韓慧芬桑 宇楊 建

1.中國石油西南油氣田公司工程技術(shù)研究院 2.國家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心

韓慧芬等.四川盆地震旦系燈影組儲層改造實驗與應用.天然氣工業(yè)2016，36（1）：81-88.

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四川盆地震旦系燈影組儲層改造實驗與應用

韓慧芬1,2桑 宇1,2楊 建1,2

1.中國石油西南油氣田公司工程技術(shù)研究院 2.國家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心

韓慧芬等.四川盆地震旦系燈影組儲層改造實驗與應用.天然氣工業(yè)2016，36（1）：81-88.

摘 要為了提升四川盆地震旦系燈影組儲層的改造效果，研究了高溫下不同酸液的酸巖反應速率、高閉合壓力下不同酸液及不同注入方式下酸蝕裂縫導流能力保持率、酸液穿透實驗最低穿透時間、酸蝕裂縫形態(tài)特征數(shù)值化特征表述及暫堵球轉(zhuǎn)向暫堵效果。在此基礎(chǔ)上，提出了適合燈影組儲層改造的主體酸液類型,以及適合不同儲層類型的主體改造工藝，優(yōu)化了施工參數(shù)?，F(xiàn)場試驗18口井，平均單井獲得井口測試天然氣產(chǎn)量45.482×104m3/d。結(jié)論認為：①酸巖反應速率影響因素大小為酸液類型>溫度>轉(zhuǎn)速>酸液濃度>同離子效應，燈影組儲層酸化要考慮酸液類型、轉(zhuǎn)速（施工排量）的優(yōu)化及工藝上降溫措施；②采用自生酸+膠凝酸+轉(zhuǎn)向酸注入順序不但能實現(xiàn)深穿透，而且能同時獲得較高的導流能力；③孔洞型儲層采用高溫膠凝酸改造，非均質(zhì)性強的儲層采用高溫轉(zhuǎn)向酸實現(xiàn)均勻改造，巖性致密、裂縫及孔洞均不發(fā)育的儲層宜采用自生酸與主體酸交替注入造長縫改造；④除了少數(shù)裂縫發(fā)育儲層外，主體工藝應以深度酸壓為主；⑤解堵酸化施工排量應不低于3.5 m3/min；⑥可溶解暫堵球轉(zhuǎn)向酸化工藝技術(shù)能夠調(diào)整酸液在各酸化層的注入量，以實現(xiàn)對非均質(zhì)儲層的均勻改造。

關(guān)鍵詞四川盆地 震旦紀 儲層改造 深度酸化 分層酸化 酸巖反應 穿透體積 酸蝕蚓孔 現(xiàn)場應用

1 儲層地質(zhì)特征

四川盆地安岳氣田震旦系燈影組儲層主要集中在燈二段和燈四段，其中燈四段又分為燈四下亞段和燈四上亞段。儲集巖類主要為富含菌藻類的藻凝塊云巖、藻疊層云巖、藻砂屑云巖，孔隙度主要分布在3%～5%之間，平均為4.32%，滲透率介于0.01～10 mD之間，屬低孔隙、低滲透儲層，局部區(qū)域和層段發(fā)育有裂縫，改善了儲層滲透性，儲集類型為裂縫—孔洞型和孔隙（洞）型，儲集類型多，非均質(zhì)性強[1-2]。燈影組儲層溫度140～160 ℃，地層壓力系數(shù)在1.05～1.14之間，屬高溫、常壓氣藏。

2 儲層工程地質(zhì)特征分析

室內(nèi)開展了巖石力學、地應力、酸巖反應、酸蝕裂縫導流能力、酸化效果等系列實驗研究，以指導酸液類型、改造工藝及施工參數(shù)的優(yōu)化。

2.1 楊氏模量高，巖性致密，具有塑性特征

燈四段儲層巖心彈性模量6.28×104～10.55×104MPa，泊松比為0.207～0.361。燈二段儲層巖心彈性模量7.641×104～7.706×104MPa，泊松比為0.292～0.322。按照彈性力學參數(shù)的巖心分類方法，燈二段和燈四段儲層巖心均屬硬巖。應力應變曲線可以看出，燈四段和燈二段儲層巖心存在破裂前的高強度和破裂后塑形特征（圖1），巖石的高強度和高彈性模量會導致高的施工泵壓和高破裂壓力。

圖1 某井燈二、燈四段應力應變曲線圖

2.2 燈四上、下亞段應力差小，燈四段和燈二段間有明顯應力隔層

利用測定的巖石力學參數(shù)對測井數(shù)據(jù)進行校正，得到燈四上亞段與燈四下亞段之間沒有明顯的隔層，應力差很小，分層酸化改造效果差。燈四段和燈二段儲層之間有明顯的隔層，應力差值為8～18 MPa，能阻止裂縫縱向延伸(圖2)［3-5］。

圖2 某井應力剖面曲線圖

2.3 儲層溫度高，酸巖反應速度快，酸液有效作用距離短

酸巖反應速率測定結(jié)果表明，隨著溫度的升高，酸巖反應速率增加較快，溫度達到90 ℃以后急劇增加。磨溪—高石梯震旦系燈二、燈四段儲層溫度在140～160 ℃，酸巖反應速度非常快。在150 ℃下常規(guī)酸酸巖反應速率達到3.02×10-5mol/(cm2·s)，是115 ℃溫度條件下反應速率的2.08倍［6-7］。

高溫膠凝酸具有明顯的緩速作用，150 ℃酸巖反應速率只有11.075 7×10-5mol/(cm2·s)。可盡管如此，酸液有效作用距離只能在40 m左右。

2.4 閉合壓力高，未經(jīng)改造的儲層在高閉合壓力下導流能力低

測試了10組燈二段酸蝕前劈裂白樣裂縫導流能力與閉合應力關(guān)系。測試結(jié)果表明，燈二段儲層基質(zhì)滲透率較低，裂縫導流能力較小，且在地層應力條件下，閉合速率較快。在閉合壓力達到50 MPa時導流能力已經(jīng)接近于0(圖3)。

圖3 酸化前劈裂白樣導流能力與閉合應力關(guān)系圖

3 儲層改造難點

由儲層地質(zhì)特征、室內(nèi)實驗研究結(jié)果表明，儲層改造存在以下難點[8]：①地層溫度高，酸巖反應速度快，酸液有效作用距離短，難以形成深穿透高導流酸蝕裂縫；②燈四上亞段和燈四下亞段間無明顯隔層，采用機械分層酸化工具難以達到分層酸化的目的；③儲層縱向上發(fā)育層數(shù)多，儲層厚，主要在50～100 m范圍內(nèi)變化，難以實現(xiàn)均勻布酸；④儲層類型多，非均質(zhì)性強，需要根據(jù)不同儲層特征采用不同的改造工藝；⑤儲層巖性致密、堅硬，施工壓力及井底破裂壓力高，壓開地層困難；⑥儲層閉合壓力高，導流能力保持率低。

4 酸液體系優(yōu)化

從緩速、酸化效果、殘酸傷害及性能優(yōu)化方面著手，得到高溫膠凝酸同樣條件下只有1.18倍(圖4)，且與儲層巖石反應后能在巖石表面形成溝槽，大大改善了儲層的滲透能力(圖5)。高溫膠凝酸和高溫轉(zhuǎn)向酸高溫穩(wěn)定性好，具有高溫緩速、酸化效果好、殘酸傷害低等優(yōu)點。優(yōu)選這兩種體系作為磨溪—高石梯燈影組儲層主體酸液體系。

根據(jù)定量表征蚓孔特征，常規(guī)酸形成酸蝕蚓孔較差，交聯(lián)酸不能形成酸蝕蚓孔，膠凝酸和轉(zhuǎn)向酸形成蚓孔形態(tài)均較好(圖6)。推薦:孔洞型儲層采用高溫膠凝酸改造；非均質(zhì)性強的儲層采用高溫轉(zhuǎn)向酸實現(xiàn)均勻改造；巖性致密、裂縫及孔洞均不發(fā)育的儲層，采用前置液與主體酸交替注入造長縫。

圖4 燈四段3種酸液反應速率與溫度關(guān)系圖

圖5 高溫膠凝酸酸化前、后導流能力與閉合應力關(guān)系圖

圖6 不同酸液酸蝕蚓孔形態(tài)圖

5 儲層改造技術(shù)

以儲層特征為基礎(chǔ)，綜合酸液有效作用距離結(jié)果及巖心穿透實驗成果，優(yōu)選出了燈影組主體改造工藝[9-10]。

5.1 主體改造工藝

四川盆地震旦系燈影組儲層儲集類型主要有裂縫—孔洞型、裂縫—孔隙型，基質(zhì)總體表現(xiàn)出低孔隙度、低滲透率特征(圖7)。燈影組局部區(qū)域和層段發(fā)育的巖心裂縫，改善了儲層滲透性(圖8)。

開展高溫膠凝酸和高溫轉(zhuǎn)向酸基質(zhì)鉆孔穿透實驗，酸液不能穿透基質(zhì)孔隙巖心(圖9、圖10)，無法形成酸蝕蚓孔實現(xiàn)深度解堵。因此，除了少數(shù)裂縫發(fā)育儲層需要采用解堵酸化解除鉆完井過程中鉆井液侵入儲層堵塞孔隙外，磨溪—高石梯震旦系燈影組儲層主體改造工藝以深度酸壓為主，增加酸液有效作用距離、溝通遠井天然微裂縫概率[11-13]。

5.1.1 膠凝酸酸壓工藝

不同酸液酸蝕裂縫導流能力對比結(jié)果顯示：高溫膠凝酸形成的酸蝕裂縫導流能力、增加倍比以及保持率均高于高溫有機轉(zhuǎn)向酸和自生酸（圖11、圖12）。對于單一酸液體系進行改造，推薦高溫膠凝酸酸壓工藝。

圖7 震旦系燈影組巖心裂縫圖

圖8 震旦系燈影組成像測井裂縫圖

圖9 基質(zhì)巖心中20%膠凝酸穿透效果圖

圖10 基質(zhì)穿透實驗酸蝕蚓孔形態(tài)示意圖

5.1.2 前置液酸酸壓工藝

已施工井采用徑向復合模型進行了試井,其解釋結(jié)果顯示：遠井區(qū)滲透率與近井區(qū)滲透率差別較大，近井區(qū)半徑只有十幾米(圖13），單一酸液酸巖反應速率計算有效作用距離也只有40 m（圖14）。能否形成較長酸蝕縫長及獲得較高導流能力,這是低滲透孔隙（洞）型儲層增產(chǎn)的必要條件。

圖11 不同酸液類型酸蝕裂縫導流能力對比圖

圖12 不同酸液類型酸蝕裂縫導流能力保持率對比圖

將不同酸液進行組合開展導流能力實驗發(fā)現(xiàn)，不同酸液組合能提高酸蝕裂縫導流能力(圖15、圖16)。自生酸+高溫膠凝酸+高溫有機轉(zhuǎn)向酸這種組合方式下，自生酸既可降低儲層溫度，有利于形成較長的酸蝕裂縫，也還可以刻蝕巖石；同時自生酸與高黏前置液相比，黏度更低，有利于縫高控制和現(xiàn)場泵注。

圖13 某井燈四上亞段雙對數(shù)曲線圖

圖14 某井導流能力變化曲線圖圖

圖15 前置液注入與單一酸液注入縫長對比圖

圖16 前置液酸壓酸蝕裂縫導流能力圖

5.2 可溶性暫堵球分層（段）工藝

燈四段儲層厚度大，分為燈四上、下亞段，層間無明顯應力遮擋層，分層酸化效果差。為了達到儲層均勻改造的目的，采用在酸液中加入可溶性暫堵球(圖17)，調(diào)整酸液在各酸化層的注入量，從而達到各層段均勻酸化的目的。X9井、X2井和X10井等8口井在燈四段均開展了可降解暫堵球試驗，見到了明顯的轉(zhuǎn)向效果，投入暫堵球以后，壓力或多或少有所上升，其中X6井完井酸化中暫堵球投入致使施工壓力上升了15 MPa，儲層得到均勻改善(表1)。

圖17 可溶性暫堵球狀態(tài)圖

表1 磨溪—高石梯燈影組暫堵球試驗情況表

6 施工參數(shù)優(yōu)化

6.1 膠凝酸酸壓施工排量

許多研究者通過測量蚓孔穿透巖心時的酸液體積,發(fā)現(xiàn)存在一個最優(yōu)注入速率使得蚓孔穿透一定長度巖心所需的酸液最少。當運用最優(yōu)的排量進行酸化改造時，可以使一定酸量下改造后形成的酸蝕蚓孔深度越深，從而達到較好的增產(chǎn)效果；或者為了達到一定的處理半徑，當運用最優(yōu)排量進行注入時，可以使所用的酸液最少，從而起到降低施工成本的作用(圖18)［14］。

圖18 注入速率—酸液穿透體積關(guān)系圖

酸液穿透實驗結(jié)果表明：40 mL/min注入時穿透時間和穿透體積均最小(圖19)。同時，結(jié)合蚓孔形態(tài)圖，表明實驗排量40 mL/min既能形成較好的蚓孔，且穿透巖心所需酸量較小，對應的現(xiàn)場施工排量為3.5 m3/min。現(xiàn)場酸化施工中解堵酸化施工排量不低于3.5 m3/min。

圖19 20%膠凝酸140 ℃不同驅(qū)替排量下參數(shù)對比圖

6.2 前置液酸壓交替注入級數(shù)優(yōu)化

鑒于儲層溫度很高，采用多級交替注入方式，多級交替注入降溫效果更好，采用多級注入雖然能提高導流能力，但是隨著注入級數(shù)的增加，這種優(yōu)勢不明顯(圖20)，注入級數(shù)推薦不超過3級。

圖20 3級交替注入導流能力效果圖

7 現(xiàn)場應用效果

1）燈四段儲層縱向?qū)訑?shù)多，層內(nèi)無明顯應力隔層，分層酸化效果較差。采用暫堵球、纖維轉(zhuǎn)向劑以及轉(zhuǎn)向酸復合轉(zhuǎn)向等搭配使用對非均質(zhì)性強、跨度大的儲層進行轉(zhuǎn)向酸化改造，轉(zhuǎn)向效果明顯，實現(xiàn)了均勻布酸。

X9井、X2井、X10井等8口井在燈四段均開展了可降解暫堵球試驗，見到了明顯的轉(zhuǎn)向效果，投入暫堵球以后，壓力或多或少有所上升，其中X6井完井酸化中暫堵球投入致使施工壓力上升了15 MPa，儲層得到均勻改善(表2)。

表2 磨溪—高石梯燈影組暫堵球試驗情況表

2）縫洞發(fā)育型儲層中，采用膠凝酸酸壓工藝，解除了近井污染堵塞，獲得了較好的效果。

以X8井為典型，酸化共擠入膠凝酸282.85 m3，?13.5 mm暫堵球400顆，施工泵壓最高54.19 MPa，一般45～53 MPa，排量最高4.91 m3/min，一般4.8 m3/min，施工中見明顯轉(zhuǎn)向及解除污染顯示，有效地解除了近井地帶污染，疏通了天然縫洞，其施工曲線如圖21所示。

3）針對縫洞不發(fā)育，連通性差，孔隙度、滲透率均很低的儲層，開展復雜縫網(wǎng)壓裂工藝，施工的主要目的是造多縫，增加溝通天然裂縫和溶蝕孔洞的概率，取得了一定效果。

滑溜水大排量復雜縫酸壓工藝現(xiàn)場試驗5口井6井次，改造后5井次獲工業(yè)氣流，其中X15井燈四上亞段無阻流量最大（9.014×104m3/d）,累積獲得無阻流量31.664×104m3/d，施工參數(shù)及效果如表3所示。低滲透孔隙型儲層采用復雜縫酸壓工藝改造后也取得了一定效果。

圖21 X8井燈四段酸化施工曲線圖

現(xiàn)場試驗18口井，累計井口測試產(chǎn)量880.46×104m3/d，平均單井獲得井口測試產(chǎn)量45.482×104m3/d。其中燈四段累計井口測試產(chǎn)量為583.84×104m3/d，燈二段累計井口測試產(chǎn)量296.62×104m3/d,獲得了較好的增產(chǎn)效果，為四川盆地震旦系燈影組氣藏的勘探提供了技術(shù)支撐。

表3 復雜縫酸壓工藝試驗效果表

8 結(jié)論及建議

1）楊氏模量高，巖性致密，具有塑性特征，造成施工壓力和破裂壓力高，壓開地層及裂縫延伸困難，得到的酸蝕裂縫寬度很窄。縫洞發(fā)育降低了施工難度，施工壓力低。

2）燈四上、下亞段應力差小，燈四段和燈二段間有明顯應力隔層。燈四段分層酸化中，酸壓形成的裂縫在燈四上、下兩亞段之間互竄，層內(nèi)分層改造效果差。

3）酸巖反應速率影響因素大小為：酸液類型＞溫度＞轉(zhuǎn)速＞酸液濃度＞同離子效應。燈影組儲層酸化要考慮酸液類型、轉(zhuǎn)速（施工排量）的優(yōu)化及工藝上降溫措施。

4）未經(jīng)改造的儲層在高閉合壓力下不具備導流能力，膠凝酸酸化能有效刻蝕儲層，且高閉合壓力下導流能力保持率較高；采用自生酸+膠凝酸+轉(zhuǎn)向酸注入順序不但能實現(xiàn)深穿透，同時能獲得較高導流能力。

5）根據(jù)定量表征蚓孔特征、導流能力及酸巖反應實驗結(jié)果，優(yōu)選出適合不同儲層酸化改造的主體酸液體系?？锥葱蛢硬捎酶邷啬z凝酸改造；非均質(zhì)性強的儲層采用高溫轉(zhuǎn)向酸實現(xiàn)均勻改造；對于儲層巖性致密，裂縫及孔洞均不發(fā)育的儲層，采用自生酸與主體酸交替注入造長縫。

6）酸液不能穿透基質(zhì)孔隙巖心，無法形成酸蝕蚓孔實現(xiàn)深度解堵，同時酸液有效作用距離較短，溝通遠井天然裂縫的能力有限，磨溪—高石梯震旦系儲層除了少數(shù)裂縫發(fā)育儲層外，主體工藝以深度酸壓為主。

7）不同排量下酸與巖石反應差異較大，低排量下酸與巖石呈接觸性反應，不但穿透時間長，而且穿透巖心所需要的酸液量也比較大。一定排量下酸與巖石反應容易形成酸蝕蚓孔，穿透巖心所需的酸液量最少，根據(jù)穿透實驗結(jié)果，解堵酸化施工排量應不低于3.5 m3/min。

8）可溶解暫堵球轉(zhuǎn)向酸化工藝技術(shù)能夠調(diào)整酸液在各酸化層的注入量，實現(xiàn)非均質(zhì)儲層均勻改造。

9）四川盆地震旦系燈影組孔隙型儲層改造雖然取得了一定效果，但增產(chǎn)效果有限，建議進一步進行室內(nèi)及現(xiàn)場工藝方面的攻關(guān)研究。

參 考 文 獻

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(修改回稿日期 2015-10-15 編輯 韓曉渝)

Experimental study and application of stimulation technologies for Sinian Dengying Formation reservoirs in the Sichuan Basin

Han Huifen1,2, Sang Yu1,2, Yang Jian1,2
(1. Engineering Technology Research Institute of PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company, Guanghan, Sichuan 618300, China; 2. National Energy R & D Center of High-Sulfur Gas Reservoir Exploitation, Chengdu, Sichuan 610213, China)
NATUR．GAS IND．VOLUME 36，ISSUE 1，pp.81-88， 1/25/2016．(ISSN 1000-0976；In Chinese)

Abstract:For improving the stimulation effects of the Sinian Dengying Formation reservoirs in the Sichuan Basin, studies were conducted on the retarding rate of acid-rock reaction speeds of different acidizing fluids at high temperature, the retention rate of flow conductivity of acid-etched fractures under high closure pressure with different acid fluids and injection modes, the minimum breakthrough time in acid fluid breakthrough tests, the numerical characterization of acid-etched fracture morphology, and the diverting plugging effects of ball fracturing. Then, the host types of acid fluids applicable for the Dengying Formation reservoir stimulation were proposed, the principal stimulation technologies for different types of reservoirs were developed and operational parameters were optimized. Field tests were conducted at 18 wells with an average single-well production rate of 45.482×104m3/d. Finally, the following conclusions are reached. First, the influential factors on acid-rock reaction speeds are ranked as acid fluid type ＞ temperature ＞ rotation speed ＞ acid fluid concentration ＞ common-ion effect. So in the acidizing stimulation of Dongying Formation reservoirs, focus should be on acid fluid types, rotation speed (operational discharge) optimization and cooling measures. Second, not only deep breakthrough can be realized, but also flow conductivity can be higher by using the injection order of self-generating acid + gelled acid + diverting acid. Third, high-temperature gelled acid stimulation is applicable for vuggy reservoirs. For strong-heterogeneity reservoirs high-temperature diverting acid should be adopted to realize uniform stimulation. For tight reservoirs with undeveloped fractures and vuggies, self-generating acid and host acid should be injected alternatively to form long fractures. Fourth, depth acid fracturing should be the principal technology, except for several reservoirs with developed fractures. Fifth, the discharge rate of breakdown acidizing operation should be at least 3.5 m3/min. Sixth, based on the resoluble ball fracturing diverting acidizing technology, the injection rate of acid fluids to each acidified reservoir can be adjusted, so that heterogeneous reservoirs can be stimulated uniformly.

Keywords:Sichuan Basin; Sinian; Reservoir stimulation; Deep acidizing; Separate-layer acidizing; Acid-rock reaction; Permeability volume; Acidizing wormhole; Field application

作者簡介：韓慧芬，女，1973年生，高級工程師；從事油氣田增產(chǎn)改造技術(shù)研究工作。地址：（618300）四川省廣漢市廣東路東一段。電話：（0838）5151865。ORCID:0000-0003-0302-6639。E-mail:hanhf@petrochina.com.cn

基金項目：國家“十二五”重大科技專項“復雜碳酸鹽巖氣藏開發(fā)技術(shù)研究”（編號：2011ZX05015-003-005）。

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.01.010