地面交联酸酸蚀裂缝导流能力研究

2013-12-23蒋建方张祖国邓永红林宏涛

石油钻采工艺 2013年2期

蒋建方朱娜张祖国邓永红林宏涛陈伟

（1.中国石油大学提高采收率研究院，北京 102249；2.中国石化石油勘探开发研究院采油工程技术研究所，北京 100083； 3.云顶石油天然气（中国）有限公司，山东东营 257000）

地面交联酸是近年兴起的液体体系，在多个油田进行了单纯酸压或携砂压裂［1-5］，现场试验走在机理研究前面。酸蚀裂缝导流能力是衡量酸压效果的重要指标之一，以往开展了大量关于普通酸、稠化酸、乳化酸等体系的该项实验［6-9］，分析了酸蚀裂缝的形态、导流能力大小。利用STIM-LAB 公司的酸蚀裂缝导流装置，根据API 标准首次进行了地面交联酸的酸蚀缝导流能力与溶蚀形态实验，并与前期其他液体的导流能力实验结果进行了比较，用以评价这种新兴酸压用液体的性能。

1 实验设备及其方法

1.1 实验设备

酸蚀裂缝导流能力实验装置由中石油廊坊分院从美国STIM-LAB 公司引进，由Dake 水压机（闭合压力0.69～103.42 MPa，常温～150 ℃）、酸蚀裂缝反应室（长椭圆形，Hastolloy C 合金）、供液系统（排量0～40 mL/min，压力10.342 MPa，去氧含量低于10 ppb）、高温防腐管线（Hastolloy C 合金）、LVDT 滤失测量系统和压力、压差传感器等组成。

1.2 实验材料

长椭圆平行岩板：奥陶系马家沟组灰岩，长×宽×厚=177.8 mm×38.1 mm×25.4 mm，由现场岩心加工；活性水：3%NH4Cl；地面交联酸：20%HCl +1.0%DMJ-130+7.5%FL-B，其中DMJ-130 为北京中盈泰石油工程有限公司生产的胶凝剂，FL-B 为廊坊开发区博兴能源科技有限公司生产的酸化多功能添加剂，由缓蚀剂、铁离子稳定剂、破乳助排剂等组成；闭合酸：15%HCl+7.5%FL-B。

1.3 实验方法

1.3.1 实验步骤

（1）试压：用活性水试压，检漏。

（2）注入地面交联酸：进行酸岩反应，形成酸蚀裂缝。

（3）清洗：用活性水冲洗管线与反应室。

（4）测试酸蚀裂缝导流能力：将闭合压力加至10 MPa，恒速注入活性水，待压差稳定；然后加压至20 MPa，继续恒速注入活性水，待压差稳定。重复上述步骤，完成30、35、40、45、50 和55 MPa 下实验。进行闭合酸化时，在40 MPa 下测定酸蚀裂缝导流能力后，注入闭合酸进行酸洗和活性水冲洗，然后继续测定40、45、50 和55 MPa 下的酸蚀缝导流能力。

（5）后处理：拆卸并清洗管线、反应室，处理数据，计算酸蚀裂缝导流能力等数据。

1.3.2 计算方法根据酸蚀裂缝模拟实验记录数据，利用平行板渗透率计算公式［6］，可计算不同闭合压力下的酸蚀裂缝导流能力的大小。

式中，kf为平行板渗透率，mD；Q 为通过平行板的流量，mL/min；μ 为流体黏度，mPa·s；L 为平行板长度，cm；A 为平行板面积，cm2；Δp 为通过平行板两测压端的压差，MPa。

酸蚀裂缝导流能力由API RP 61 推荐公式计算。

式中， kfWf为酸蚀裂缝导流能力，μm2·cm；Wf为酸蚀裂缝宽度，cm；α为差压传感器测试孔调整因子，α=1.417。

2 酸蚀裂缝导流能力实验

2.1 实验条件

地面交联酸流量50 mL/min，活性水流量20 mL/min，闭合酸流量15 mL/min；实验温度90 ℃；闭合压力10、20、30、35、40、45、50、55 MPa；闭合酸化在40 MPa 下进行。

2.2 实验一

图1 为注入1 200 mL 地面交联酸反应后，不同闭合压力下酸蚀裂缝的导流能力。可以看出，酸蚀裂缝的导流能力相对较大，特别在较低闭合压力（小于30 MPa）下达到了300 μm2·cm 以上；随闭合压力的增加，该值明显下降，初期降幅较大，大于35 MPa 后下降变缓；在40 MPa 闭合压力下的导流能力达到165 μm2·cm，在55 MPa 下为84 μm2·cm。实验闭合压力应为有效闭合压力，如此高的导流能力表明在深井、高应力特征井该液体可形成高抗压酸蚀裂缝。

图1 地面交联酸的酸蚀裂缝导流能力

图2 为实验后反应岩板的表面溶蚀形态，除岩面具有一定的溶蚀外，主要形成了相对单一的酸蚀溶孔，溶孔沟槽较深，深度多在0.5～4.5 mm，而宽度在0.5～9 mm 之间，显示溶孔具有较好的流动能力和较高的抗压强度，与测试数据一致。

图2 地面交联酸反应形成的岩面

2.3 实验二

图3 为注入1 600 mL 地面交联酸反应，后续注入200 mL 闭合酸后，不同闭合压力下酸蚀裂缝的导流能力。可以看出，40 MPa 以前的实验结果与图1 相似，进行闭合酸化后，40 MPa 下的导流能力由154 μm2·cm升高到269 μm2·cm，提高了1.7倍，45～55 MPa 下的导流能力均高于未进行闭合酸化时的情况，说明闭合酸化进一步溶蚀了裂缝壁面的岩屑，加宽、加深了裂缝壁面的不均匀刻蚀，提高了酸蚀缝的导流能力。图1 和图3 的实验结果对比表明，闭合酸化显著提高了地面交联酸的酸蚀裂缝导流能力，适用于深井、高应力特征井的酸压施工。

图3 地面交联酸+闭合酸化的酸蚀裂缝导流能力

图4 为实验后反应岩板的表面溶蚀形态，除岩面的溶蚀宽度较大外，也形成了交叉的酸蚀溶孔，溶孔沟槽，深度0.8～6.2 mm，宽度0.5～11 mm，具有更高的抗压强度和很好的导流能力，测试数据进一步提升也说明形成了更好的酸蚀裂缝。

图4 地面交联酸+闭合酸化反应形成的岩面

3 与以往实验的比较

图5 显示了地面交联酸的酸蚀裂缝导流能力与以往进行的普通酸、稠化酸3 级与5 级的结果对比。可以看出，所有酸蚀裂缝的导流能力都是随闭合压力的增加而显著降低；不同闭合压力下地面交联酸的酸蚀裂缝导流能力显然远高于普通酸和稠化酸，特别在高闭合压力下尤其如此；地面交联酸进行闭合酸化后其导流能力有了显著提高；普通酸5 级的优于其3 级，稠化酸亦是；稠化酸3 级的优于普通酸3 级，稠化酸5 级的也优于普通酸5 级；稠化酸3级的与普通酸5 级的接近；在高闭合压力下，稠化酸优于普通酸，但是导流能力都较低，在长期生产过程中由于有效闭合应力进一步增加，长期导流能力值会进一步较低，甚至丧失，而由于地面交联酸的酸蚀溶孔深度大，导流能力高，相对易于保持。