碳酸盐岩储层酸压新技术——固体酸酸压技术

压裂酸化(又称酸压)是改造碳酸盐岩油气层的有效方法，是油气井的重要增产措施。为适应高温碳酸盐岩储层酸压改造的需要，本文提出了一种新型的酸压工艺技术——固体酸酸压工艺技术、该技术首先将酸固化成颗粒，然后用非反应流体压开裂缝并将固体酸携带入裂缝中；并根据所设计裂缝的长度和导流能力确定布酸方式．最后注入释放液，使固体酸释放出酸并与岩石作用，从而实现对裂缝壁面的刻蚀并实现深部改造     

一种砂岩缓速酸酸岩反应模型的建立

砂岩酸压增产改造工艺技术在复杂岩性、低渗透、特低渗透、非常规及特殊油气藏的勘探开发中,得到了越来越广泛的应用。砂岩储层酸压的关键在于形成较高导流能力的酸蚀裂缝,为了有效改造储层和减轻二次伤害,常采用缓速酸液体系进行砂岩酸压。为了完善砂岩缓速酸的酸压理论,科学指导砂岩酸压设计和现场施工,基于酸液缓速机理和酸岩反应机理,建立了砂岩缓速酸酸压中裂缝内和滤失区的酸液浓度分布和矿物浓度分布模型,并用于计算酸蚀裂缝导流能力、酸液滤失区孔隙度和渗透率的改善程度。实例模拟结果表明：缓速酸酸压可保证酸蚀裂缝和滤失区具有较高的HF浓度,有利于增加酸液有效作用距离和改善基岩孔隙度和渗透率,但过高的HF浓度则会产生硅胶沉淀,对储层造成二次伤害,从而降低酸压效果;单一氟硼酸和氢氟酸的复合缓速酸液体系产生的导流能力随裂缝长度的增加呈现出先增加后降低的趋势,因而应考虑采用多种酸液多级交替注入酸压。     

表面活性剂缓速酸酸压实践

塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏油气渗流通道主要为裂缝，油井完井后大多无产能，需要通过酸压增产改造措施，才能保证油井正常生产。在对油藏地质认识的基础上，优选酸液体系，对压裂工艺参数进行优化设计，确保在地层中形成一定长度、高导流能力的酸蚀裂缝并有效沟通储集层。表面活性剂缓速酸酸压在TK466井的成功实践，将为今后油田高效开发提供强有力的技术支持。     

酸压模拟的三维模拟及计算

针对地层的实际情况,考虑产层,盖层,底层的岩石力学参数,如泊松比,弹性模量,断裂韧性和地应力互不相同时,建立了包括三维裂缝延伸模型和酸液运移分布模型的酸压模型三维模型,并编制了酸压设计软件,该软件全面考虑了温度场,同离子效应,反应活化能变化等影响,能模拟碳酸盐岩油气层各种应力分布和酸压裂缝延伸及酸液运移情况。     

酸蚀裂缝导流能力实验与酸压工艺技术优化

使用ＦＡＴＳＣ 实验模拟装置研究了酸用量、酸类型、岩性、岩石纹理、溶蚀量、温度、缝宽、注入速率和注入方式等因素对酸蚀导流能力的影响。结果表明：高闭合应力时,交联酸更有利于提高酸蚀裂缝导流能力;酸蚀导流能力受岩性和岩石纹理分布影响大,与岩石的酸溶解量线性关系较差;高温时酸蚀裂缝容易形成不连续、较深的点蚀坑,酸反应局部消耗多,降低酸蚀导流能力;交联酸与胶凝酸交替多级注入、闭合酸化等技术有利提高酸蚀导流能力。基于实验结果,对不同岩性碳酸盐岩提出针对性酸压工艺优化技术：纯灰岩使用交联酸酸压工艺、含泥灰岩使用交联酸与胶凝酸交替注入工艺、闭合酸化工艺。优化的酸压工艺技术现场应用后取得了很好的效果。     

川西北部地区栖霞组超深高温气井酸压技术

川西北部地区栖霞组埋藏深、温度高、不同程度发育小洞和中洞,酸压改造面临摩阻高、酸岩反应速率快和酸蚀裂缝导流能力保持困难等难题。为提高栖霞组储层酸压设计的针对性,建立了酸岩反应热模型,开展了多场耦合酸压裂缝形态模拟。模拟结果表明:酸岩反应热会提高酸岩反应速率,降低酸蚀缝长,200 m3酸量对酸蚀缝长的影响最高达9 m;施工排量恒定时,酸蚀缝长随着酸量的增加而增加,但增加幅度逐渐减小。开展了4井次现场试验,井均测试产气量67.03×104 m3/d。现场试验表明,酸岩反应热对超深高温气井酸蚀裂缝形态的影响不可忽略,多场耦合酸压设计方法在川西北部地区栖霞组具有较好的适应性。     

酸压模拟的三维模型及计算

针对地层的实际情况,考虑产层、盖层、底层的岩石力学参数,如泊松比、弹性模量、断裂韧性和地应力互不相同时,建立了包括三维裂缝延伸模型和酸液运移分布模型的酸压模拟三维模型,并编制了酸压设计软件.该软件全面考虑了温度场、同离子效应、反应活化能变化等影响,能模拟碳酸盐岩油气层各种应力分布和酸压裂缝延伸及酸液运移情况.     

深度酸压自生酸酸液体系研究

目前深层、超深层碳酸盐岩储层存在温度高和物性差等特点，常规酸压技术的酸岩反应速率过快，酸蚀裂缝导流能力低，无法实现深部酸压，储层改造效果差。针对此类问题，设计了一种新型自生酸酸液体系，并通过室内评价实验对酸液体系性能进行评价，结果表明自生酸酸液体系可有效实现深度酸压的目的。     

长庆气田碳酸盐岩储层加砂压裂试验研究

针对碳酸盐岩储层，长庆油田已形成了以普通酸酸压、稠化酸酸压、多级注入酸酸压—闭合酸化为主的三大酸压工艺技术系列且取得了较好的改造效果，但对致密碳酸盐岩储层，改造效果不理想。为此，2000—2002年先后开展了碳酸盐岩储层加砂压裂理论研究和四口井现场试验，以期克服酸蚀裂缝长度的局限性，提高缝长，获得更好的改造效果。从储层改造的技术思路、实施效果、取得的认识、存在的问题及下一步研究方向等方面进行了论述。     

奥陶系深层碳酸盐岩酸压机理与深度酸压工艺优化

奥陶系深层碳酸盐岩已成为长庆天然气勘探的重要领域,但与常规白云岩储层相比,奥陶系深层碳酸盐岩储层埋藏深、储层致密、灰质含量高,酸岩反应速度快,常规酸压改造酸蚀裂缝缝长短,单井产量较低,需开展酸压机理研究和深度酸压工艺优化,提高酸压改造效果。针对储层地质特征和酸压改造需求,通过开展酸岩反应动力学实验、酸蚀程度评价、酸压数值模拟,明确了不同白云石含量碳酸盐岩储层酸岩反应机理的差异性:随着白云石含量的降低,灰质含量的增加,反应速度加快,岩石表面酸蚀程度高,但酸蚀裂缝长度降低,应强化不同白云石含量碳酸盐岩储层改造的差异化设计。以"先造压裂缝、后酸蚀"的改造思路,优化形成了"前置液造缝、多体系酸液交替注入、缝内转向"为核心的深度酸压技术,通过酸液和压裂液共同作用,形成水力裂缝、酸蚀裂缝与基质溶孔连通的裂缝网络,现场试验取得较好增产效果。     

考虑多重滤失效应的前置液酸压有效缝长模拟

为了提高天然裂缝较发育的碳酸盐岩储层酸化压裂设计的准确性和有效性,在采用经典裂缝拟三维延伸数学模型模拟前置液造缝过程中裂缝几何尺寸动态变化的基础上,结合液相反应平衡原理和局部反应平衡原理,建立了考虑天然裂缝、蚓孔及基质多重滤失效应的酸液流动反应模型,以现场实例井的酸化压裂改造为例,使用所建模型模拟前置液酸压注酸过程中裂缝内酸液渗滤过程及酸岩动态刻蚀形态,通过酸液沿水力裂缝长度方向的浓度变化和残酸极限浓度综合确定酸蚀裂缝有效缝长,并与压力恢复试井的解释结果进行了对比。结果表明:(1)裂缝—孔隙型储层酸化压裂过程中,沿裂缝长度方向的酸液滤失速度非定值,滤失速度曲线呈锯齿状波动变化,在酸蚀蚓孔与天然裂缝相遇时酸液滤失速度普遍大于基质处的滤失速度;(2)裂缝—孔隙型储层酸化压裂过程中酸液滤失严重,酸液有效作用距离大幅度降低;(3)验证井酸化压裂解堵增产效果显著,该井试井解释结果与所建立的数学模型模拟解释结果相吻合,说明所建立的前置液酸化压裂数学模型可靠。结论认为,考虑多重滤失效应的前置液酸化压裂数学模型更适用于裂缝—孔隙型储层的酸化压裂模拟。     

碳酸盐岩储层多级交替酸压技术研究

为扩大酸液在碳酸盐岩储层压裂裂缝中的波及范围及作用距离,实现酸液对裂缝中岩面的非均匀刻蚀,提高酸蚀导流能力,提出了碳酸盐岩多级交替酸压技术。在分析多级交替酸压机理的基础上,采用压裂裂缝模拟软件,对前置液造缝阶段裂缝参数变化规律、造缝液体类型及交替注酸阶段交替注入参数进行了模拟优化,并进行了流态模拟与酸液腐蚀试验,优化了交替注入液体体系。模拟及试验结果表明:设计压裂缝长的70%是在裂缝快速增加阶段形成的,裂缝快速增加阶段可作为最佳的前置液造缝阶段,该阶段结束后即是多级交替注入酸液的最佳时机。多级交替泵注胶凝酸+压裂液及胶凝酸+交联酸段塞过程中,每级顶替液排量以阶梯递增方式注入、每级顶替液液量按递减方式注入、提高顶替液黏度和增加交替注入级数都有利于提高酸液在裂缝中的波及范围及均匀分布。研究结果可为碳酸盐岩储层的高效酸压提供理论依据。      

缝洞型碳酸盐岩油藏酸蚀裂缝导流能力模拟与分析

缝洞型碳酸盐岩油藏是指以天然溶蚀孔、洞和多尺度裂缝作为储渗介质的一类复杂油藏。该类油藏的基质致密,一般都需要通过酸压改造来提高单井产量。但目前关于缝洞型油藏导流能力沿缝长方向分布的研究还不完善,现有的酸蚀裂缝导流能力模型都基于固定网格或复杂流场,其不能模拟排量变化或考虑缝洞对导流能力分布的影响。本文首先分析了缝洞型油藏与常规油藏酸压技术目标的差异,然后在经典模型的基础上建立了基于动网格的酸蚀裂缝导流能力数值模型。利用该模型进行了敏感性分析,认为采用高、低浓度组合的方式可以提高有效酸蚀裂缝长度和酸液利用效率;在酸压裂缝遇洞后,需要以其与井筒的距离远近作为依据,选择采用续注关井返排、停泵关井返排和停泵立即返排等不同的应对方案。该研究对于优化缝洞型碳酸盐岩油藏的酸压设计和提高酸液利用效率具有一定指导意义。     

考虑岩矿非均质性的前置液酸压模拟研究

前置液酸压工艺采用高黏非反应性前置压裂液压开储层形成水力裂缝,然后高压挤入酸液刻蚀裂缝表面,形成非均匀溶蚀缝面以此来增强裂缝的导流能力。为了给深部碳酸盐岩储层的前置液酸压改造提供理论依据,在建立多种矿物存在的裂缝酸化数学模型的基础上,结合裂缝拟三维延伸模型,构建了能够正确描述前置液酸压物理、化学过程的综合控制方程组;基于控制方程,模拟分析了岩矿层理、岩矿组分占比和排量等关键因素对前置液酸压改造效果的影响。结果表明:(1)岩矿层理对酸蚀裂缝形态起主导作用,且水平层理有助于提高酸液的有效作用距离;(2)石灰岩在碳酸盐岩矿物中所占比例越大,酸液有效作用距离越短;(3)在考虑岩矿非均质性的前置液酸压改造中,大排量能增加酸液的有效作用距离,但酸蚀缝宽相应变窄。结论认为:(1)与常规酸压模拟方法相比,该方法充分考虑了受地质沉积影响的岩矿分布特点,较真实地模拟了岩矿非均质性所引起的裂缝非均匀刻蚀形态;(2)该研究成果为碳酸盐岩储层前置液酸压改造优化设计提供了新的方法和手段,丰富了碳酸盐岩储层改造理论。     

裂缝型储层酸液滤失可视化研究与应用

为了研究酸液在塔河裂缝型储层中的滤失机理,提高酸压过程中液体效率,利用自主研制的酸蚀裂缝可视化滤失模拟评价仪,基于网状裂缝模型,对酸液类型、交替注入级数、前置液比例和注酸排量这4种酸液滤失关键因素进行评价。试验结果表明,胶凝酸入口端效应明显,入口端裂缝宽度明显大于远端裂缝,地面交联酸酸蚀缝宽较平均,深部刻蚀效果好;交替注入级数越多,酸液滤失越小,塔河多级交替注入酸压最优级数为3~5级;前置液比例的增加,远端裂缝酸蚀宽度和深度明显增加。YJX井现场应用采用3级交替注入酸压工艺,提高注酸排量至7 m3/min,酸压液体效率和酸蚀缝长较邻井大幅增加,酸液滤失明显降低,压后累产油1.5×104 t,增油效果显著。     

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��The fracturing wiht geiatinized acid is a stimulation technique for reforming the carbonate fractured reservoirs with low permeability Ind low porosity. It can retard the reaction velocity of acid in opened fracture, redlice the filtration of acid, increase the length of acid-eroded fractures and improve fracturing and acidizing effect of reservoirs with low permeability and low porosity. In this paper, the author expounds the technologic content of this technique and introduces an operation example of the experimental well.     

深井超深井碳酸盐岩储层深度改造技术——以塔里木油田为例

塔里木盆地碳酸盐岩储层具有埋藏深、温度高、油气藏类型复杂、非均质性强等特点,这使得储层深度改造技术成为世界级难题。在低伤害前置液、地面交联酸、乳化酸等材料技术飞速发展的基础上,通过建立大型物理模型,并对酸蚀裂缝导流、酸岩反应动力学等酸压裂机理进行深入研究,初步形成了适应不同储层特点的具有针对性的储层多元化深度改造技术,如深度酸压技术、水力压裂技术、交联酸加砂压裂技术等。塔里木油田碳酸盐岩储层改造的成果及现场应用情况也验证了上述工艺技术的有效性。     

碳酸盐岩油藏酸压模型研究及应用

现有的酸压设计存在以下问题:压裂液滤失多采用针对均质储层的经典滤失理论,酸液的滤失没有考虑酸蚀蚓孔的影响,酸岩反应模拟中未考虑裂缝高度方向酸液的传质。针对这一问题,在有关酸压模型最新研究成果的基础上,对碳酸盐岩油藏多级酸压设计计算的核心模型作了较为深入的研究,建立了碳酸盐岩油藏多级酸压时压裂液滤失计算模型,给出了模型的解析解;基于碳酸盐岩油藏酸压中酸液的流动反应特性,建立了酸蚀蚓孔的增长模型、酸液在蚓孔内流动反应模型和滤失的酸液在地层中流动模型,提出了便于现场应用的碳酸盐岩油藏酸液滤失计算方法;推导了考虑酸液沿缝长、缝高方向的运移以及酸液在裂缝宽度方向对流扩散的三维流动反应数值计算模型,为碳酸盐岩油藏的酸压设计提供基础理论依据。     

哈法亚油田孔隙性石灰岩储层酸压先导性试验

中东地区哈法亚油田的Mishrif油藏为强非均质性整装背斜油藏,在构造边部进行酸压先导性改造试验过程中,受边底水影响,改造规模有限;储层岩石岩性纯不利于酸压过程中酸液的非均匀刻蚀;杨氏模量低,应力隔层遮挡能力较差,不利于缝长的延伸和缝高的控制;酸岩反应后原油乳化问题严重不利于返排。数值模拟和实验结果表明:针对储层特点,采用多级交替注入酸压工艺,优化注入工艺参数,能够增加酸岩反应作用距离,实现非均匀刻蚀;采用纤维暂堵降滤、互溶剂破乳助排配套技术,解决了压裂过程中酸液滤失大和压后返排困难的难题,最后阶段的闭合酸化增加了井筒附近的导流能力。优选了“交联压裂液+胶凝酸”的液体体系有效延缓了酸压反应速率,在现场MF3井取得了很好的应用效果,有效酸蚀缝长达到80 m,单井测试日产油达到317 t/d,储层改造效果显著。该研究为中东地区此类储层动用提供了有效的工程技术手段。