新型酸压与加砂复合改造技术研究

丁云宏，卢拥军，才 博 （中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北 廊坊065007）

张以明，史原鹏，赵安军，孙 豪 （中石油华北油田分公司，河北任丘062550）

新型酸压与加砂复合改造技术研究

丁云宏，卢拥军，才 博 （中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北 廊坊065007）

张以明，史原鹏，赵安军，孙 豪 （中石油华北油田分公司，河北任丘062550）

长期以来对于低渗透砂岩储层加砂压裂是改造的主体技术，但这种方式是否最大限度地提高了改造效果，是否有进一步完善的技术来提高压后产量？针对上述疑问，改变以往的储层改造思路，对砂岩储层中钙质和硅质胶结的储层，进行储层酸压与加砂压裂复合改造的适应性研究，进行新型液体和酸岩反应试验及岩石力学试验分析，提出一种新型提高措施效果的酸压与加砂压裂复合改造技术，5井次现场试验表明，在单井用液量减少20%、加砂量降低10%的情况下，产量反而增加了10倍，表明该工艺对于提高改造效果、降低成本具有重要作用，展示出良好应用前景。为低渗透碎屑岩储层措施改造提供新的可用改造手段。

碎屑岩储层；酸压＋压裂复合技术；反应速率；导流能力；溶蚀率

我国是一个以陆相沉积为主的国家，低渗透碎屑岩储层占我国整个原油储量的33.6%～42.8%［1］，如在大庆、长庆、吉林、辽河、华北、新疆、四川、浙江等地广泛分布。长期以来，这类储层主要以水力加砂压裂改造方式为主。近年来，Leonard［2］和赵立强等［3］对这类储层采用酸压改造的可行性进行了大量深入研究，并且在部分油田进行尝试，获得了一定效果。目前酸压改造仍主要用于储层基质酸化或酸洗解堵，主要原因在于采用最低降低二次伤害的酸液进行酸压，砂岩酸压形成的裂缝导流能力毕竟有限，很难满足储层长期效果；但酸压技术本身是具有一定优势的。因此，笔者通过酸液试验与反应机理研究，对改造工艺进行新的探索，通过力学分析、酸岩反应、工艺优化将酸压与加砂压裂有机结合起来，形成了针对钙质和硅质胶结碎屑岩储层的新型酸压＋加砂压裂的复合改造技术，现场应用获得良好效果，为碎屑岩储层最大限度提高措施改造效果提供了新的技术手段。

1 复合改造可行性论证

碎屑岩的矿物成分以石英和长石为主，碎屑岩胶结物的成分是多种多样的，有泥质、钙质、硅质、铁质等，需改造的储层一般来说主要以钙质和硅质胶结为主，酸化中一般采用土酸或包含氢氟酸的酸液体系对其处理。当盐酸可溶物含量大于20%时，不推荐使用氢氟酸［4］，其原因在于岩石大量溶蚀致使骨架较为松散，引起微粒运移，可能堵塞孔喉，酸压后大部分裂缝闭合，不能形成较高的导流能力［5］。但对储层本身而言，如果能够通过合理优化酸液配方降低对储层的二次伤害，通过酸压形成一定的刻蚀裂缝，只要酸液作用后能够保证岩石骨架完整，再通过加砂压裂则可以进一步提高裂缝导流能力来提高改造效果。因此，只要液体和工艺设计合理，则可大幅提高产能，是合理可行的。

2 酸液体系优选及评价

国内外学者通过大量研究［6～8］认为，砂岩酸压需具备的条件总体原则为：①酸液必须尽量减少二次沉淀物生成、防止沉淀物堵塞酸蚀通道；②地层有足够的溶解力以便在形成酸蚀通道的同时，尽量减少对储层骨架的破坏、稳定微粒运移。笔者在以上研究基础上，探索出清洁自转向酸与氟硼酸结合的新型液体体系。该体系具有低残渣、低伤害同时具有较高的粘度，满足缓速和造长缝的要求，既能保证低伤害又能有效提高酸蚀效果。

图1 新型酸液体系酸岩反应试验

一般来说氢氟酸在低浓度下为弱酸，而在高浓度溶液中，酸性类似于硫酸这样的强酸，因此对其应控制酸岩反应速度。笔者将清洁稠化酸［9］与氟硼酸结合形成新酸液体系，其缓速机理体现在两个方面：①酸与岩石反应，随着酸的消耗，粘度不断增加，在酸蚀的孔、缝、洞表面形成高粘凝胶，束缚H＋的运移速度，减缓了酸液中的H＋向已反应的岩石表面扩散。②粘弹性表面活性剂 （VES）在岩石表面吸附成膜，故减少了H＋与岩石表面的接触机率。既具有以往的优点又满足储层的需要。利用下式［10］对该酸液体系进行酸岩反应分析，结果见图1；与胶凝酸相比，该酸液体系具有更好的缓速效果。

式中，Jacid为酸岩表面反应速率，mol/（s·cm2）；K 为酸岩表面反应速率常数；Cacid为酸岩表面浓度，mol/L；m为反应级数，无因次。

考查HCl和HF混合使用时对二连油田同一区块砂岩岩心溶蚀率大小的影响，结果表明HCl浓度的变化对岩心的溶蚀率影响较小 （图2（a）），HF浓度的变化对岩心的溶蚀率影响较大 （图2（b））。随着HF浓度的增加溶蚀率增加，溶蚀率呈线性增长，因此，选用土酸中HF的浓度需要考虑溶蚀后对岩石骨架的破坏。

图2 不同HCl和HF浓度酸液对岩心溶蚀率的影响

3 酸与岩石反应的岩石力学特征研究

砂岩由于岩石骨架较软，因此砂岩用酸压必须保证岩石骨架的完整。为研究岩石受酸蚀后压裂过程对岩石的影响情况，制定的试验方案将不同浓度的酸与岩石反应，再进行压裂过程中岩石力学参数测定，以研究岩石在压裂过程中的完整情况，结果见图3。结果表明，不同砂岩溶蚀后岩石的杨氏模量变化很大，当采用10%HCl＋3%HF时 （a）图中的岩心已经垮塌 （图3（a）），而同样的浓度 （b）图中的岩心没有垮塌 （图3（b））。因此要根据不同岩心的试验结果设计不同的酸液配方。

图3 不同岩心、不同酸液配方对岩石力学性能的影响

4 复合改造工艺技术研究

4.1 泵入方式优化

液体的泵入方式对措施改造的成功及裂缝导流能力有重要影响。酸液在初始阶段注入可以提高溶蚀效果，降低对储层的伤害。这种注入方式不同于以往对碳酸盐岩储层改造的思路，原因在于，首先，砂岩要求的溶蚀率不高，酸液初始泵入可以提高酸液与裂缝壁面的接触，很好地溶蚀人工裂缝缝壁的钙质和硅质，形成十分不均匀的刻蚀裂缝，这样有利于提高酸液的导流能力。其次，压裂液再泵入后可以将残酸推向更远的距离，有利于酸液与裂缝的二次反应，从而进一步提高裂缝的导流能力。由于酸浓度不同形成不均匀刻蚀裂缝，加砂后更能形成错开的裂缝以提高导流能力 （图4）。第三，有利于对滤饼等伤害的处理。Gdanski等［11］模拟了裂缝表皮伤害，得到的结论是裂缝表面渗透率伤害可以达到90%而使产气、产油大幅度下降。表1表明，滤饼可以使导流能力降低40%。Ayoub［12］和 Wang等［13］分析出裂缝闭合后凝胶中的聚合物浓度大约在36～120kg/L范围内。如果聚合物浓度极高，破胶剂将不能完全降解这些聚合物 （图5）。采用此种泵注方式残酸在返排中可有效溶蚀人工裂缝的滤饼和残胶，起到清洗裂缝表皮的作用，通过对常规措施和该技术后返排液及滤饼试验表明，该方法可以使伤害程度降低30%～60%。利用该新型酸液体系进行裂缝导流能力试验，采用砂岩岩板先用鲜酸进行酸与岩石的溶蚀试验，再用溶蚀后的岩板进行导流能力测试，结果表明，在不同闭合应力下通过采用复合改造技术比常规的导流能力提高0.5～1.35倍 （图6）。

图4 酸压和加砂形成的裂缝示意图

表1 滤饼对导流能力的影响

4.2 压裂参数的优化

对压裂施工参数的优化主要从油藏和裂缝两个角度来优化，设计以优化缝长和导流能力为目标函数，通过三维压裂分析与设计软件，优化压裂施工参数包括规模、排量、前置液量等。利用FRACPROPT三维压裂分析软件模拟优化表明，排量对复合改造裂缝的作用至关重要。如排量过小，酸液很难压开地层，无法与地层反应，将影响整个施工效果。因此，在酸液泵注中要保证排量在3m3/min以上。

图5 裂缝表面形成的滤饼

图6 复合压裂与常规压裂对导流能力影响

5 矿场应用实例

以某油田储层为例，该储层孔隙度一般为5%～13%，渗透率多低于1×10－3μm2，最低小于0.1×10－3μm2，粘土含量在10%～20%，弱酸敏，岩心溶蚀率10%～60%，储层低孔、低渗特征明显。以往大部分井以加砂压裂为主，但并未达到最佳效果。通过研究，利用复合压裂技术现场应用5井次 （表2），采用该技术后产液量增加10倍以上，而用液量减少20%，加砂量可以降低10%，既经济又提高了产量。

表2 复合压裂技术效果表

6 结 论

1）分析认为通过合理优化酸液配方降低对储层的二次伤害，通过酸压形成一定刻蚀裂缝，只要酸液作用后能够保证岩石骨架完整，再通过加砂压裂则可以进一步提高裂缝导流能力提高效果，两者相互作用可以最大限度提高产量，因此复合改造技术是合理可行的。

2）清洁自转向酸与氟硼酸结合的新酸液体系具有低残渣、低伤害，同时具有较高的粘度，既能保证低伤害又能有效提高酸蚀效果。建立了酸液的优选方法，需要通过不同岩心、不同酸液配方的溶蚀效果及对岩石力学参数的影响试验来得出合理的优选范围。

3）提出不同于以往储层改造思路的酸液和压裂液泵注方式，对于中低温砂岩储层酸液初始泵入可以提高酸液与裂缝壁面的接触，很好溶蚀人工裂缝缝壁的钙质和硅质，形成十分不均匀的刻蚀裂缝；其次压裂液在泵注后可将残酸推向更远的距离，有利于酸液与裂缝的二次反应，从而进一步提高裂缝的导流能力。试验表明残酸有利于溶蚀人工裂缝的滤饼和残胶，起到清洗裂缝作用，复合改造技术比常规技术的导流能力提高0.5～1.35倍，伤害程度可以降低30%～60%。

4）新型工艺技术应用于现场获得了理想效果，为最大限度提高低渗透砂岩单井产量提出了新手段，具有广泛的应用前景。

［1］胡文瑞.中国低渗透油气的现状与未来 ［J］.中国工程科学，2009，11（8）：29～37.

［2］Leonard J K.Fracture acidizing：history，present state，and future paper［J］.SPE1063714，2007.

［3］王道成，赵立强，刘平礼，等.酸压技术在砂岩储层中的应用 ［J］.石油天然气学报，2008，30（1）：338～343.

［4］杨永华.砂岩储层酸压可行性研究 ［D］.成都：西南石油学院，2004.

［5］袁学芳，常泽亮，周理志，等.砂岩储层酸压改造技术探讨 ［J］.油气井测试，2003，（5）：11～17.

［6］李黎.酸压技术在新场复杂砂岩气藏的应用 ［J］.海洋石油，2006，26（2）：33～38.

［7］胡丹，黄禹忠.砂岩储层增产新技术——酸压 ［J］.断块油气田，2006，（3）：43～46.

［8］唐海军，杲春.江苏油田砂岩酸压增注技术研究与应用 ［J］.钻井液与完井液，2007，24（增刊）：118～120.

［9］Gdanski.Kineties of secondary reachtion of HF on alumino－silicates［J］.SPE37214，1997.

［10］万仁博，罗英俊.采油技术手册 （修订本）第九分册 ［M］.北京：石油工业出版社，2005.

［11］Gdanski R.Fracture face damage－it matters［J］.SPE94649，2005.

［12］Ayoub.New findings in fracture cleanup change common industry perceptions［J］.SPE98746，2006.

［13］Wang J Y，Holditch S A，McVay D A.Simulation of gel damage on fracture fluid cleanup and long-term recovery in tight gas reservoirs［J］.SPE117444，2008.

Composite Treatment Technique of A Novel Acidizing and Fracturing in Low Permeability Sandstone Reservoirs

DING Yun-hong，LU Yong－jun，CAI Bo，ZHANG Yi-ming，SHI Yuan-peng，ZHAO An-jun，SUN Hao （First Author’s Address：Langfang Branch of Research Institute of Petroleum Exploration and Development，CNPC，Langfang065007，Hebei，China）

For low permeability sandstone reservoirs，sand fracturing was the main technique，but whether or not the technique could maximize the efficiency and further improve the technique and enhance the oil production after fracturing？In allusion to the problems above，the past ideas for reservoir reconstruction were changed，for the existence of calcareous and siliceous cements in sandstone reservoirs，the composite fracturing with acidizing and sand fracturing was studied.A fluid and acid-rock reaction experiments were performed，a new technique of composite fracturing with acidizing and sand fracturing was proposed.The results of tests on 5wells show that by using the composite treatment technique，20%the fluid usage is reduced and also more than 10%sand usage is reduced and 10times of oil production is raised，it shows that the technique can be used for improving the operation efficiency and reducing the cost of low permeability sandstone reservoirs，it has good prospects of application.

clastic reservoir；composite technique of acidizing and fracturing；reaction rate；flow conductivity；dissolution rate

TE343

A

1000-9752（2012）02-0139-05

2011-08-10

国家科技支撑计划项目 （2006BA03B03）。

丁云宏 （1962-），男，1983年大学毕业，博士，教授，现主要从事油气井增产技术方面的研究工作。

［编辑］ 萧 雨