李志，趙立強(qiáng)

（西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500）

完井方式對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層蚓孔擴(kuò)展的影響實(shí)驗(yàn)研究

李志*，趙立強(qiáng)

（西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500）

碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸化過(guò)程中，裸眼完井和射孔完井對(duì)酸蝕溶解形態(tài)有不同的影響。創(chuàng)新性地通過(guò)對(duì)碳酸鹽巖巖芯樣品進(jìn)行鉆孔、剖縫等非常規(guī)處理，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M了不同完井方式下井筒注酸情況，研究了射孔完井對(duì)酸蝕蚓孔擴(kuò)展形態(tài)的影響，并分析了孔眼深度對(duì)射孔沿程裂縫濾失的影響。研究發(fā)現(xiàn)，由于射孔形成局部高導(dǎo)流通道，酸液從射孔進(jìn)入地層后的溶蝕形態(tài)異于裸眼完井，且孔眼深度越長(zhǎng)，蚓孔分支越少，孔眼深度越短，蚓孔分支越多；在相同排量的條件下，孔眼深度越長(zhǎng)的井筒所需的井口峰值壓力越大，所需突破體積越??；當(dāng)儲(chǔ)層裂縫發(fā)育時(shí)，裸眼完井更易向天然裂縫濾失，而射孔完井受裂縫濾失影響較小。

碳酸鹽巖；完井方式；射孔；酸蝕蚓孔擴(kuò)展；裂縫濾失

碳酸鹽巖儲(chǔ)層通常非均質(zhì)性較強(qiáng)，縫洞系統(tǒng)發(fā)育。通過(guò)酸化形成高滲透率的酸蝕蚓孔連通井底與儲(chǔ)集油氣的天然裂縫或解除近井地帶污染，提高油氣產(chǎn)量，是碳酸鹽巖儲(chǔ)層常用的增產(chǎn)手段［1］。酸蝕蚓孔在地層中擴(kuò)展受到許多因素的影響，狀態(tài)復(fù)雜難以描述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者為此做出了大量努力。A.D.Hill等提出了碳酸鹽巖儲(chǔ)酸化中，注酸速率對(duì)酸蝕蚓孔的擴(kuò)展具有影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式確定了鹽酸體系在不同溫度下的最佳注酸速率［2-3］。Buijse等綜合考慮了影響碳酸鹽巖儲(chǔ)層蚓孔形成的各方面因素，指出蚓孔的增長(zhǎng)和最終形態(tài)取決于酸液的擴(kuò)散和濾失的共同作用［4-7］。柳明等［8］建立了地層蚓孔擴(kuò)展的極坐標(biāo)平均化模型，利用計(jì)算機(jī)模擬了不同完井方式對(duì)蚓孔擴(kuò)展的影響。模擬結(jié)果指出，不同的完井方式對(duì)蚓孔通道的分支、酸液的突破體積以及壓降速度均有控制，但尚無(wú)實(shí)驗(yàn)對(duì)這一理論進(jìn)行驗(yàn)證。

為進(jìn)一步論證碳酸鹽巖儲(chǔ)層完井方式對(duì)蚓孔擴(kuò)展的影響，本文設(shè)計(jì)了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)巖芯樣品進(jìn)行鉆孔剖縫等非常規(guī)處理，模擬碳酸鹽巖儲(chǔ)層裸眼完井以及不同孔眼深度的射孔完井方式；對(duì)巖芯樣品注酸，得到了不同完井方式下的蚓孔形態(tài)。并分析討論了孔眼深度與注入端壓力之間的關(guān)系，考慮天然裂縫濾失、孔眼深度和突破體積之間的關(guān)系。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)器材

恒流泵一臺(tái)、巖性?shī)A持器一臺(tái)、巖芯溫度控制器一臺(tái)、自動(dòng)壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備一臺(tái)、天然碳酸鹽巖制備的圓柱體形巖芯（平均長(zhǎng)度40.00mm，平均直徑24.50mm，平均孔隙度7.3%，平均滲透率0.08mD，碳酸鈣含量93%）、鹽酸體系。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1射孔對(duì)蚓孔擴(kuò)展影響實(shí)驗(yàn)

碳酸鹽巖儲(chǔ)層井筒中的射孔可以近似看做一個(gè)具有一定長(zhǎng)度的規(guī)則圓柱形孔洞?，F(xiàn)用工具在已制備好的巖芯端面中央進(jìn)行開孔（所制備巖芯均取自同一儲(chǔ)層，可以認(rèn)為所有巖芯樣品物性一致），用于模擬碳酸鹽巖儲(chǔ)層不同的完井方式（圖1）。將處理好的巖芯樣品放置于巖芯夾持器中，通過(guò)恒流泵向開孔端面驅(qū)替酸液。利用自動(dòng)壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備記錄下入口端壓力的變化規(guī)律以及其他數(shù)據(jù)。

1.2.2裂縫濾失對(duì)蚓孔擴(kuò)展影響實(shí)驗(yàn)

考慮到碳酸鹽巖儲(chǔ)層通常天然裂縫較為發(fā)育，酸化過(guò)程中酸液易于向這些天然裂縫濾失，對(duì)蚓孔的擴(kuò)展造成影響；且射孔時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊也有可能造成射孔附近儲(chǔ)層巖石均質(zhì)性發(fā)生改變，產(chǎn)生人造裂縫。故在實(shí)驗(yàn)中取若干巖芯樣品進(jìn)行人工剖縫，剖開后的巖樣重新組合所形成的裂縫在一定的圍壓范圍內(nèi)認(rèn)為可以用于模擬碳酸鹽巖儲(chǔ)層井筒附近所存在的裂縫（天然裂縫或由射孔引起的）。在端面裂縫中間位置用工具進(jìn)行鉆孔，可以模擬在濾失環(huán)境下射孔對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層蚓孔擴(kuò)展的影響（圖2）。利用恒流泵向開孔端面驅(qū)替酸液，記錄下入口端壓力變化，時(shí)間等數(shù)據(jù)。

圖1　巖芯射孔模擬示意圖

圖2　考慮裂縫濾失的巖芯射孔模擬示意圖

1.2.3實(shí)驗(yàn)條件

以上實(shí)驗(yàn)條件均為：孔徑5mm；孔眼深度分別為0mm、5mm和10mm（其中孔眼深度為0mm時(shí)可以認(rèn)為是裸眼完井方式）；驅(qū)替速度1mL/min；地層溫度90℃。自動(dòng)補(bǔ)償圍壓高于驅(qū)替壓力2MPa用于保證酸液不會(huì)沿巖芯側(cè)面串流。

2　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與討論

2.1蚓孔擴(kuò)展形態(tài)研究

2.1.1不考慮裂縫濾失

實(shí)驗(yàn)后取出巖芯樣品進(jìn)行觀察。在射孔中形成了肉眼能觀察到的主蚓孔通道，貫穿整塊巖芯（圖3）。利用電鏡掃描裸眼完井巖樣（孔眼深度為0）與射孔完井巖樣（孔眼深度為5mm）注酸端面，如圖4所示?？梢钥闯觯阊弁昃畮r芯端面（左）受非均質(zhì)性控制，產(chǎn)生許多微小蚓孔，且并未造成巖芯突破，降低酸化效率；反之射孔完井巖芯端面（右）產(chǎn)生的蚓孔數(shù)量（不包含孔眼內(nèi)形成的主蚓孔）明顯少于裸眼完井。根據(jù)Hill等［9］提出的蚓孔競(jìng)爭(zhēng)理論，在以主蚓孔的深度為半徑的周圍不會(huì)產(chǎn)生其他主蚓孔。巖芯端面的射孔可理解為較大尺寸的主蚓孔，該主蚓孔將改變流動(dòng)場(chǎng)和壓力場(chǎng)；受到孔眼深度的控制，酸液在射孔中不斷匯集形成局部高注酸壓差，這個(gè)注酸壓差對(duì)蚓孔形態(tài)產(chǎn)生了影響。在排量一定的情況下，大量酸液進(jìn)入其中，造成巖芯端面其他區(qū)域酸液流量降低，且相對(duì)注入壓差減小，難以再形成新的酸蝕蚓孔。

圖3　在射孔內(nèi)產(chǎn)生的酸蝕蚓孔

圖4　巖樣端面掃描電鏡成像（左：裸眼完井；右：5mm射孔）

2.1.2考慮裂縫濾失

在剖縫巖芯注酸實(shí)驗(yàn)中，酸液沿人造裂縫在軸向上形成不同程度的酸蝕蚓孔，但由于射孔深度不同蚓孔形態(tài)結(jié)構(gòu)存在較大差異（圖5）。打開未射孔巖芯剖面，可以觀察到一條平均直徑約1mm的主蚓孔已經(jīng)突破巖芯；受巖芯非均質(zhì)性控制在距入口端10mm處主蚓孔上產(chǎn)生一條長(zhǎng)約20mm的分支，蚓孔分支末端又分為兩條次級(jí)蚓孔分支；蚓孔分支未能對(duì)巖芯造成突破。射孔5mm巖芯剖面上主蚓孔平均直徑約為2mm，主蚓孔上僅有一條約5mm長(zhǎng)的短蚓孔分支。在射孔10mm巖芯的剖面上，酸液由射孔進(jìn)入人造裂縫中并對(duì)裂縫壁面進(jìn)行溶蝕，沿軸向形成一條寬2mm，高10mm的高導(dǎo)流能力酸蝕蚓孔，且在主蚓孔上沒(méi)有蚓孔分支產(chǎn)生。

圖5　裸眼完井、5mm射孔完井與10mm射孔完井下蚓孔擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)

2.2壓力曲線變化分析

2.2.1不考慮天然裂縫濾失

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，隨著酸液向巖芯端面注入，入口端壓力隨著時(shí)間的變化逐漸上升并達(dá)到峰值，之后壓力開始下降直至巖芯被酸液突破。入口端壓力的變化能夠體現(xiàn)酸蝕蚓孔在擴(kuò)展過(guò)程中的狀態(tài)，并且在注酸過(guò)程中峰值入口端壓力和入口端壓力升降速度等參數(shù)變化規(guī)律對(duì)實(shí)際施工過(guò)程具有指導(dǎo)意義，故繪制入口端壓力變化與注入酸液PV數(shù)的關(guān)系，如圖6所示。

圖6　不同完井方式壓降曲線圖

當(dāng)巖芯端面孔眼深度為0時(shí)，可以認(rèn)為是裸眼完井，在注酸過(guò)程中酸壓分布受到地層巖芯非均質(zhì)性的影響，故在注酸初期入口端壓力上升相對(duì)較慢。而在射孔完井的井筒中，酸液優(yōu)先選擇進(jìn)入高滲流大通道射孔中，形成局部高酸壓。對(duì)上升階段的入口端壓力進(jìn)行線性回歸分析后可以看出，在排量不變的情況下，射孔完井入口端壓力上升速度高于裸眼完井，且射孔越深入口端壓力上升越快。孔眼深度對(duì)峰值壓力也有影響，隨著孔眼深度的增加，峰值壓力隨之增大?？籽凵疃葹?時(shí)，峰值壓力為8.47MPa；孔眼深度為5mm時(shí)，峰值壓力為14.30MPa；孔眼深度為10mm時(shí)，峰值壓力為19.74MPa。同時(shí)可以得到孔眼深度與酸液突破體積成負(fù)相關(guān)關(guān)系，射孔越深突破體積越小，在裸眼完井條件下（孔眼深度為0）突破體積最大。

2.2.2考慮天然裂縫濾失

在碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸化過(guò)程中，酸液沿天然裂縫濾失對(duì)突破體積造成的影響不可忽略。向人工剖縫的巖芯進(jìn)行注酸實(shí)驗(yàn)，所得到的入口端壓力變化與注酸PV數(shù)關(guān)系，如圖7所示。

在天然裂縫性碳酸鹽巖儲(chǔ)層注酸實(shí)驗(yàn)中，壓力曲線在局部范圍內(nèi)出現(xiàn)波動(dòng)。考慮裂縫濾失的裸眼完井、孔眼深度5mm和孔眼深度10mm注酸實(shí)驗(yàn)中酸液突破體積分別為16.411、6.995和5.087，突破體積與孔眼深度關(guān)系滿足上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論。通過(guò)2組實(shí)驗(yàn)對(duì)比得到濾失對(duì)裸眼完井的影響最大，考慮濾失后所需突破體積較不考慮濾失上升了近3倍，而天然裂縫濾失對(duì)射孔完井的酸液突破體積影響較小，如圖8所示。可知在裂縫性碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸化過(guò)程中，酸液向裂縫中濾失造成了大量酸液損失，增大了突破體積；而射孔完井的裂縫性儲(chǔ)層在酸化時(shí)，酸液首先選擇進(jìn)入高導(dǎo)流能力射孔中并形成主蚓孔，減少了其他區(qū)域酸液的流量，從而減少向裂縫中的濾失量。

圖7　考慮天然裂縫濾失的不同完井方式壓降曲線圖

圖8　濾失對(duì)不同完井方式酸液突破體積影響關(guān)系圖

3　結(jié)論

（1）由于射孔形成局部高導(dǎo)流通道，酸液從射孔進(jìn)入地層后的溶蝕形態(tài)異于裸眼完井，且孔眼深度越長(zhǎng)，蚓孔分支越少；孔眼深度越短，蚓孔分支越多。

（2）注酸過(guò)程中，射孔完井所對(duì)應(yīng)的井口壓力升降變化劇烈，而裸眼完井對(duì)應(yīng)的井口壓力升降變化則較為平緩；峰值壓力與射孔的長(zhǎng)度呈正相關(guān)。

（3）突破相同體積巖性一致的巖芯，孔眼越長(zhǎng)所需的酸液量越少；在考慮濾失環(huán)境中，裸眼完井儲(chǔ)層中酸液更易濾失，所需的突破體積大大增加，而射孔完井儲(chǔ)層受裂縫濾失影響較小。

［1］米卡爾J.?？酥Z米德斯，肯尼斯G.諾爾特.油藏增產(chǎn)措施［M］.3版.北京：石油工業(yè)出版社，2002.

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TE344

A

1004-5716（2016）10-0048-04

2015-11-03

2015-11-09

李志（1991-），男（漢族），四川成都人，西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向：碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸化增產(chǎn)。