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泥灰?guī)r致密油自轉(zhuǎn)向酸體系

文檔作者：段貴府1 沈華2 何春明1 程曉東2 余芳3 穆海林3 安岳鵬4 文檔來源： 1．中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院 2．中國石油華北油田分公司，河北任丘062552； 3．中國石油渤海鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司 4．渤海鉆探定向井技術服務分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年02月26日
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第33卷第4期
2016年7月
鉆井液與完井液
DRILLING FLUID&amp;amp;COMPLETl0N FLUID
Vr01．33 No．4
July 2016
doi：10．3696／j．issn．1001—5620．2016．04．021
泥灰?guī)r致密油自轉(zhuǎn)向酸體系
段貴府1， 沈華2， 何春明1， 程曉東2， 余芳3， 穆海林3， 安岳鵬4
(1．中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007；2．中國石油華北油田分公司，河北任丘062552；
3．中國石油渤海鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司，河北任丘062552；4．渤海鉆探定向井技術服務分公司，河北任丘062552)
段貴府等．泥灰?guī)r致密油轉(zhuǎn)向酸體系[J]．鉆井液與完井液，2016，33(4)：101．104．
摘要為解決束鹿凹陷泥灰?guī)r致密油儲層以往改造中面臨施工壓力高、改造距離短和導流能力低的難點．根據(jù)泥灰?guī)r
酸巖反應特征，優(yōu)化了自轉(zhuǎn)向酸體系配方，開展了轉(zhuǎn)向酸體系黏度性能、流變性能及破膠性能評價。利用巖心流動實驗方法，
研究了酸液對裂縫網(wǎng)絡的溝通作用，明確酸液體系與施工參數(shù)對酸蝕裂縫網(wǎng)絡的影響。實驗結(jié)果表明，自轉(zhuǎn)向酸具有低傷
害、易破膠和易均勻布酸的優(yōu)點，殘酸濃度降低到5％時黏度可達到96 mPa·S；酸液能夠?qū)崿F(xiàn)側(cè)向?qū)μ烊涣芽p的大幅度溝
通，滿足泥灰?guī)r儲層改造的要求。對比不同改造工藝下裂縫導流能力，形成一套適合泥灰?guī)r儲層的轉(zhuǎn)向酸壓與加砂壓裂復
合的體積改造模式，該技術在STlH井等3口井15段中綜合應用，穩(wěn)定日產(chǎn)量是以往的10倍。
關鍵詞泥灰?guī)r；自轉(zhuǎn)向酸；天然裂縫；網(wǎng)絡裂縫；導流能力
中圖分類號：TE357．2 文獻標識碼：A 文章編號：1001．5620(2016)04．0101．04
DivertingAcid Used for Acidizing Tight Maristone Reservoir
DUAN Guiful，SHEN Hua2，HE Chunmin91，CHENG Xiaodon92，YU Fan93，MU Hailin3，AN Yuepen94
(1．Langfang Branch ofPetroChina Research Institution ofPetroleum Exploration and Development，Langfang，Hebei 065007；
2．PetroChina Huabei Oilfield Company，Renqiu，Hebei 062552；3．Downhole Services Company BHDC,Renqiu，Hebei 062552；
4．Directional Drilling Service Company，BHDC，Renqiu，Hebei 062552)
Abstract In improving the tight marlstone reservoir in Shulu sag，problems such as high operation pressure，short improving distance
and low conductivity have been frequently encountered．A newself-diverting acid formulation was developed for use in stimulation
jobs to try to solve the problems as described above．Evaluation of the viscosity,elasticity,rheoiogical and gel-breaking performances
of the self-diverting acids was performed through laboratory experiment．Communicating of fractures in the reservoir formations by
acids was conducted through core flow experiment．The evaluation demonstrates that the self-diverting acid causes low damage to
reservoir formations，the gels are easy to break，and the acid is evenly distributed．When the residue acid had its concentration decreased
to 5％．the viscosity of the acid can be 96 mPa‘S．The acid can go laterally to make the natural fractures communicated extensively,
satisfying the needs to improve the marlstone reservoi r．Comparison ofthe conductivities ofthe fractures using different improvement
techniques resulted in a volumetric stimulation model suitable for marlstone reservoir improvement，a model integrating diverting acid
fracturing and fracturing with sand．This technology has been used in the improvement of three wells(1 5 segments)，obtaining stable
daily production rate that is 10 times ofthe old wells．
Key words Marlstone；Self-diverting acid；Natural fracture；Network fractures；Conductivity
渤海灣盆地的束鹿凹陷位于冀中坳陷南部，是
在前第三系基底上發(fā)育的東斷西超的單斷箕狀凹
陷。束鹿凹陷泥灰?guī)r致密油儲層具有億噸級儲量，
是渤海灣地區(qū)油氣接替的新領域[1-2]。束鹿凹陷泥
灰?guī)r致密油儲層具有埋藏深、巖性復雜、地應力高、
天然裂縫發(fā)育以及酸巖反應速率高等特點，造成儲
層改造中面臨施工壓力高、工作液濾失量大、砂堵
風險高和改造距離短等技術難題[3-4]。該區(qū)域在早
基金項目：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 o
第一作者簡介：段貴府，助理工程師，碩士研究生，2015年畢業(yè)于中國科學院大學化學工程專業(yè)，主要從事儲層改
造理論與工藝技術研究工作。電話(010)69213433；E-mail：dgfl989@163．com。
萬方數(shù)據(jù)
102 鉆井液與完井液2016年7月
期勘探開發(fā)過程中主要采用酸化改造和加砂壓裂，
未見明顯效果，分析原因主要是由改造距離短、導
流能力不匹配導致【5】，亟待探索一套適合束鹿凹陷
泥灰?guī)r致密油儲層的工作液體系和體積改造模式。
筆者從提高壓裂改造程度、大幅度溝通天然裂縫以
及提高裂縫導流能力出發(fā)，開展VES自轉(zhuǎn)向酸體
系配方優(yōu)化研究。通過開展酸液對裂縫網(wǎng)絡溝通能
力和酸蝕裂縫導流能力研究，形成適合于泥灰?guī)r儲
層改造的模式和配套技術。
1 自轉(zhuǎn)向酸體系研究
1．1 泥灰?guī)r酸巖反應特征
從儲層巖心的溶蝕率實驗結(jié)果可以看出，儲層
礦物成分沿井段變化很大，使得酸液對巖樣的溶蝕
率存在較大的差異。以STlH井為例，最高溶蝕率
井段的溶蝕率為90％左右，而最低溶蝕率井段的
溶蝕率為60％左右；對于同一層段巖樣，不同酸
液濃度下巖樣的溶蝕率差異較小，如表l所示。
表l STlH井不同井段巖心在不同酸液濃度下的溶蝕率
巖心號HCF％溶蝕率脫巖心號HCl／o／o溶蝕率／％
1．1 5 76．18 3．1 5％ 89．90
1—2 10 76．80 3．2 10 90．87
1．3 15 78．04 3．3 15 90．16
1．4 20 78．28 3．4 20 90．10
1．5 25 78．95 3．5 25 91．3l
2．1 5 78．24 4．1 5 59．48
2．2 10 79．13 4．2 10 60．20
2．3 15 80．44 4．3 15 61．24
2．4 20 81．78 4—4 20 62．84
2．5 25 83．07 4—5 25 64．25
根據(jù)以上溶蝕特征，要求不同井段的改造策略
有所差異，對于溶蝕率較高的儲層選用酸壓改造，
而對于溶蝕率較低的層段，酸液可能難以形成有效
刻蝕，或難以形成連續(xù)的刻蝕剖面，這就要求與水
力壓裂相結(jié)合才能獲得較好的支撐裂縫導流能力。
1．2酸液黏度變化
考慮到儲層保護和高濃度的酸對管柱的腐蝕性
更強，主體酸液的濃度選擇為15％，主體酸配方
為15％HCl+5％VES—T+4．5％緩蝕劑+2％鐵離子穩(wěn)
定劑，所用稠化劑VES．T屬于氧化銨型表面活性
劑，與甜菜堿型表面活性劑相比，其耐溫能力更強，
黏度升高速率更快。模擬酸與地層反應，測得殘酸
濃度由15％減少到10％，再減少到5％時的黏度
為33、80、96 mPa·S。結(jié)果表明，由于隨著酸巖
反應的進行，酸液濃度逐漸降低，體系pH值升高，
反應過程中產(chǎn)生大量的MgCl：和CaCI：，屏蔽了分
子之間的電荷，降低分子間的排斥力，表面活性劑
分子從球型或棒狀膠束轉(zhuǎn)變?yōu)槿湎x狀膠束，形成具
有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加了體系的黏度。因此，當?shù)?
層反應殘酸濃度降低到5％時體系黏度可達到96
mPa·S，滿足造縫、降低濾失及緩速等要求。
1．3 VES自轉(zhuǎn)向酸流變性能
為了進一步認識酸液在儲層高溫、剪切環(huán)境下
的穩(wěn)定性，測試了變黏后酸液的耐溫耐剪切性能。
主體酸配方選用1 5％HCI+5％VES—T+4．5％緩蝕劑+
2％鐵離子穩(wěn)定劑，實驗溫度選用儲層實際溫度
100～120℃，剪切速率為170 S～，VES自轉(zhuǎn)向酸
的殘酸配制方法為：首先在酸液中緩慢加入CaCl：
調(diào)節(jié)溶液的pH值，然后加入酸液添加劑，均勻混合，
最后加人VES。實驗結(jié)果見圖1。
，mln
圖1 VES自轉(zhuǎn)向酸耐溫耐剪切性能曲線
測試結(jié)果表明，在高溫環(huán)境下，酸液剪切130
min后，酸液黏度均能保持在40 mPa·S以上；隨
著測試時間的增加，酸液黏度基本保持不變，說明
酸液具有較好的剪切穩(wěn)定性，在儲層環(huán)境下長時間
剪切依然具有較好的轉(zhuǎn)向及降濾失能力。
1．4 VES自轉(zhuǎn)向酸破膠性能
為了研究酸蝕裂縫內(nèi)原油和互溶劑對VES自
轉(zhuǎn)向酸破膠性能的影響，通過將變黏后的VES自
轉(zhuǎn)向酸分別與不同濃度的原油、互溶劑均勻混配，
測定殘酸黏度隨時間的變化，實驗結(jié)果見圖2。實
萬方數(shù)據(jù)
第33卷第4期段貴府等：泥灰?guī)r致密油轉(zhuǎn)向酸體系103
驗結(jié)果表明：在相同配比下，互溶劑比原油破膠
性能好；酸與互溶劑比值為20：1時，破膠后體系
黏度為38 mPa·S，而酸與互溶劑比值為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(xiàn)場施工過程中應提高互溶劑所占比例，
使破膠更加徹底，更利于返排和降低儲層傷害[6-7]。
t／nlin
圖2原油、互溶劑對酸液破膠性能的影響(500 S。)
2 酸液對裂縫網(wǎng)絡溝通能力研究
束鹿凹陷泥灰?guī)r致密油儲層天然裂縫發(fā)育，裂
縫主要以充填以及半充填狀態(tài)存在，充填礦物主要
為方解石?？紤]到天然裂縫儲層的流動通道主要為
裂縫，其充填程度以及充填礦物的類型對酸液在裂
縫的流動、反應有很重要的影響，利用巖心驅(qū)替實
驗方法研究力學因素(驅(qū)替壓差)和化學因素(酸
液體系)對裂縫溝通能力的影響。
自轉(zhuǎn)向酸和膠凝酸在5 MPa注人壓差下的酸
溶蝕特征見圖3?？梢钥闯?，2種酸液體系反應后，
在天然裂縫的部分充填及未充填區(qū)域形成了多個不
同尺寸酸蝕蚓孔，自轉(zhuǎn)向酸酸蝕作用形成的蚓孔數(shù)
量較膠凝酸相對更多，且分布更為分散。
白轉(zhuǎn)l旬酸低黏膠凝酸
圖3 5 MPa注人壓差不同酸在復雜裂縫系統(tǒng)溶蝕圖
實驗結(jié)果表明，當天然裂縫較為發(fā)育時，酸液
類型對天然裂縫的溝通能力影響程度減弱，均能實
現(xiàn)裂縫側(cè)面穿通與溝通；由于自轉(zhuǎn)向酸自身具有低
傷害、易破膠以及均勻布酸，相對膠凝酸破膠后體
系存在聚合物殘渣造成傷害的問題，自轉(zhuǎn)向酸更適
合于泥灰?guī)r儲層改造。
3 酸蝕裂縫導流能力研究
為了認識泥灰?guī)r酸蝕裂縫導流能力的產(chǎn)生機
制以及改造工藝對裂縫導流能力的影響，采用從美
國STM—LAB公司引進的酸蝕裂縫導流能力實驗裝
置室內(nèi)測試了泥灰?guī)r自轉(zhuǎn)向酸酸蝕后導流能力變化
特征，研究了一定酸液注入速率(200 mL／min)下
酸壓和復合壓裂2種不同改造工藝對酸蝕裂縫導流
能力的影響，結(jié)果見圖4。實驗方法為先對泥灰?guī)r
巖心板進行酸刻蝕實驗，測試酸蝕導流能力，再利
用上述的酸刻蝕后巖心板鋪置一定濃度陶粒測試
支撐裂縫導流能力。實驗所用自轉(zhuǎn)向酸液配方為
15％HCl+5％VES—T+4．5％緩蝕劑+2％鐵離子穩(wěn)定
劑，鋪砂濃度為5 kg／m2。
閉合應力,／]V[Pa
圖4不同改造工藝形成的裂縫導流能力對比結(jié)果
由圖4可知，在70 MPa閉合應力下，單一通
過酸壓工藝形成的導流能力僅為3．2[．tm2-cm，酸
刻蝕后裂縫表面雖能形成一定的非均勻刻蝕，支撐
點主要以黏土為主，支撐強度特別低，導致導流能
力在低閉合應力作用下已經(jīng)快速下降，高閉合應力
下泥灰?guī)r導流能力基本完全喪失；加砂后支撐裂縫
導流能力提高至102_3 gm2 cm，是加砂前酸蝕導
流能力的32倍。實驗結(jié)果表明，針對泥灰?guī)r這類
酸蝕后存在大量泥質(zhì)覆蓋且難以形成非均勻刻蝕的
儲層，通過鋪置低濃度的支撐劑，能有效提高酸蝕
縫的導流能力，由于酸濃度降低，刻蝕和形成溝槽
的能力很低，添加少量的支撐劑有利于獲得長的有
效裂縫，是補償酸蝕裂縫短的有效手段。
4復合體積改造模式及現(xiàn)場應用
通過實驗研究明確了，對于泥灰?guī)r儲層，單
0
0
0
0
O
O
0
0
O
∞”如笛加"m，
萬方數(shù)據(jù)
104 鉆井液與完井液2016年7月
純通過酸溶蝕很難實現(xiàn)分隔裂縫間的溝通，仍需借
助大排量的水力造縫，結(jié)合酸蝕作用對支撐裂縫溝
通形成酸蝕裂縫網(wǎng)絡，利用水力壓裂加砂手段提高
整體裂縫系統(tǒng)的導流能力。因此，考慮到束鹿凹陷
儲層埋藏深、溫度高，酸巖反應速率快等改造難點，
為了獲得更大的有效改造體積，轉(zhuǎn)向酸壓與加砂壓
裂復合體積改造新模式適合于泥灰?guī)r致密油的儲層
改造[8】，采用單獨的大排量注入低黏酸液體系實現(xiàn)
裂縫系統(tǒng)溶蝕和溝通，結(jié)合大排量滑溜水造縫，降
低施工壓力的同時形成裂縫網(wǎng)絡，最后通過加砂壓
裂提高整體裂縫系統(tǒng)的導流能力。
根據(jù)上述優(yōu)化結(jié)果，對束鹿凹陷致密油區(qū)塊3
口井15段進行自轉(zhuǎn)向酸壓+加砂壓裂復合的體積
改造。其中，STlH井壓后Et產(chǎn)油量為226 1T13／d，
日產(chǎn)氣量為6．9×104 m3／d，目前穩(wěn)定Et產(chǎn)油量為9．8
m3／d；ST2X井初期日產(chǎn)油量為63 m3／d，目前油單
5 rnlTl控制Et產(chǎn)油量為11．7 m3／d；ST3井初期日產(chǎn)
油量為67．3 m3／d，目前油單2 nqlTl控制日產(chǎn)油量為
10．7 m3／d，改造效果顯著。
5 結(jié)論與建議
1．自轉(zhuǎn)向酸體系配伍性好、傷害低、易破膠
和易實現(xiàn)均勻布酸。殘酸濃度降低到5％時黏度達
96 mPa-s，滿足造縫、降低濾失量及緩速等要求。
2．自轉(zhuǎn)向酸能夠利用濾失作用實現(xiàn)裂縫側(cè)向穿
透，大幅度溝通天然裂縫，提高裂縫復雜程度。
3．通過不同改造工藝裂縫導流能力研究，自轉(zhuǎn)
向酸壓與加砂壓裂復合的體積改造新模式適應束鹿
凹陷泥灰?guī)r致密油儲層特征。
4．利用自轉(zhuǎn)向酸壓與加砂壓裂的復合體積壓裂
技術，對束鹿凹陷3口井15段進行改造，穩(wěn)定產(chǎn)
量由以往1．2們提高到11．3似，改造效果較好。
[2]
參考文獻
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(收稿日期2016．3．22；HGF=1603N8；編輯王小娜)

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