水平井分段转向酸酸化压裂技术

2014-10-17贾光亮张会师刘俊邦

特种油气藏 2014年3期

艾昆，贾光亮，张会师，刘俊邦

(1.中石化华北石油工程有限公司，河南郑州 450000;2.中油长庆油田分公司，陕西西安 710021)

引言

大牛地气田下古生界奥陶系风化壳碳酸盐岩储气层为典型的低压、低孔、低渗致密储层。截至目前，大牛地气田下古生界共酸化压裂改造直井101层次，水平井7口(油层68段)，其中获得工业气流44层次。总体来看，直井改造后产能较低，水平井虽有所突破，但整体酸化压裂施工效果不理想［1－7］。为获得碳酸盐岩储层酸化压裂工艺的突破，进行了水平井分段转向酸酸化压裂工艺技术研究与应用。

1 转向机理

清洁自转向剂由多种表面活性剂复合而成，其在地层中随着酸液的消耗，pH值上升，当pH值上升至2～3时，液体由线性流体变成黏弹性冻胶状［8］，增加了酸液在地层微裂缝及孔道中的流动阻力，迫使酸液转向其他流动阻力相对较小的孔道［9－10］，起到降低滤失和转向的目的。

2 转向酸A特性

转向酸A配方为:20.0%HCl+4.5%BA1－27(转向剂)+1.5%BA1－11(缓蚀剂)+1%BA1－2(铁离子稳定剂)。

2.1 转向酸A流变性

在90℃下，对转向酸A的流变性进行了测试(图1)。实验证明:加，最高达到150 mPa·s，后期黏度基本保持稳定，剪切90 min后酸液黏度依然保持在60 mPa·s左右，与鲜酸形成黏度差，具有很好的降滤失及分流转向性能。

图1 转向酸A流变性能测试结果

2.2 转向酸A缓速性能

在室内对比了转向酸与空白酸(无转向剂)的反应速度，测定了其缓速率(图2)。实验说明转向酸A液具有很好的缓速效果。

图2 转向酸与空白酸的酸浓度与反应时间关系对比

2.3 转向酸A转向性能

转向酸A 注酸压力曲线见图3。初期注入压力较为平缓，注入转向剂时，注入压力比(注入转向剂前后注入压力比)持续上升，表明酸液的黏度在酸化过程中增加，形成一种暂堵段塞，是体系分流能力的体现。实验岩心的入口面没有任何残留物，表明转向过程发生在岩心内部。

图3 转向酸体系注酸过程中的压力响应曲线

3 转向酸B特性

转向酸B是在转向酸A的基础上加入降阻剂以达到降低施工摩阻的作用。转向酸B配方为:20.0%HCl+1.0%BA1－27(转向剂)+1.5%BA1－11(缓蚀剂)+1.0%BA1－2(铁离子稳定剂)+2.0%BA1－9(降阻剂)。

转向酸B在排量为4 m3/min时，在Ø88.9 mm油管中的流动摩阻系数为6.45 MPa/km，折合计算出转向酸B摩阻为清水摩阻(14.34 MPa/km)的45%，降阻率达到了55%。

4 酸化压裂工艺

4.1 技术要求

(1)由于储层压力系数较低，现场施工采用全程泵注液氮的工艺，同时尽量缩短压裂后关井时间，以充分利用酸岩反应形成CO2的能量，增加压裂后储层的返排能力，减少残酸对储层的再次伤害。

(2)水平井裸眼管外封隔器分段完井管柱，投球滑套所产生的节流摩阻较大，为降低地面施工压力，保证施工安全，要求钻井井眼的水平段方位与大牛地气田马五储层的最大水平主应力方向(北偏东64～75°)近似垂直，以减少近井地带复杂裂缝的形成，保证横切井筒的人工裂缝更好地沟通天然裂缝。

4.2 酸化压裂管柱

完井酸化压裂管柱采用酸化压裂生产联作管柱+裸眼封隔器+压裂滑套一体化结构，实现一趟管柱完成裸眼分段完井、分段酸化压裂、排液、投产一体化作业，适应于水平井分段压裂改造。其主要特点:①封隔器之间采用Ø114.3 mm套管代替生产油管，大通径套管既起到减小施工阻力稳定井壁作用，同时又是储层改造及生产通道，适用于有可能发生井眼垮塌的储层;②采用尾管悬挂器或完井封隔器悬挂下部完井管柱;③以悬挂器、裸眼封隔器作为封隔储层的生产封隔器;④以压裂滑套、浮阀等作为流量控制装置，起到井下节流器的作用，可有效减少生产过程中水合物的形成，降低气井过早水淹的风险。

4.3 施工工艺

对于不同的储层特性，依据地质设计要求，结合储层显示情况，裸眼井段间距设置为80～150 m。对于物性显示差的水平段，采用转向酸A实施深度酸化压裂，突破井筒区域的致密带，尽量沟通井筒周围裂缝系统，以获得好的改造效果。通过FracproPT软件模拟确定转向酸A的用量。对于储层条件较好的重点改造层段，在深度酸化压裂的同时，尽量沟通天然裂缝系统，采用不同类型酸液交替注入的方式，并采用大排量施工。根据注酸排量(5.0 m3/min)的摩阻模拟计算结果，采用转向酸A+转向酸B的模式，通过FracproPT软件模拟确定转向酸A和B的用量。

5 现场应用及效果

对大12井区A井奥陶系马五段5层进行了水平井管外封隔器分段转向酸压裂试验。A井构造上位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部，垂深为2897 m，水平段长度为1000 m，钻遇具有全烃显示的总长度为185 m。储层孔隙度为1.3% ～11.0%，渗透率为0.001×10－3～1.300 ×10－3μm2，含气饱和度为10.2% ～71.0%，泥质含量较低，总体上储层物性较差，借鉴邻井参数预测本井地层压力系数为0.86，具有典型的低压、低孔、低渗特征。

根据该井不同封隔层段的地质情况，兼顾每段的产能和裂缝扩展情况，对不同层段施工参数进行了优化(表1)。

表1 A井分段酸化压裂参数

该井压裂共注入酸量2236.4 m3(转向酸A 1302.0 m3，转向酸 B 934.4 m3)，累计注入液氮110 m3。注转向酸期间油压平稳上升后减小，说明转向酸对裂缝发育储层段具有降低滤失和暂堵转向的作用，使得后面泵注的鲜酸能够更好地对致密储层进行刻蚀，达到均匀改造的目的。压裂后进行返排试气，累计排液1288.6 m3，返排率为56.6%，说明施工全程泵注液氮有效地提高了储层的返排能力。试气无阻流量为5.92×104m3/d。