元坝海相超深水平井均匀布酸技术研究及应用

钟 森 任 山 黄禹忠 杨永华 丁 咚

（中国石化西南油气分公司工程技术研究院，四川德阳 618000）

元坝气田开发的主力层位是海相长兴组碳酸盐岩储层，属于礁滩体控制的岩性圈闭气藏，埋藏深度6 200～7 200 m、地层压力67～71 MPa、地层温度148～159 ℃、硫化氢平均含量5.53%，为超深高温、高压、高含硫酸性气田。气田开发井中大部分井为衬管完井的水平井、大斜度井，由于水平段长（最长达921 m），储层非均质性强，沿水平段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层交替分布，其酸化改造难度极大。由于气藏超深、完井管柱仅下至造斜点附近，因此，无法实施水平井机械封隔分段改造，酸化时酸液主要进入A 靶点附近的高渗层，水平段中后部及低渗层难以得到有效的改造。为解决长水平段均匀布酸的难题，提出暂堵转向酸化工艺，技术关键是暂堵液，工艺核心是胶凝酸与暂堵液的交替注入。该工艺通过暂堵液的物理堵塞效应，降低高渗层的吸液能力，推动酸液向B 靶点流动，配合多级暂堵，可以提高整个水平段生产剖面的改造效果［1-2］。

目前，国内外所使用的酸化暂堵剂主要有固体颗粒状暂堵剂［3-5］、有机冻胶类暂堵剂［6-7］以及纤维类暂堵剂［8］等，其中以固体颗粒状暂堵剂为主。普光气田海相储层埋深5 500 m 左右，采用树脂覆膜包裹碳酸钙颗粒暂堵剂进行酸压改造，取得了一定的效果，但是出现暂堵剂溶解不彻底引起堵塞裂缝、埋产层的现象，影响改造效果［9］。本文研制了一种可降解纤维暂堵剂，采用聚合物压裂液作为携带介质，高黏混合暂堵液起到化学和物理双重暂堵作用，采用交替注入工艺，在水平段酸化中既能暂堵高渗透储层推动酸液向前流动，实现水平段的均匀布酸，又能在高温残酸中自动降解，实现零残留。该工艺的应用基本解决了超深层水平井的均匀布酸问题，一定程度上实现了分流酸化的目的。

1 暂堵剂室内评价

1.1 暂堵效果评价

纤维暂堵技术可以解决天然裂缝和渗透率差异大的储层酸化转向的问题，主要应用在常规暂堵剂性能无法满足要求的高温高压储层中。国外肯基亚克油田、国内川东石炭系气藏都有成功应用，适用条件为气藏埋藏深度5 000 m 左右、温度120 ℃以上［10-11］。本文研发的人造有机纤维暂堵剂（图1）性能更稳定、韧性更强，纤维长度减小至3～4 mm，利于均匀混合在油管中输送；纤维密度1.3 g/cm3、直径35 μm，在水中1～5 s 内自动均匀分散开，且与水和压裂液配伍性好。为便于纤维输送，携带介质采用瓜胶质量分数0.45%的压裂液，纤维添加比例为1.5%～2.0%，混合后的暂堵液黏度大于500 mPa·s，以高黏非反应液起到暂堵裂缝的作用。室内进行暂堵液的暂堵效果实验，结果见表1，岩心通过暂堵液暂堵后，渗透率降低1 000 倍以上，驱替压力大大增加，具有很好的暂堵效果；采用20%盐酸解堵，岩心渗透率恢复50%左右，对储层的伤害属于可控范围。

图1 可降解有机纤维实物图

表1 暂堵液的暂堵实验效果

1.2 降解性能评价

使用暂堵剂在酸化后存在堵塞裂缝、埋产层的风险，因此，要求暂堵剂短时期内要有较好的溶解性，酸化后能够实现裂缝的畅通。本文研制的有机纤维在酸性、高温环境下能完全降解，实现酸化后的零残留。表2 是纤维在清水、酸液中的溶解实验数据，70 ℃、90 ℃高温条件下清水中2 h 的溶解率达到50%（酸化过程中井底温度实测值70 ～90℃），20%盐酸中2 h 内溶解率高于90%。元坝长兴组气藏温度达到150 ℃，酸化后降解更快、降解率更高。图2是纤维溶解于清水和酸液中的形态，溶解得较均匀和彻底，仅含有少量固体残留物；固体残留物粒径测定表明粒径1～3 μm 占绝大多数（图3），而酸化刻蚀的裂缝宽度为毫米级，固体残留物不会对地层和裂缝造成二次伤害。

表2 不同温度下纤维在清水、酸液中的溶解实验

图2 70 ℃下纤维在不同溶剂中溶解120 min 形态

图3 70 ℃下纤维在20%盐酸中溶解后粒度分布测定

2 多级暂堵交替注入设计

2.1 水平段净化措施

元坝长兴组气藏水平井在钻井过程中普遍漏失钻井液，且酸化前水平段压井钻井液无法循环出来，增加了水平段均匀布酸的难度。为此，酸化前采取液氮诱喷，尽量净化井筒。第一批投产井中有3 口井均在A 靶点附近存在漏失（表3），通过注入液氮减小井筒液柱密度，同时多次开井关井活动地层，诱使钻井液返出。从现场实施的情况看，返出的钻井液量均大于水平段容积，说明井筒净化效果明显，同时也减小了酸化后钻井液返出堵塞井筒的风险。

表3 钻井漏失及诱喷情况统计

2.2 多级暂堵交替注入设计

2.2.1 暂堵级数设计 元坝长兴组气藏含气礁体分散不连续，水平段钻遇各类储层交替分布，采用胶凝酸与暂堵液多级交替注入工艺，逐段暂堵高渗储层段形成段间转向，推动酸液向B 靶点流动，从而实现水平段均匀布酸。暂堵级数的设计是工艺关键，设计的原则是根据水平段储层分布特点及衬管段的位置来确定。YB101-1H 井储层分布在A、B 靶点附近，A 靶点附近储层以Ⅰ类气层为主（6 968～7 208 m），B 靶点附近储层以Ⅰ、Ⅱ类为主（7 447～7 959 m），两段衬管段较长，所以设计两级暂堵。首先采用胶凝酸对A 靶点附近的Ⅰ类储层进行酸化，注入暂堵液暂堵，推动胶凝酸酸液进入B 靶点附近储层，再注入暂堵液暂堵Ⅰ类储层，最后注胶凝酸使酸液均匀分布于水平段。YB205-1 井Ⅰ类储层主要分布在A 靶点及中间位置，投产衬管段为3 段（6 615～6 845 m、6 887～6970 m、7 002～7 095 m），设计三级暂堵，逐级推动酸液向B 靶点流动，保证整个井筒充满酸液。

2.2.2 注入排量设计 为实现水平段的均匀布酸，各阶段排量设计是重点，总体采用“初期低排量、暂堵定排量、后期大排量”的原则。初期以1～2 m3/min的小排量注入，防止压破地层造成酸液仅流入某一小段，尽量推动酸液深入水平段后部。暂堵阶段注入排量为1 m3/min，一是便于暂堵剂的加入和均匀搅拌，二是防止原裂缝继续延伸，造成暂堵失效。暂堵结束后大幅度提高排量至5 m3/min 以上，实现碳酸盐岩深度酸压，尽量延长裂缝的长度和宽度。闭合酸阶段降低排量至2～3 m3/min，加深缝口位置溶蚀，提高缝口处导流能力［12］，降低近井筒“漏斗效应”，阶段排量设计示例见表4。

表4 暂堵交替注入泵注排量设计示例

2.3 暂堵剂泵注工艺

暂堵纤维在酸化过程中被要求大量、快速均匀地加入，研发了专用纤维泵FiberJet 进行加注（图4），实现精确计量和快速加注。FiberJet 纤维泵通过机械混合系统，把成块状的纤维自动打散，通过鼓风机送入混合筒内与清水混合，形成较均匀的混合液后注入混砂车的搅拌罐内与压裂液混合，充分搅拌均匀后经压裂车注入井筒。该系统可满足最大30 kg/min 的加入速度，降低了劳动强度、提高了加注质量。

图4 纤维泵注工艺现场应用

3 现场应用及效果

元坝气田实施暂堵交替注入工艺4 口井，施工成功率100%，酸压时暂堵液进地层后泵注压力上升了1.2～11 MPa（表5），9 级暂堵中的7 级压力上升较显著，暂堵有效率78%。YB204-1H 井Ⅰ类储层比例高，储层吸酸强度大，暂堵效果不明显，其余3 口井储层性质相对较差，泵注压力快速上升，起到了暂堵转向作用。实施后产量与酸化前自然产能相比，增产倍比2.2～5.0，增产有效率100%。

表5 元坝4 口投产井酸化施工参数统计

4 结论及认识

（1）研制的有机纤维暂堵剂，在瓜胶压裂液中分散性能好，降低岩心渗透率1 000 倍以上，在高温酸性环境中溶解率高，达到暂堵和零残留的要求。

（2）酸化前利用液氮诱喷钻井液是净化水平井井筒的必要措施，根据水平段储层分布及衬管段确定暂堵级数，暂堵液与胶凝酸以“初期低排量、暂堵定排量、后期大排量”的方式交替注入，逐级暂堵推动酸液向B 靶点流动，实现水平段的均匀布酸。

（3）元坝气田的成功现场应用表明，该工艺在深层碳酸盐岩地层有较好适应性。

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