi)孔處各類儲(chǔ)層交錯(cuò)分布，且每口井儲(chǔ)層類別和分布情況各不相同。Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層發(fā)育有3種情況:①在水平段跟部和趾部都有發(fā)育;②主要發(fā)育在水平段中部和趾部;③主要發(fā)育在水平段根部和中部。在此，需要對(duì)這些Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層較為發(fā)育的位置進(jìn)行暫堵處理。

其次應(yīng)分析水平段泥漿漏失情況。前期鉆井過(guò)程中水平段某些位置存在不同程度的泥漿漏失情況(表3)，這說(shuō)明該處裂縫和溶洞發(fā)育較充分，為保證整個(gè)水平段的酸化效果，需對(duì)其進(jìn)行暫堵作業(yè)。

最后綜合考慮儲(chǔ)層分布及漏漿情況，優(yōu)選水平井暫堵位置。此時(shí)應(yīng)遵循如下原則:

(1)暫堵段選擇原則:應(yīng)立足“首選Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層，兼顧Ⅲ類儲(chǔ)層”的原則，首先選擇出物性、含氣性相對(duì)更好的Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層作為暫堵井段，再兼顧Ⅲ類儲(chǔ)層，進(jìn)行輔助改造。

(2)泥漿漏失分析原則:選擇水平段鉆井過(guò)程中漏漿的位置作為暫堵段。

表3 部分水平井水平段鉆井液漏失情況表

3.2 暫堵劑用量及注入方式

3.2.1 用量設(shè)計(jì)

采用不同暫堵劑，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)1% ～10%條件下可實(shí)現(xiàn)有效暫堵轉(zhuǎn)向。而對(duì)于可降解纖維，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)重點(diǎn)考慮以下要點(diǎn):

(1)根據(jù)不同井段位置滲透率差異和分布調(diào)整濃度;滲透率差異更大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大濃度;高滲透儲(chǔ)層段比例大，適當(dāng)加大濃度。

(2)根據(jù)需暫堵井段的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)暫堵液總量。

(3)考慮施工設(shè)備的能力并能保證現(xiàn)場(chǎng)施工的成功實(shí)施。

綜合各要點(diǎn)，設(shè)計(jì)暫堵纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ～2%。

3.2.2 注入方式

為了實(shí)現(xiàn)有效封堵，采用了纖維和交聯(lián)凍膠相配合的方式進(jìn)行暫堵，充分發(fā)揮其協(xié)同作用。

為避免壓破地層以保證暫堵效果，采用高黏壓裂液作為暫堵液攜帶可降解纖維小排量注入;同時(shí)在暫堵液前后分別注入一段高黏壓裂液，一方面降溫，另一方面起到隔離酸液和纖維的作用，以避免纖維過(guò)早溶解。綜合考慮作業(yè)強(qiáng)度和水平段儲(chǔ)層分布情況，一般進(jìn)行2或3級(jí)的交替暫堵作業(yè)。

3.2.3 工藝流程

工藝步驟依次為:(1)小排量擠酸;(2)采取小排量進(jìn)行第一級(jí)暫堵作業(yè)，同時(shí)在纖維暫堵液前后分別注入高黏壓裂液;(3)根據(jù)暫堵級(jí)數(shù)重復(fù)前面步驟;(4)大排量高擠酸液;(5)頂替作業(yè)，酸化施工結(jié)束;(6)測(cè)試、投產(chǎn)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

X1H井采用優(yōu)化工藝進(jìn)行了酸化施工，該井共進(jìn)行了2級(jí)暫堵作業(yè)，注入酸液940 m3，暫堵液320 m3，暫堵劑1 500 kg。圖1所示為可降解纖維暫堵效果圖，反映出該井施工時(shí)可降解纖維對(duì)施工壓力的影響情況。纖維入地后在穩(wěn)定施工排量3.0 m3/min情況下，施工壓力在13 min內(nèi)由32.2 MPa緩慢上升到41.3 MPa，提升了近10 MPa，后施工壓力開(kāi)始下降，說(shuō)明水平段其他儲(chǔ)層相繼吸酸，導(dǎo)致施工壓力降低。暫堵劑進(jìn)入地層后有效地暫堵了高滲儲(chǔ)層，使得酸化工作液分流轉(zhuǎn)向，從而更充分有效地改造物性及含氣性相對(duì)較差的儲(chǔ)層。

圖1 可降解纖維暫堵效果圖

該井酸化后，在穩(wěn)定油壓36 MPa下獲測(cè)試天然氣產(chǎn)量 82.5×104m3/d，計(jì)算無(wú)阻流量 310.5×104m3/d，增產(chǎn)效果顯著。

至2014年1月初，在X氣田共應(yīng)用8井次多級(jí)暫堵轉(zhuǎn)向酸化工藝，措施成功率達(dá)100%，增產(chǎn)有效率達(dá)100%，增產(chǎn)倍比達(dá)1.7～6.1，酸化后最高測(cè)試無(wú)阻流量為791.8×104m3/d，該工藝應(yīng)用效果顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)研制的可降解纖維能夠形成暫堵阻隔層，建立一定的壓差，且在非均質(zhì)性嚴(yán)重的長(zhǎng)井段水平井的酸化改造中，能有效地促進(jìn)液體發(fā)生轉(zhuǎn)向分流，改變整個(gè)水平段的吸酸剖面，改善低滲儲(chǔ)層的改造效果。同時(shí)，在酸化后的溫度條件下，纖維能夠在殘酸的作用下完全溶解，使儲(chǔ)層的導(dǎo)流能力逐步得到恢復(fù)。

(2)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施結(jié)果表明，針對(duì)X氣田P2ch儲(chǔ)層地質(zhì)特征和工程條件形成的多級(jí)暫堵轉(zhuǎn)向酸化工藝，可有效地暫時(shí)屏蔽高滲儲(chǔ)層。該工藝實(shí)現(xiàn)了對(duì)長(zhǎng)井段水平井的充分改造，增產(chǎn)效果顯著，具有較強(qiáng)的可行性和適應(yīng)性。

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