束鹿凹陷泥灰巖致密油轉向酸壓可行性研究

段貴府　才 博　何春明　趙安軍　唐邦忠

(1. 中國石油勘探開發研究院廊坊分院， 河北 廊坊 065000；2. 中國石油華北油田分公司， 河北 任丘 062550)

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束鹿凹陷泥灰巖致密油轉向酸壓可行性研究

段貴府1才 博1何春明1趙安軍2唐邦忠2

(1. 中國石油勘探開發研究院廊坊分院， 河北 廊坊 065000；2. 中國石油華北油田分公司， 河北 任丘 062550)

摘要：束鹿凹陷泥灰巖致密油儲層埋藏深、巖性復雜、天然裂縫發育，其儲層特征既不同于北美Bakken致密油，又不同于國內松遼、鄂爾多斯長7段，儲層改造難度大。采用宏觀實驗測試與微觀實驗分析相結合的方式，從轉向酸壓技術機理、酸巖反應動力學、酸蝕裂縫形成條件分析以及導流能力測試入手，對束鹿凹陷泥灰巖儲層轉向酸壓可行性進行了論證。研究結果表明VES轉向酸適用于泥灰巖儲層且能夠實現均勻布酸、深度酸壓的改造目的，利用轉向酸壓技術能夠較大幅度地提高裂縫的導流能力，但裂縫的保持能力較差，需進一步探討其他配套技術。

關鍵詞：泥灰巖； 致密油； 轉向酸壓； 酸蝕導流能力

隨著常規油氣資源勘探程度的不斷提高，勘探難度越來越大。在納米孔喉系統“連續型”油氣聚集的地質理論創新、水平井體積壓裂“人造滲透率”的核心技術創新、多井平臺式“工廠化”低成本開采的開發模式創新的推動下，全球非常規油氣勘探開發取得了一系列的重大突破，全球的油氣勘探已進入常規與非常規并重發展的時代。致密油被稱為“黑金”，作為一種非常規油氣資源，已成為我國勘探開發的“熱點”領域。

束鹿凹陷致密油儲層近年來成為華北油田重點勘探對象。泥灰巖儲層發育裂縫，裂縫以構造縫為主，垂直縫、高角度縫和斜交縫發育?？紫抖冉橛?.5%～3.5%，基質滲透率低于0.1×10-3μm2，儲層溫度為130 ℃，屬于低孔超低滲致密儲層。根據X衍射全巖分析結果，石英質量含量在15%～20%，黏土質量含量在15%～25%，碳酸巖質量含量在64%～85%，碳酸巖以方解石為主。該區塊以往開展了多級注入酸壓、稠化酸酸壓以及加砂壓裂等改造工藝，壓后均能見到一定的效果，但由于當時技術有限、儲層溫度高等原因導致多級注入酸壓平均有效縫長僅40～60 m，稠化酸酸壓平均有效縫長為30～40 m，均未實現長距離溝通、深度酸壓的目的[1-2]。本次研究根據轉向酸壓機理、酸巖反應動力學分析酸蝕裂縫形成條件、酸蝕導流能力等，探討束鹿凹陷泥灰巖儲層轉向酸壓技術的可行性。

1儲層改造難點分析

束鹿凹陷泥灰巖致密油儲層改造由于其具有巖性特殊、地應力異常高等特點，存在施工風險大、配套工藝可選性差等突出的技術難題，主要表現為：

(1)巖性復雜。主要巖性為泥灰巖 — 礫巖，實施體積壓裂提高改造體積，以實現高產、穩產的增產目標無可借鑒先例。

(2)天然裂縫較發育，液體濾失量較大。酸壓改造過程中，使用常規酸液體系難以提高作用距離,難以實現造長縫，提高導流能力的目標。

(3)儲層埋藏深度大(垂深達4 100 m)，比長慶、吉木薩爾等致密油儲層垂深超出1 000 m以上。

(4) 儲層滲透率、孔隙度極低，屬于特低滲、低孔致密儲層。地層破裂壓力高達80～90 MPa，進行加砂壓裂施工困難。

2轉向酸壓技術機理分析

2.1理論基礎

VES自轉向酸體系進入地層以后，隨著酸巖反應的進行，酸液濃度降低(pH值升高)，酸巖反應產生了大量的MgCl2和CaCl2，屏蔽了分子間的電荷，降低了分子間的靜電排斥力。靜電排斥力的降低使分子排列更加緊密，分子結構從球型膠束或短棒狀膠束轉變為蠕蟲狀膠束。當膠束尺寸足夠長后，膠束之間相互接觸、相互纏繞形成具有空間網狀結構的“凍膠”體系，不但增加了體系黏度，同時賦予酸液一定的彈性。通過冷凍刻蝕透射電鏡，對酸液濃度為10%以及反離子環境下VES自轉向酸微觀結構的變化進行了分析，如圖1所示?？梢钥闯鲭S著酸液濃度的降低以及無機反離子濃度的增加，表面活性劑分子逐漸由球形膠束向長棒狀膠束轉換，最后變成蠕蟲狀膠束，使得酸液體系具有較高的黏度和黏彈性，增加了酸液分流轉向以及降濾失的能力[3]。

由于VES自轉向酸體系具有“變黏、緩速、降濾、無傷害”的特性，能夠實現自主分流、均勻改造并提高改造體積的目的[4]。自轉向酸沿高滲透層、裂縫流動過程中，酸液體系黏度逐步升高形成暫堵效果，通過暫堵已壓開的裂縫，增大縫內壓力，在新位置、新方向上形成多條裂縫，溝通更多的縫洞儲集空間，實現體積酸壓從而達到形成復雜縫網的目的；同時，在縫內通過酸液增黏分流，實現酸液從高滲區域向低滲區域轉向，形成酸蝕網絡，擴大波及體積，最終實現油氣泄流通道最大化，如圖2所示。

圖1　10%VES自轉向酸加入無機鹽前后電鏡掃描圖

圖2　VES自轉向酸形成酸蝕裂縫網絡示意圖

在常溫、常壓下測試VES自轉向酸酸液黏度隨鹽酸質量分數的變化情況，實驗結果見圖3。從圖3可知，隨著酸液濃度的降低，體系中Ca2+、Mg2+濃度逐漸升高，酸液體系黏度逐步升高。當鹽酸質量分數為10%時，溶液黏度達到最高,為72 mPa·s。之后隨著酸液濃度的進一步降低，VES自轉向酸酸液體系黏度開始降低，當鹽酸質量分數為5%時，酸液體系黏度降至32 mPa·s。

圖3　VES自轉向酸酸液黏度與鹽酸質量分數的關系曲線

在酸壓施工過程中，通常在注入酸液體系之后，采用追加一定量的互溶劑實現破膠[5]。為了研究酸蝕裂縫內原油和互溶劑對VES自轉向酸破膠性能的影響，將變黏后的VES自轉向酸分別與不同濃度的原油、互溶劑均勻混配，利用六速旋轉黏度計在500 s-1條件下，測定殘酸黏度隨時間的變化，實驗結果如圖4所示。當酸與互溶劑體積比為20∶1時，破膠后體系黏度為38 mPa·s；當酸與互溶劑體積比為10∶1時，破膠后體系黏度為7 mPa·s。隨著酸液所占比例的升高，破膠液的黏度越高，越容易造成壓后返排困難，因此在現場施工過程中應提高互溶劑所占體積比例。其次，互溶劑破膠性能好于原油。由此可以看出在有原油存在的條件下，原油與互溶劑的共同作用能使破膠更加徹底，更利于返排和降低儲層傷害。

圖4　原油、互溶劑對酸液破膠性能的影響

3酸巖反應動力學研究

針對泥灰巖儲層實際的溫度特征，開展儲層實際溫度條件下不同酸液體系(普通酸、膠凝酸、VES自轉向酸)的酸巖反應動力學研究，以獲取更加真實的儲層酸巖反應特征。實驗條件：溫度為130 ℃；壓力為7 MPa；巖盤轉速為500 rmin。通過酸巖反應動力學實驗，確定3種酸液體系的酸巖反應速率與鹽酸質量分數的關系，實驗結果如圖5所示。

由圖5可知：在相同條件下，普通酸反應速率最大，VES自轉向酸反應速率最小，普通酸的反應速度是膠凝酸的1.2～2.4倍，是VES自轉向酸的1.4～3.4倍，膠凝酸的反應速率是VES自轉向酸的1.2～1.5倍。隨著鹽酸質量分數升高，不同酸液體系的酸巖反應速率差值呈降低的趨勢。由此可見，在實際應用中相對于其他酸液體系VES自轉向酸能夠更好地均勻布酸，能實現深度酸壓。

圖5　不同酸液體系酸巖反應速率對比曲線

4酸液對網絡裂縫溝通能力研究

利用轉向酸和膠凝酸2種酸液體系在5 MPa注入壓差下進行過酸研究，分析酸液對裂縫系統的溝通能力，描述兩者的酸溶蝕特征[6-7]，實驗結果如圖6所示?？梢钥闯鲞@2類酸液體系反應后，在天然裂縫的部分充填及未充填區域產生了多個不同尺寸的酸蝕蚓孔。其中，較大尺寸酸蝕蚓孔穿透了巖心，引起酸液濾失量大幅度增加；小尺寸蚓孔的穿透距離較短，對裂縫系統的溝通貢獻有限。實驗結果表明，當裂縫較為發育時，酸液類型對天然裂縫溝通能力的影響程度較弱。

圖6　酸液在5 MPa注入壓差下復雜裂縫系統溶蝕圖

5酸蝕導流能力研究

利用DAKE酸蝕裂縫導流模擬實驗裝置測定泥灰巖巖樣在不同閉合應力條件下的酸蝕裂縫導流能力，使用的酸液體系配方為：5%VES+20%HCl+3%緩蝕劑+1%鐵離子穩定劑，測試結果如圖7所示。由圖7可知，在60 MPa閉合應力下，酸蝕裂縫導流能力為662.3×10-14m3。隨著閉合應力的增大，酸蝕裂縫導流能力大幅度下降，下降幅度達80%。這是因為隨著酸液與可反應物反應程度的提高，巖心表面泥質含量越來越高，而泥質礦物抗壓能力有限，易形成堵塞。

將刻蝕后的巖心板放置黑箱中進行燈光照射，可以描述無圍壓下刻蝕巖板的支撐剖面特征，實驗結果如圖8所示。由圖8可知，泥灰巖巖板酸蝕以后能夠形成一定高度的非均勻刻蝕溝槽，主要以點狀支撐為主，能夠提高裂縫的導流能力，但是保持能力較差。裂縫導流能力的保持能力與支撐點力學強度密切相關。由于儲層礦物的隨機分布以及酸液對礫石顆粒和膠結物的差異溶蝕導致刻蝕通道間連通性較差。針對泥灰巖儲層利用轉向酸進行酸壓改造具有一定的效果，但是若要實現長期穩產則還需進一步探討與轉向酸壓相匹配的配套工藝技術，例如探討縫網酸壓結合加砂壓裂的復合改造模式的可行性，更大程度地提高改造體積，降低致密儲層滲流距離和流動壓力梯度，達到高效開采泥灰巖儲層的目的。

圖7　酸蝕裂縫導流能力測試曲線

圖8　無圍壓下刻蝕巖板的支撐剖面

6結語

(1)泥灰巖儲層酸巖反應速率主要受表面反應及巖性分布控制。

(2)與普通酸、膠凝酸相比，自轉向酸酸巖反應速率最低，酸液作用距離更長，能夠實現深度酸壓的目的。

(3)當裂縫較發育時，酸液類型對天然裂縫的溝通能力影響程度減弱。

(4)利用轉向酸進行深度酸壓能夠大幅度提高導流能力，受支撐點力學強度影響其導流能力保持能力相對較差。

(5)單一使用轉向酸壓技術仍無法解決長期穩產的改造目的，建議繼續探討利用轉向酸實現縫網酸壓結合加砂壓裂的復合改造模式對于泥灰巖儲層的適應性。

參考文獻

[1] 王立中，王杏尊，盧修峰，等.乳化酸+硝酸粉末酸壓技術在泥灰巖儲層中的應用[J].石油鉆采工藝，2005,27(3)：63-66.

[2] 蔣廷學，張以明，馮興凱，等.高溫深井裂縫性泥灰巖壓裂技術[J],石油勘探與開發，2007,34(3)：348-353.

[3] 何春明，陳紅軍，劉嵐，等.VES自轉向酸變黏機理研究[J]，鉆井液與完井液，2010，27(4)：84-86.

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[7] HUANG T, HILL A D, SCHECHTER R S. Reaction Rate and Fluid Loss: The Keys to Wormhole Initiation and Propagation in Carbonate Acidizing[G].SPE37312,1997.

Feasibility Study on Diversion Acid Fracturing Technology in Shulu Sunken Muddy Limestone Reservoirs

DUANGuifu1CAIBo1HEChunming1ZHAOAnjun2TANGBangzhong2

(1. Langfang Branch of Petroleum Exploration and Development Research Institute, PetroChina,Langfang Hebei 065000, China; 2. PetroChina Huabei Oilfield Company, Renqiu Hebei 062550, China)

Abstract:Shulu sunken muddy limestone tight oil reservoir is featured in high burial depth, complex lithology, well developed natural fracture, which is neither similar to Bakken tight oil, nor to Erods and Songliao basin, so we need to explore a set of suitable stimulation mode for this reservoir. In this paper, by means of macro test to micro experimental analysis mode, we studied the mechanism of diversion acid technology, acid rock reaction kinetics, acid etched fracture analysis of the formation conditions and acid etched fracture conductivity, to give a feasibility analysis for Shulu sunken muddy limestone tight oil reservoirs to conduct diversion acid fracturing technology application. The results show that VES diversion acid fracturing can achieve the goals of uniform acid distribution and depth acid fracturing. And after diversion acid fracturing, muddy limestone reservoir can form higher fracture conductivity. But the stabiliting power of conductivity is poor, so we need to explore a series of matching technology to further improve etched fracture conductibity and stabiliting ability.

Key words:muddy limestone; tight oil; diversion of acid fracturing; acid corrosion conductivity

收稿日期：2015-09-08

基金項目：國家科技重大專項“低滲、特低滲透油氣田經濟開發關鍵技術”(2011ZX05013)；中石油科技重大專項“特低、超低滲油藏高效改造新技術研究”(2014B-1202)

作者簡介：段貴府(1989 — )，男，四川廣安人，助理工程師，研究方向為儲層改造理論與工藝技術。

中圖分類號：TE357.2

文獻標識碼：A

文章編號：1673-1980(2016)03-0063-04