深层碳酸盐岩储层酸压进展与展望

酸压改造是深层碳酸盐岩储层高效勘探开发的技术利器。随着勘探开发逐渐迈向特深层,厘清目前酸压技术发展现状与趋势至关重要。从酸压裂缝起裂与扩展、酸刻蚀水力裂缝与导流能力构建、酸压数值模拟技术3个方面阐释了酸压改造机理;分析了黏度控制型、生酸时间控制型、H+屏蔽吸附型、非盐酸基型等4类耐高温缓速酸液体系特点;系统梳理了我国深层碳酸盐岩酸压工艺技术发展的4个历程,剖析了目前9000 m以深特深层碳酸岩酸压面临的4个挑战:能否压开储层、地层温度突破酸液体系耐温极限、高温高压测试手段缺乏、储集体靶向沟通难度大。基于此,提出了5个酸压研究展望:特深井破裂压力精准预测、耐220℃多功能酸液体系研发、超高温高压实验平台构建、全在线酸压技术、超临界CO_(2)酸压技术探索,力求实现特深层碳酸盐岩高效立体开发。

超临界CO_(2)对致密碳酸盐岩力学特性影响

采用超临界CO_(2)破致密碳酸盐岩具有破裂压力低,易形成复杂缝特点,但其作用的力学机理尚未清晰。选用马家沟组致密白云岩样,采用高温高压超临界CO_(2)饱和流体法,研究了岩样在超临界CO_(2)+地层水的流体中浸泡不同时间后的物性、声波响应、岩石力学特性和破裂形态特征。结果表明,随着浸泡时间增加,化学溶蚀作用引起溶蚀孔径增大,岩样孔隙度、渗透率增加,而声波速度、动态和静态岩石力学参数均下降;当浸泡时间大于1.0 d后,岩样物性参数增大和力学强度降低明显;随着浸泡时间增加,岩样破裂形态由单一低角度剪切缝向高角度剪切缝、共轭缝和剪切、张型复合缝等复杂形态发展;压裂短时间内(小于1.0 d)超临界CO_(2)+地层水形成的弱酸对岩石力学强度劣化程度有限。

径向井辅助前置液酸压裂缝扩展数值模拟

基于扩展有限元及双尺度连续模型理论建立径向井辅助前置液酸压裂缝扩展模型,引入偏离系数作为量化评价指标,分析各因素对裂缝形态的影响,并利用灰色关联分析方法明确主控因素。结果表明:径向井对前置液酸压裂缝扩展具有显著引导作用,裂缝优先沿径向井方向起裂并扩展一定距离,而后逐渐偏向最大水平主应力方向;径向井方位角、水平地应力差和地层弹性模量越小,径向井长度越长,偏离系数越小,径向井引导效果越好,其中水平地应力差为主控因素;当径向井方位角为15°时,前置液酸压裂缝沿着径向井方向扩展14.32 m后偏向最大水平主应力方向,径向井的引导效果最好,偏离系数为0.005。

低渗砂岩油藏注水井缓速酸深部酸化技术研究

在低渗砂岩油藏使用原位生成的氢氟酸(HF)进行砂岩酸化,酸性前体(氟化铵NH4F)与氧化剂(溴酸钠NaBrO_(3))发生放热反应。制备新型自生酸混合物与纯石英样品反应,并通过电感耦合等离子体技术分析反应产物以确定硅离子。使用砂岩心进行岩心侵入实验。在处理前后对岩心样品进行划痕测试和核磁共振扫描。结果表明,新型自生酸混合物可以溶解石英样品,并使其质量减少80mg。溶解的硅离子质量浓度超过90 mg·L^(-1),证明了化学混合物生成HF的能力。在流速为2 cm^(3)·min^(-1)的条件下测得初始岩心渗透率为33 mD。在酸预冲洗阶段后,岩心渗透率降至31mD。第一次处理循环后,岩心渗透率立即增加并达到41mD,结果显示砂岩心渗透率提高了近40%。溶液的ICP分析显示螯合的硅离子总量为10.5 mg。除了井口附近产生的高温,由于放热反应产生的氮气导致压力增加,达到约4.14 MPa。划痕测试显示样品的单轴抗压强度增加了约12.4 MPa。动态杨氏模量和泊松比分别增加了约9.83 MPa和0.02。通过应用这种新型自生酸可以实现砂岩储层的深部酸化,最小化井筒腐蚀,并避免处理HF等危险化学品。

基于裂缝闭合理论和3D打印的导流能力预测方法

酸蚀裂缝导流能力对于酸压方案的优化和产能评估具有十分重要的意义,但是在酸蚀导流能力测试过程中存在高闭合压力下岩心柱破裂情况,影响实验数据的准确性。基于以上问题,综合采用3D扫描和3D打印技术以及受压情况下裂缝闭合理论对酸蚀裂缝导流能力进行研究。首先对岩样进行酸蚀实验,通过逆向建模技术获取到酸蚀后岩心三维模型,采用SLA3D打印技术制备含粗糙壁面的三维岩心模型,对酸蚀岩心和3D打印岩心开展不同围压下渗流实验。运用离散化数据处理方法,结合赫兹接触模型和N-K模型编写导流能力预测界面,使用数值模拟方法反映闭合应力下裂缝形变情况。研究结果表明,结合真实岩体三维数字模型及SLA3D打印技术制备真实岩样,为制作复杂裂缝岩心模型提供了有效途径;酸蚀岩心和3D打印岩心导流能力实验结果、3D打印岩心实验结果和数值模拟结果误差均小于7.7%,数值模拟与碳酸盐岩心实验值的误差小于9.6%;以低闭合压力下实验和模拟结果为基础可以预测高闭合压力下裂缝导流能力,提出的研究方法为定量化表征酸蚀裂缝导流能力提供了可靠途径。

库车山前超深巨厚致密砂岩纵向细分层改造技术

塔里木油田库车山前白垩系储层为超深巨厚裂缝性致密砂岩储层,天然裂缝发育,非均质性强,已改造井产气剖面测试显示常规笼统改造纵向厚储层动用不充分,产能释放不彻底。为了解决这一问题,对于油层厚度大且中间有明显隔层的井可实施分层压裂,提高纵向改造程度。通过工程地质一体化研究,利用多种测井数据,建立了一套多尺度近远井裂缝精细识别方法;基于钻井漏失量与产量关系认识,建立了一套综合考虑构造位置、钻井井漏、裂缝发育情况、力学活动性等资料的储层评估分类方法;通过双封隔器管柱力学精细校核,增加伸缩管,优化暂堵材料粒径,形成了“机械+暂堵”软硬分层压裂技术。该技术实现了巨厚储层高效动用,应用20口井,改造后单井产气量由6.7×10^(4)m^(3)/d提高至34.0×10^(4)m^(3)/d,平均增产4倍,提产效果显著,为巨厚致密砂岩储层高效开发提供了技术支撑。

四川盆地及周缘超深/特深探井酸压改造的实践与认识

同普通深探井相比,四川盆地及盆地周缘超深/特深探井酸压改造面临井深更深、温度和压力更高、流体和岩性更复杂的工作环境,施工摩阻偏大、排量偏小、规模偏小、酸液有效作用距离偏短,改造效果较差,工具可靠性差、改造施工一次成功率低、安全保障难度高,投入大、产量不理想,勘探进展较为缓慢。为此,应用国内外油气行业、制造业的最新研究成果,结合自身实际和经验教训开展技术攻关,用新型大通径高强度气密封入井管柱替代传统管柱,降阻提排量;用可同时激发的双向双金属密封替代双向单金属密封,实现密封能力可检验和长期保持稳定,以提高井口控制能力;用双向锚定胀封封隔器取代底端锚定旋转加压坐封封隔器,以降低酸压期间管柱伸缩引起胶筒移动和密封失效的概率,多套减振器串联可以降低爆轰力的不利影响;用“四阀一封”取代“两阀一封”备份阀件并串联使用,以提升可靠性;研发适应温度≥220℃、压力≥180 MPa的缓蚀、缓速工作液;将只相信两联作的理念改为两联作和三联作并重,形成了酸压工艺优选方法。现场应用进展顺利,安全保障能力、改造规模及压裂效果、施工一次成功率均显著提升,可为同类井酸压改造提供技术借鉴。

碳酸盐岩酸压裂缝内净压力变化规律研究

酸化压裂是开发碳酸盐岩储层最常用的增产技术,而酸压裂缝内净压力是反映裂缝扩展特征、推断裂缝几何形态的重要参数。以水力压裂裂缝延伸机理为基础,基于酸岩反应理论,考虑酸岩反应导致的缝宽变化、CO_(2)气体膨胀、酸液滤失及岩石力学性质变化,结合PKN模型,建立酸压裂缝内的净压力计算模型并进行验证。研究分析酸压裂缝内净压力的影响因素及其规律,结果表明:距缝口距离越远,水力裂缝与酸压裂缝的缝宽均越小,酸液的溶蚀作用会使裂缝宽度增大。随着液体的滤失,离缝口越远液体越少,水力裂缝与酸压裂缝净压力逐渐减小,越靠近裂缝尖端净压力衰减越快。随着作用时间延长,酸压裂缝缝宽逐渐增大,前期随着大量CO_(2)生成,净压力迅速增大,随着酸液消耗与滤失增加,之后逐渐减小并趋于稳定。随着排量的增大,滤失增大,酸压裂缝缝宽及净压力均逐渐增大且增量越来越小。在黏度较小的情况下,滤失较大,净压力逐渐减小;在黏度较大的情况下,CO_(2)膨胀作用大于滤失作用,净压力逐渐增大。随着酸液浓度的增大,酸岩反应速率增大,反应生成CO_(2)增多,净压力逐渐增大。

碳酸盐岩储层酸蚀蚓孔物模实验研究进展

酸蚀蚓孔是碳酸盐岩储层基质酸化最典型、最基本的特征,其尺寸和形态对酸化效果有着重要影响,关于酸蚀蚓孔的物模研究对于碳酸盐岩储层基质酸化机理研究及现场施工设计具有重要指导意义。文章分别综述了线性流和径向流两种岩心流动实验研究的重要成果和最新进展,指出酸蚀蚓孔实时表征是线性流岩心流动实验研究的发展方向,针对渗透率、尺寸等岩心参数对酸蚀蚓孔发育的影响,应结合融合电测和示踪剂的蚓孔实时表征方法进行进一步研究。针对酸液突破岩心时孔隙体积倍数(PVBT)与岩心参数之间关系的认识,后续应进一步升级径向流岩心流动实验及表征设备,从而开展不同因素对酸蚀蚓孔发育影响的研究,重点解决酸蚀蚓孔从实验尺度升级到现场尺度问题。建议加强电测法室外模拟实验及现场应用研究,从而实现实验尺度和现场尺度酸蚀蚓孔的实时观测和表征。

玛湖非均质砂砾岩储层酸岩反应数值模拟及工程设计建议

致密砂砾岩油藏水平井分段射孔压裂过程中,地层破裂压力高、压开难度大,借助酸液预处理工艺降低泵压又出现泡酸耗时长的问题,显著降低了压裂时效。通过明确不同酸处理参数条件下的矿物溶蚀规律有助于酸处理方案优选,从而有效降低地层破裂压力。基于半变差函数模型和向量差积法,建立了考虑玛湖非均质储层矿物组分特征的酸化模型,量化分析酸液预处理过程中的矿物溶蚀程度及规律。研究表明,玛湖油藏长石含量较高,碳酸盐岩含量较低,土酸具有更好的溶蚀效果,以及通过土酸在现场的成功应用充分证明了其降低玛湖储层破裂压力的可行性;随着酸浓度的降低,酸蚀作用减弱,不利于降低破裂压力;酸岩作用时间存在拐点,单纯地增加泡酸时间并不能提升酸处理效果。建议现场通过合理优选酸液体系、适当增加用酸浓度等方法,提高酸液预处理效率。文章研究成果对玛湖现场酸液预处理方案制定具有一定的指导意义。

渤海S油田在线调驱乳液聚合物凝胶体系筛选与性能评价

随着海上油田在线调驱调剖技术的应用和逐步推广,针对海上平台在线调驱调剖体系的研究成为一个重点。研发了一种适用于海上平台在线调驱的乳液聚合物凝胶体系,它是由高含量的油包水型乳液聚合物和交联剂组成。研究了乳液聚合物含量、交联剂含量、温度、钠离子和二价离子对其体系性能的影响,并通过室内物理模拟实验对体系进行了驱油性能评价。结果表明:乳液聚合物凝胶体系最佳体系配方为0.2%~0.5%EM533+0.2%~0.5%SLPF,成胶时间2~5 d可调,成胶黏度在185~5 893 mPa·s可控。乳液聚合物凝胶体系具有较好的耐温、耐盐和耐二价离子的能力,并且具有良好的驱油性能,措施后,注入压力上升,含水率下降,采收率增加20.34%。

复杂岩性碳酸盐岩裂缝型储层酸化压裂数值模拟

鄂尔多斯盆地大牛地气田马家沟组碳酸盐岩储层岩性复杂,不同矿物成分的酸岩反应速率差异造成的非均匀溶蚀直接影响酸压效果。综合考虑多种矿物的酸岩反应,建立复杂岩性储层酸压模型,模拟分析了矿物含量、矿物分布、天然裂缝及储层温度等因素对酸压效果的影响。结果表明:由纯灰岩至复杂岩性储层,随着灰岩比例的减少,酸作用距离增加了23 m;岩矿分布对酸蚀缝长有较小影响,当酸液沿着矿物分布方向流动时酸作用距离最大;天然裂缝的发育加剧了酸液的滤失,裂缝密度相差0.2条/m时,酸作用距离减小约20 m;复杂岩性储层中温度影响最大,从60℃升至120℃时,白云岩酸岩反应速率接近灰岩,酸作用距离减小约72 m。研究成果为复杂岩性碳酸盐岩储层酸压改造提供了新方法,丰富了碳酸盐岩储层改造理论。

适用于超高温碳酸盐岩储层的环保型固体酸体系研究

现有酸液体系以液体盐酸为主剂,在存放、运输和使用过程中存在设备成本高、安全风险大、酸岩反应速率快、高腐蚀、高污染的问题。基于一种无毒的有机酸酐得到一种耐高温且环保的固体自生酸SGA,其在180℃下的最高生酸浓度和生酸时间分别为17.10%盐酸当量和120 min。通过添加其他助剂进行复配得到一种耐超高温固体自生酸体系,并系统研究其性能。优选的自生酸体系为30%固体酸+3%~5%缓蚀剂+0.5%铁离子稳定剂+0.5%助排剂+0.6%胶凝剂。180℃下,高压动态平均腐蚀速率仅为78.36 g/(m^(2)·h),远低于标准值[80 g/(m^(2)·h)];残酸表面张力较低且无生物毒性;酸岩反应速率为-1.49×10^(-4)mol/(s·cm^(2)),远远小于常规酸液体系的反应速率。该耐超高温固体自生酸具有生酸浓度高、耐高温、低腐蚀、缓速效果好的优点,适用于180℃以上深层、超深层碳酸盐岩储层的酸化改造。

适合低渗透油藏注水井的有机多元酸体系研究

在高温高压低渗透储层中,采用缓释酸体系是实现深层酸侵蚀和提高酸效率的关键。对一种新型缓释酸在高压高温酸化应用中的性能进行了实验评估。该缓释机制采用基于聚合物树脂的配方,限制酸液分子的质子迁移能力。实验选用石灰岩样本,分为两组实验,一组在120℃条件下进行,另一组在150℃条件下进行,酸注入速率为0.5~10 cm^(3)·min^(-1)。监测了酸穿透所需的孔隙体积(PVBT)。在120℃和150℃条件下,最佳注入速率分别为2.5 cm^(3)·min^(-1)和7 cm^(3)·min^(-1),对应的PVBT分别为0.40 PV和0.43 PV。结果表明,形成有效的虫洞剖面,呈现出主要的单一轨迹以及少量的分支。结果得到了电感耦合等离子体(ICP)分析测定的钙离子浓度分布图的验证。采用该有机多元酸体系可以实现更深的酸侵蚀,并且所需注入的酸体积较小,作业效率更高。

疏松砂岩油藏长期水驱高渗透通道形成机理研究

A油田疏松砂岩油藏由于长期水驱而呈现出高渗透通道发育的特征,而孔喉的大小和结构影响着堵剂的选择,因此,了解这些通道发育的特征对油田控水稳油具有重要意义。本文利用A油田提供的天然砂岩岩心设计了长期水驱实验,研究了在流体剪切应力长期作用下储层物性和孔喉微观结构的变化。结果表明,在长期水驱过程中,黏土矿物很容易发生运移,使得较小的孔喉逐渐消失,较大的孔喉进一步扩大,孔喉体积比变小,储层润湿性更多转变为水湿,进而导致油藏微观非均质性增强,储层物性改变,最终,注入水低效循环日趋严重,形成了高渗透通道。

新型油田酸化用缓速酸的研制

在对国内外各种酸液体系研究的基础上,制备了一种缓速酸处理液——多氢酸酸液体系。确定了产品的最佳合成条件:丙酮与三氯化磷摩尔比为1:1,聚合反应温度为60℃,聚合反应时间为6 h,引发剂过硫酸铵加量为10%。在此条件下得到的产品溶蚀率最高,达45.88%。制备的多氢酸具有较好的缓速性能,在地层温度下可保持较高的溶蚀率,与酸化体系中各种添加剂配伍性良好,可用于各种储层的改造。

耐180℃稠化酸体系的制备及性能评价

在油气开采与生产过程中,稠化酸中常见问题是稠化剂自身的耐温性能和耐酸性能不佳,导致不能达到高温下深度酸化的目的;此外,当前酸化用高温缓蚀剂与酸液体系配伍性差,防腐蚀能力不足。因此,导致目前高温深井的碳酸盐岩储层酸化难度增加。为解决上述问题,设计并制备了一系列聚丙烯酰胺基阳离子型耐温耐酸的稠化剂,并研究了其基本性能。同时,筛选出适合高温酸液用缓蚀剂,结合其余助剂形成耐高温稠化酸,进一步研究稠化酸的性能。结果表明,自制的SH4稠化剂耐酸性能和增黏性能极佳,20%的盐酸中,0.6%的稠化剂黏度可达到59.88 mPa·s。加入缓蚀剂1后形成的稠化酸体系配伍性良好,经180℃高温高压动态腐蚀测试,N80钢片腐蚀速率仅为41.614 g/(m^(2)·h)。在180℃,170 s^(-1)下稠化酸体系黏度保持在33.258 mPa·s,证明其耐温耐剪切能力强,可用于高温酸化。

延长油田低渗透油藏水平井复合酸液吞吐提高采收率技术研究

为有效解除延长油田低渗透区块水平井的堵塞,提高水平井的采收率,通过大量实验研制出了一套酸液吞吐施工用复合酸解堵体系,室内对复合酸液体系的综合性能进行了评价。结果表明,复合酸液体系的表面活性较强,在高温老化后仍能保持较低的表面张力,有助于酸液吞吐后的返排;复合酸液体系的溶蚀性能较好,对CaCO_(3)、沥青质和现场堵塞物均能起到良好的溶解作用;复合酸液体系对N80钢材的腐蚀速率较低,能够确保酸液吞吐施工的安全;复合酸液体系与目标储层段地层水的配伍性较好,不会产生浑浊和沉淀堵塞;复合酸液体系对人造岩芯和天然岩芯均具有良好的综合解堵效果,注入PV数为0.5时即可达到较高的渗透率恢复值,提高采收率效果较好。

X区块碳酸盐岩油藏非均匀酸蚀工艺研究及应用

X区块碳酸盐岩油田的开发主要以酸压为主,但单一酸液的酸蚀对地层改造的程度不理想,不能形成有效的增产。针对X区块地区高温高闭合压力条件下酸蚀导流能力不足的问题,利用室内酸蚀导流实验,研究了现场常用单一酸液和多种酸液非均匀酸蚀对酸蚀导流能力的影响,并刻画了酸蚀裂缝的形态特征。研究结果表明:转向酸刻蚀裂缝表面均匀,交联酸和多种非均匀酸蚀可形成溶孔,且多种酸液非均匀酸蚀的溶孔更加复杂多样;非均匀酸蚀形成的复杂酸蚀溶孔在高闭合压力下能有效支撑裂缝,形成较好的渗流通道,导流能力更大。在SHB-X井成功进行了现场实施,非均匀酸化增油效果明显增加,日产量保持稳定,未出现大幅度降低。证明了非均匀酸蚀在X区块油田大规模应用的可行性。

油井解堵用新型复合酸酸化工艺的研究与应用

苏北油田阜三段油藏油井易出砂、井筒易结蜡,致使地层近井地带污染堵塞严重,油井产量突降。采用土酸、多氢酸等单级酸酸化解堵工艺均存在酸化效果差、恢复时间长、有效周期短、不能较好地恢复产能。鉴于该问题,筛选出适合溶解有机垢的KD-54B高效清洗剂,通过电离、缓冲、溶蚀、抑制二次沉淀等室内实验,研制出HD-2新型复合酸体系。该复合酸体系主要由不同比例的盐酸、有机多氢酸、多种表面活性剂等组成,具有有效溶解石英、抑制酸体和黏土的反应、抑制酸岩反应过程中二次及三次沉淀、缓速与深穿透的特点。同时确定1%防膨剂+3%碳酸钠作为顶替液,酸化工艺模式为70℃高效清洗剂热循环洗,依次挤入KD-54B前置段塞液、HD-2新型复合酸主酸液及顶替段塞液后关井。该工艺在阜三段油井解堵中应用效果显著,如NH2-17井酸化后累增油245 t,有效期458 d;CT111-1井累增油240 t,有效期540 d;J2-7-10井累增油482 t,有效期251 d。