四川盆地深层含硫碳酸盐岩储层立体酸压核心理念与关键技术

四川盆地深层碳酸盐岩储层天然气勘探开发潜力巨大,且普遍含硫化氢,采用超长水平井开发方式能够在安全环保严格受控的基础上充分挖掘储层的生产潜力;但随着勘探开发层位转向深层、超深层,储层特征、井型、井筒条件发生改变,酸压改造技术也面临新的挑战。为此,在厘清深层含硫天然气碳酸盐储层酸压改造难点的基础上,丰富了立体酸压技术理念内涵,阐释了其核心理念和关键技术,并展望了发展方向。研究结果表明:①立体酸压技术包括3个新的内涵,分别为“布裂缝”“扩体积”“调导流”。②立体酸压核心理念和关键技术包括:基于储层精细刻画的长裸眼水平井智能布缝、动态布酸理念与调控技术,酸压裂缝体形态综合调控技术,多流体、变黏逆序多级交替注酸调控导流能力技术和一体化新型高温变黏酸体系。③针对8000 m以深碳酸盐岩储层立体酸压,建议攻关外来流体扰动条件下超深井破裂压力精准预测、耐温220℃以上多功能酸液体系和暂堵材料的研发、酸压—返排—生产全过程酸压裂缝参数多维度动态评估与智能酸压技术,以及探索超深超高温高应力储层超临界CO_(2)酸压技术。结论认为,深层碳酸盐岩储层立体酸压理念新内涵的丰富和关键技术的形成,能够有效支撑国内外深层碳酸盐岩储层的高效开发,同时也为下一步8000 m以深乃至万米深井的酸压改造技术攻关指明了方向。

甜菜碱类变黏分流酸的流变性及变黏机制

根据黏弹性表面活性剂(VES)理论,研制一种性能优良的甜菜碱类变黏分流酸,分析其胶束结构特点和变黏性能,考察剪切速率对油酸酰胺丙基甜菜碱质量分数、pH值和不同温度下变黏分流酸流变性的影响,探讨pH值对胶束结构的影响,得出变黏分流酸的变黏机制。结果表明:油酸酰胺丙基甜菜碱在10%HC l中为球型胶束,在5%HC l中为球型-棒型过渡类型和棒状胶束,在2%HC l中为蠕虫状胶束;变黏分流酸随着酸液质量分数降低表观黏度逐渐增加,当油酸酰胺丙基甜菜碱质量分数大于临界胶束浓度(wcm c)时,变黏分流酸增黏后具有剪切稀释的黏弹流体特点;变黏分流酸在酸化过程中压力有先上升后下降的趋势,发生液流转向进入中低渗层,对储层无伤害。

变粘分流酸主剂油酸酰胺丙基甜菜碱的合成

针对聚合物基稠化酸体系对地层存在潜在伤害的问题,研制出一种表观粘度随pH值升高而增大的新型两性表面活性剂—油酸酰胺丙基甜菜碱。该表面活性剂在非均质储层分流酸化中应用,随酸岩反应进行酸液体系自动变粘,具有分流酸化的作用,且不会对地层造成二次伤害。

两性表面活性剂芥子酰胺丙基甜菜碱的合成与应用

针对非均质储层或者特殊性储层(高温、高渗、含H2S、裂缝性)酸化时对酸液的有效置放和克服基于聚合物的酸液体系对地层潜在伤害的问题,研制出了一种能较好解决上述问题的酸液体系,它的主要物质是合成出的一种新型两性表面活性剂———芥子酰胺丙基甜菜碱,简称SAP-BET。SAP-BET属于具有很长疏水碳链的两性粘弹性表面活性剂,用其配制的流体具有良好的粘弹性行为。恰当配方的SAP-BET酸液体系,在高温地层条件下与储层矿物反应后,会形成足够高的粘度,使其具有分流、控制滤失、增加有效作用距离等作用;这种高粘度的流体遇到地层中的碳氢化合物时自动破胶,因此不会对地层造成二次伤害。研究了SAP-BET酸液的粘弹性行为和流变性,以及各种酸液添加剂对其流变性的影响,从研究酸岩反应和酸液变粘机理入手,采用SAP-BET配制出了适用于砂岩酸化的分流酸和适用于碳酸盐岩酸化的清洁变粘酸,介绍了SAP-BET酸液在现场应用中应注意的问题。

致密灰岩储层压裂裂缝扩展形态试验研究

开发低孔、低渗的致密灰岩储层需要进行大规模的水力压裂。致密灰岩的成岩过程、矿物组成以及岩石力学性质与致密砂岩等储层差异很大,在不同应力状态以及施工参数条件下水力裂缝扩展形态有待研究。采用真三轴水力压裂试验系统对致密灰岩露头展开压裂物模试验,研究地应力差、压裂液黏度、变排量、酸处理等多种因素对水平井压裂裂缝扩展规律的影响。试验结果表明：当水平地应力差在2~8 MPa之间时,水力裂缝易于沟通天然裂缝形成复杂裂缝网络;压裂液黏度升高,会降低剪切滑移和滤失膨胀的可能性,从而降低裂缝的复杂程度;在走滑断层的应力状态下,即σ_H〉σ_V〉σ_h,容易形成水平缝,特别是当井眼方向沿着层理面时极易沿着层理起裂;变排量压裂可以激活更多的天然裂缝,有助于形成复杂的裂缝网络;酸液预处理裸眼井段能够显著降低破裂压力,随泡酸时间的增加,破裂压力下降幅度逐渐增大。研究成果为现场压裂施工提供参考。

变黏酸稠化剂甜菜碱的合成及性能评价

以油酸和3-二甲氨基丙胺为反应物,在一定条件下通过缩合和季铵化反应合成了十八烷基酰胺丙基甜菜碱(BET-18)。分别考察了反应物配比、温度及时间对缩合反应的影响,并评价了甜菜碱在不同质量分数(或pH值)盐酸体系中的增黏性能。实验结果表明,缩合反应的最佳反应条件为:3-二甲基氨基丙胺与油酸的物质的量比为1.08∶1.0、反应温度为160℃、反应时间为8 h;当BET-18加量为5%(m/m)时,能使模拟酸岩反应的酸液体系表现出2次增黏的过程;在温度为80℃、剪切速率为170 s-1的条件下,pH值为3～4的BET-18残酸黏度能达到280 mPa.s。根据BET-18清洁变黏酸液体系的变黏特性,可将其应用到碳酸岩盐基质酸化及酸压增产措施中。

长庆靖边气田深度酸压改造技术的发展与完善

长庆靖边气田经过十多年的较大规模的勘探与开发,有利区块逐渐减少,储层地质情况日益复杂,物性条件变差,增产改造难度加大,迫切需要对靖边气田下古生界的碳酸盐岩深穿透酸压改造进行更深层次的技术攻关,实现提高致密储层单井产量及该区块储量的动用程度。文章针对不同储层类型系统开展了前置液酸压、变粘酸酸压两项深度酸压改造工艺技术的深化与发展研究。前置液酸压已成为靖边气田致密储层改造的一条新途径;变粘酸酸压是靖边气田物性条件稍好储层深度改造的主体技术之一,且产品实现了自主化,取得了较为明显的改造效果,为长庆靖边气田下一步的发展奠定了良好的技术基础。

甜菜碱类变粘分流酸流变性的影响因素研究

根据VES理论,利用甜菜碱类两性表面活性剂制备出变粘分流酸。通过实验考察了两性表面活性剂浓度、温度、酸液添加剂、Fe3+和无机盐含量等因素对体系变粘特性的影响,结合酸液体系的变粘机理分析,总结了酸液体系随着酸岩反应粘度逐渐增加的影响因素,为现场应用提供理论指导。

甜菜碱类变粘分流酸的酸岩反应动力学研究

针对聚合物基稠化酸体系对地层存在潜在伤害的问题,研制出一种表观粘度随pH值升高而增大的甜菜碱类变粘分流酸,而且具有较好的缓速效果。介绍了变粘分流酸的pH值特性;通过旋转岩盘酸岩反应速率测试仪,研究了变粘分流酸的酸岩反应动力学方程、反应活化能、频率因子和H+传质系数,分析了变粘分流酸的缓速机理。

变黏分流酸流变性影响因素的研究

利用室内合成的甜菜碱型两性表面活性剂(VES-TCJ)制备变黏分流酸。首先测定酸液中VES-TCJ浓度对鲜酸表观黏度的影响。然后模拟酸-岩反应,考察pH、VES-TCJ浓度、剪切速率、温度等因素对变黏分流酸体系变黏特性的影响。实验结果表明,当剪切速率为170 s-1,25℃下鲜酸的表观黏度小于25 mPa.s,具有良好的泵入能力。酸液表观黏度在酸-岩反应过程中不断增大,pH值为3左右时,乏酸的表观黏度最大。表面活性剂是酸液变黏的关键,VES-TCJ浓度大于4%后,变黏分流酸具有较高的表观黏度。变黏分流酸表观黏度随剪切速率的增大和温度的升高而明显减小。

自转向酸酸化体系的室内研究及现场应用

长庆三叠系油藏非均质性强,微裂缝发育,常规酸化时酸液易进入高渗带或微裂缝,进一步扩大出水通道,酸化后含水大幅度上升。针对这一问题,研制出一种新型黏弹性表面活性剂SUA-3—Gemini季铵盐自转向酸液体系,由于SUA-3分子结构中含有两个烷基和两个季铵盐,所以用其配置的胶束流体具有良好的黏弹性。该体系在60℃时与碳酸钙反应过程中黏度能迅速达到460 mPa.s,待体系pH值升高到6时,遇油黏度迅速降低至78 mPa.s,在地层中能够形成自转向,达到均匀布酸,自动破胶的目的。在现场进行了初步的应用,增产效果显著。

一种新型的碳酸盐岩酸化液体—变粘酸

酸化是油气田增产的主要措施,但酸液滤失问题严重影响了酸化效果。为强化控制酸液滤失,90年代初国外开发出新型的变粘酸酸液体系,本文对其作了重点概述,包括作用机理、配方组成、主要性能和施工工艺,进一步探讨了今后酸化液体的发展方向。

新型温控变黏酸的合成与性能研究

以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为共聚单体,引入各种功能性单体,以偶氮二异丁脒盐酸盐引发合成一种新型温控变黏酸稠化剂;研究了不同交联剂用量对温控变黏酸交联效果的影响,以及丙烯酰胺与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸重量比、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵用量、丙烯腈用量对变黏酸温控变黏过程的影响,同时评价了温控变黏酸的交联与破胶降解能力。

滤失控制与变粘酸深穿透酸压工艺技术的应用

酸滤失是制约酸蚀缝长延伸的重要因素之一,滤失控制是深穿透酸压工艺成功与否的关键所在。概述了酸滤失的特征及其控制技术的发展过程,着重介绍了90年代末引进国内投入现场应用的变粘酸技术。国内外实践表明变粘酸比目前普遍使用的胶凝酸体系液体效率更高,增产效果更理想,该技术的引进和国产化必将促进国内油气田深穿透酸压工艺技术水平跃上一个新台阶。

变黏酸的室内合成及性能研究

酸化是油气井增产的重要手段,而均匀有效地解除地层污染是酸化成功的关键。对于非均质性储层,酸液会优先处理高渗透层,难以进入低渗透层,无法实现均匀酸化。常规变黏酸、胶凝酸中由于含有聚合物,酸岩反应结束后酸液破胶困难,且残酸中含有残渣不溶物,对低渗透油气储层伤害严重。为此,在室内合成了一种黏弹性表面活性剂JX,利用该表面活性剂配制了新型的黏弹性表面活性变黏酸VDA-JX,并对其进行了性能评价。室内研究结果表明:该酸液体系黏度随酸浓度的增加先增大后减小,当酸浓度在13%左右时黏度出现最大值,可以达到350 mPa·s,能够满足酸化过程中的抗温和抗剪切性能,破胶时间短,易返排,且破胶后与煤油分层,不污染油层。

变粘分流酸的破胶性能评价

制备了成胶酸,用清水、煤油、柴油对变粘分流酸的破胶性能进行了评价。结果表明,在不添加破胶剂的前提下,成胶酸与清水的比例为1∶25时,酸液粘度小于5 mPa·s,已达到破胶要求,且破胶后的溶液澄清、无残渣,溶液的表、界面张力均明显降低,能够快速、彻底返排出地层,减少对地层的伤害;成胶酸与煤油或柴油的比例为1∶3时,酸液在温度为90℃和高速搅拌产生的较大剪切应力作用下也能破胶,煤油的破胶效果要比柴油好。清水破胶机理主要是由于清水的稀释作用,使得表面活性剂的浓度低至不能满足胶束空间网状结构所需要的最低浓度,体系粘度大大降低。烃类物质破胶是由于原油等烃类物质能够进入到乏酸空间网状结构的内部,使其分解为小的球状结构,从而实现破胶。

无机盐离子对变黏酸流变性影响的研究

采用自制的新型黏弹性表面活性剂(VES-TCJ),配制出性能稳定的变黏酸。通过模拟变黏酸与碳酸盐岩反应形成的成胶酸,考察了不同无机盐离子对变黏酸的流变性的影响。试验结果表明,Ca2+和Mg2+均能使变黏酸获得较大的表观黏度,在储层酸化过程中起到转向分流作用;在高矿化度地层中变黏酸仍具有较大的表观黏度;少量的Fe3+对变黏酸的变黏特性影响较小,但Fe3+浓度较高时变黏酸的黏度急剧下降,将失去转向分流能力。

变黏酸破胶性能的实验评价

变黏酸是近年来用于大井段、多层系、非均质性强储层改造的新型转向酸液体系，酸化施工结束后，为了快速投产以及避免残酸对储层的二次伤害，要求变黏酸必须快速完全破胶。变黏酸残酸的破胶性能，直接关系到酸液的返排以及酸化改造效果。室内破胶实验表明：在高剪切速率下，变黏酸中的破胶剂能与残酸充分接触，使其能快速、完全地破胶；在低剪切或不剪切的条件下，变黏酸很难在短时间内完全破胶，除非大幅度提高破胶剂（互溶剂或原油）的比例，否则很难达到标准规定的破胶要求。

酸液对酸蚀裂缝导流能力影响的研究

采用塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩岩心,在不考虑酸液滤失的情况下,用Nierode-Kruk方法,通过室内实验评价了酸液用量、温度、酸液体积分数、组合酸等因素对长效酸(高温胶凝酸、变黏酸和自转向酸)酸蚀导流能力的影响规律,分析了闭合压力对导流能力的影响程度。研究表明:酸蚀导流能力和刻蚀强度由强至弱依次为高温胶凝酸、自转向酸、变黏酸,且随酸液体积分数和用量的增加,酸蚀导流能力逐渐增加,但裂缝导流能力保持率的变化趋势有所不同;高温胶凝酸在高温状态的酸蚀导流能力较高;高温胶凝酸和自转向酸的组合产生的裂缝导流能力最大。现场应用长效酸进行酸化压裂施工取得了良好的效果,该研究成果在优化酸化压裂施工设计和提高现场施工效果方面具有一定的参考价值。

季铵盐双子表面活性剂类变黏分流酸的实验研究

季铵盐双子表面活性剂GQA-2的黏弹特性能使酸化时达到均匀布酸的目的。本文研究了变黏分流酸体系。通过室内实验考察了酸液变黏特性;GQA-2浓度、温度、剪切速率对酸液黏弹性的影响;反应时间、原油、地层水对降低残酸黏度的影响。通过双岩心流动实验考察了变黏分流酸的分流能力。实验结果表明该酸液体系适用于非均质碳酸盐岩、砂岩地层,或高含水油井的酸化施工。