交联酸加砂压裂技术的研究和应用①

2014-09-11车明光王永辉袁学芳彭建新朱绕云马滨林

石油与天然气化工 2014年4期

车明光王永辉袁学芳彭建新朱绕云马滨林

(1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院 2.中国石油油气藏改造重点实验室)

(3.中石油塔里木油田分公司 4.中石化江汉石油工程有限公司巴州塔里木测试分公司)

天然裂缝和孔洞是塔里木碳酸盐岩储层的主要储集空间，物探解释裂缝、孔洞发育的串珠和片状强反射区域占30%左右，这类储层通过酸压改造，多数井能够获得较高的产量，而裂缝和孔洞不发育的杂乱反射区域占70%左右，这类储层酸压成功率低，除了储层物性差，酸压措施的不足也是影响效果的主要原因，如：岩石蠕变导致酸蚀裂缝导流能力降低，酸蚀裂缝有效期短；闭合应力高，酸蚀裂缝内没有支撑剂充填，裂缝闭合；酸蚀裂缝距离短等[1]。水力压裂由于支撑剂的支撑作用，高闭合应力条件下可以保持较高的导流能力，但常规压裂液为非反应性流体，不与碳酸盐岩反应，无法很好地沟通储层中的微裂缝[2]。提出交联酸携砂压裂技术，集成了酸压和加砂压裂工艺技术的优点，具有较为全面的功能[3-4]，能够形成更长的高导流酸蚀-支撑复合裂缝，提高措施改造的有效率[5]。

1 交联酸携砂压裂技术

1.1 交联酸基本组成和特点

交联酸酸液体系主要由稠化剂和交联剂组成，同时添加有助排剂、缓蚀剂、破乳剂、铁离子稳定剂、破胶剂等，共同形成优化的交联酸液体系，针对不同盐酸需要添加调理剂。交联酸的基础配方为：

基液：10%～28%(w)盐酸+0.8%(w)稠化剂+2%(w)缓蚀剂+1%(w)助排剂+1%(w)铁离子稳定剂+1%(w)破乳剂+0～1%(w)调理剂

交联剂交联剂A∶交联剂B=1∶1

交联比 100∶(0.5～1.0)

w(破胶剂) 0.10%～0.15%

交联酸的基液黏度一般为30～36 mPa·s，交联酸与交联剂在地面按比例混合，交联时间可以控制在15～200 s，交联酸冻胶在120 ℃、170 s-1剪切60 min后，黏度保持在200 mPa·s左右，能够满足携砂施工要求，如图1所示。交联酸破胶使用胶囊破胶剂，胶囊在地层闭合压力作用下破碎并释放出破胶剂，促使交联酸破胶，破胶液黏度<5 mPa·s。

1.2 酸岩反应速度实验

酸岩反应速度决定酸液有效作用距离，影响裂缝表面的刻蚀形态，从而影响支撑剂在裂缝内的分布和导流能力。通过交联酸的酸岩反应速度实验，优选携砂的交联酸含量。使用旋转岩盘仪装置进行140 ℃条件下不同质量分数交联酸的反应速度测试，实验结果如图2所示。酸的质量分数为8%～16%时，酸岩反应速度在(5.6～10.7)×10-6mol/(cm2·s)之间，酸的质量分数大于16%时，酸岩反应速度明显加快。酸携砂施工过程中，高含量支撑剂阶段酸的质量分数选择10%～15%，利用酸液的黏性携砂，同时需要保持一定的酸液含量，在人工主裂缝延伸方向不能沟通的储层，利用酸液侧向滤失形成不均匀刻蚀，提高导流能力，形成带有酸蚀和支撑的复杂人工裂缝。

1.3 w(酸)为20%的交联酸携砂性能

在90 ℃实验条件下，支撑剂在交联酸中的沉降速度为0.015 mm/s，满足塔里木油田碳酸盐岩储层支撑剂沉降速率要求。图3为90 ℃水浴条件下，在含有320 kg/m3砂的交联酸中加入大理石反应，酸岩反应30 min后，交联酸仍具有良好携砂性能。实验说明交联酸的酸岩反应速度慢，在酸岩反应过程中能够保持足够的黏度携砂。

1.4 导流能力实验

使用FATSC导流实验装置进行实验，对比酸蚀裂缝和酸蚀岩心板上铺支撑剂两种条件下的导流能力，根据API.RP6推荐的公式[6]，计算酸蚀裂缝和酸携砂裂缝导流能力：

(1)

式中，WKf为裂缝导流能力，μm2·cm；Q为体积注入排量，mL/min；Δp为压差，MPa；μ为液体黏度，mPa·s。

图4是在带有酸液刻蚀沟槽的岩心板上铺置质量浓度为2.5 kg/m3的支撑剂后进行导流能力测试。实验前后结果见图5，有效闭合压力>30 MPa后，由于支撑剂的支撑作用，铺置支撑剂后测试的导流能力变化相对平缓。通过填砂，能有效提高酸蚀缝的导流能力，尤其是酸蚀缝的前缘，由于酸浓度降低，刻蚀导流能力值很低并失效，添加支撑剂有利于获得长的有效裂缝，是补偿酸蚀裂缝短的有效手段。

1.5 交联酸携砂压裂模拟

模拟研究交联酸携砂压裂工艺，实现交联酸携砂压裂的优点，模拟结果见图6。在酸携砂前注入压裂液造缝降温，为交联酸提供更有利的携砂条件。为了降低酸蚀作用对支撑剂导流的影响，在高砂比阶段降低酸液含量。交联酸携砂压裂的工艺思路为：低砂含量加砂采用质量分数为20%的交联酸，以酸液刻蚀和侧向沟通为主，高砂含量阶段采用质量分数为10%的交联酸，以支撑剂的支撑作用为主。