酸蚀裂缝导流能力实验与酸压工艺技术优化

车明光，袁学芳，范润强，王海燕，朱绕云*

(1.中油勘探开发研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007;2.中油油气藏改造重点实验室，河北 廊坊 065007;3.中油塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000;4.中油西部钻探工程有限公司，新疆 克拉玛依 834000)

引 言

酸蚀裂缝导流能力是影响酸压优化设计和酸压效果的重要参数之一［1－2］，国内外学者对酸蚀裂缝导流理论计算方法［3－4］和酸蚀导流能力影响因素［5－9］开展了许多研究工作。Nierode－Kruk计算方法能准确预测岩石埋藏压力和闭合应力对酸压导流能力的影响。酸蚀裂缝导流能力研究主要集中在普通酸、胶凝酸和乳化酸等酸型上。在前人研究基础上，使用FATSC实验模拟装置较全面地研究了交联酸、胶凝酸的酸蚀裂缝导流能力，除了考虑酸液类型、注入排量、注入方式、岩性和温度等因素外［10－11］，在实验时还考虑了岩石纹理、缝宽和溶蚀量等因素，而且测试了酸液在高温110℃条件下的酸蚀导流能力。从实验结果出发，分析了不同岩性碳酸盐岩使用针对性酸压工艺技术的合理性［12］，为完善酸压工艺和优化酸压方案设计提供了指导。

1 实验装置和方案简介

1.1 实验模拟装置和酸蚀导流计算方法

FATSC酸蚀裂缝导流能力实验模拟装置由稳压系统、供液系统、酸岩反应槽、滤失测量系统、自动取样系统以及数据采集处理检测系统等6部分组成，可加闭合压力0.69～103.50 MPa，可加热至150℃，排量为0～400 mL/min，使用岩心尺寸为177.8 mm×38.1 mm ×(38.1～88.9)mm，可进行酸蚀裂缝和支撑裂缝的导流能力实验研究。该模拟装置由计算机自动控制流动通道、温度以及排量，计算机实时采集、处理数据。整个系统耐酸，具有自动化程度高、精确度高、安全性能好的特点。

根据API.RP6推荐的公式计算酸蚀裂缝导流能力:

式中:WKf为酸蚀裂缝导流能力，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。

1.2 实验材料和实验方案

实验用岩板加工尺寸为18 cm×3.8 cm×(1.8～2.0)cm的两端椭圆平行板岩心，酸液体系为胶凝酸和交联酸。

实验设计5种方案，分别研究酸用量、注入速率、温度、缝宽和注入方式对酸蚀导流能力的影响，其中注入方式实验使用交联酸与胶凝酸交替注入。实验前后岩板称重，用于分析溶蚀量和导流能力的关系;实验前记录岩板纹理分布，分析纹理对导流能力的影响。

2 实验结果分析

2.1 酸用量影响实验

实验条件:酸用量分别为1000、1600、2000 mL，注入速率为40 mL/min，温度为90℃，导流能力测试方法:闭合应力为10～60 MPa，每5 MPa测量1次。实验结果:随着酸液用量的增加，酸蚀裂缝导流能力逐渐增加，但增加幅度减小。酸液量为2000 mL时，样品取出后局部破碎。

2.2 注入速率影响实验

实验条件:酸用量为1600 mL，注入速率分别为 20、30、40、50 mL/min，温度为 90℃，导流能力测试方法同上。实验结果:低排量20 mL/min注入时测量的酸蚀导流能力值较高，主要原因是酸液注入时间长，岩石刻蚀沟槽较深(图1)，说明酸压后期适当降低排量(或闭合酸化)，有利于提高酸蚀导流能力。当注入速率达到40 mL/min时，随着注入速率的增大，酸蚀裂缝导流能力变化不大。

图1 注入速率为20mL时酸蚀裂缝刻蚀形态

2.3 温度影响实验

实验条件:酸用量为1600 mL，注入速率为40 mL/min，温度分别为 50、90、110℃，导流能力测试方法同上。实验结果:随着温度的升高，导流能力降低且幅度较大(图2)，相同条件下，110℃时酸蚀裂缝导流能力较90℃时下降30% ～60%。从酸蚀裂缝刻蚀形态看，高温110℃岩石形成不连续、较深的点蚀坑，不是宽的刻蚀沟槽，温度高酸岩反应快、局部消耗多，影响酸蚀导流能力(图3)。为得到较高的酸蚀裂缝导流能力，酸压前置液量优化要考虑降温作用。

图2 温度对酸蚀裂缝导流能力的影响

图3 110℃时酸蚀裂缝刻蚀形态

2.4 设置缝宽影响实验

实验条件:酸用量为1600 mL，注入速率为40 mL/min，温度为90℃，导流能力测试方法同上。实验时采用大理石加工的垫片在岩板间预设缝宽，宽度分别为2.5、4.0、6.0 mm。实验结果:设置缝宽影响注酸初期酸液在缝内的流速，对导流影响较小。

2.5 注入方式和纹理分布对导流能力的影响

图4 酸蚀裂缝导流能力实验曲线

如图4所示，蓝色曲线是交联酸及其多级注入的酸蚀导流能力随闭合应力变化趋势，绿色和红色曲线是胶凝酸酸蚀导流曲线，其中绿色曲线是横向纹理发育(纹理与酸液流动方向垂直)的酸蚀导流曲线，红色曲线是纵向纹理发育的酸蚀导流曲线。从图4中可以看出，在不同闭合应力时，交联酸酸蚀裂缝导流能力明显高于胶凝酸的酸蚀裂缝导流能力，交联酸能够形成比较宽且深的刻蚀沟槽(图5a)，这些沟槽在较高的闭合应力下仍然能够保持很好的导流能力。同样使用胶凝酸刻蚀，横向纹理发育的酸蚀裂缝导流能力高于纵向纹理发育的酸蚀裂缝导流能力，分析主要原因是纵向纹理诱导酸液沿纹理流动，不容易形成宽的刻蚀沟槽。

图5 纯灰岩和含泥灰岩的交联酸酸蚀裂缝刻蚀形态

2.6 岩性和溶蚀量对导流能力的影响

如图5所示，纯灰岩酸液刻蚀后形成明显的沟槽，这些沟槽在裂缝闭合后仍然具有一定的导流能力，而含泥灰岩实验后形成了较窄的刻蚀沟槽和一些“点蚀坑”，这些点蚀坑在高闭合应力时导流能力会逐渐消失。图6是相同实验条件下不同应力时，酸蚀导流能力与溶蚀量的关系图。如前所述，酸蚀导流能力受岩石纹理分布、岩性、酸液类型及注入方式和沟槽刻蚀形态影响较大，酸蚀导流能力与溶蚀量的相关性不强，且应力值越低，相关性越差。

图6 导流能力和溶蚀量关系

3 酸压工艺优化和应用实例

以塔里木油田碳酸盐岩储层为例，埋深为5000～7000 m，地层温度为110～160℃，作用在酸蚀裂缝上的有效应力(最小地应力与井底流压的差值)为20～50 MPa，储层类型以缝、洞和基质溶蚀孔为主。考虑提高酸蚀裂缝导流能力的酸压工艺优化措施有:①以井眼到储集体距离和降低储层温度至90℃以内的双重要求，优化前置液量，为酸液形成刻蚀沟槽提供温度环境;②根据软件模拟，兼顾缝长和导流能力，确定合理的酸液用量;③施工后期或沟通储集体后降低施工排量或采用闭合酸化工艺;④根据岩性选择酸压工艺和酸液注入方式，纯灰岩选择前置液酸压工艺，含泥灰岩选择交联酸与胶凝酸交替多级注入和闭合酸化工艺;⑤人工裂缝延伸方向与天然裂缝走向一致，酸液容易沿天然流动、刻蚀，不容易形成宽的刻蚀沟槽，施工后期采用闭合酸化工艺或降低排量提高缝口酸蚀裂缝导流能力。

应用实例:A井酸压井段为6125～6138 m，地层温度为142℃，储层类型为孔洞型－裂缝孔洞型，成像测井解释为发育的天然裂缝，录井岩性为泥晶灰岩。酸压优化措施:大型前置液量降低储层温度和造缝;针对泥晶灰岩岩性，使用交联酸与胶凝酸二级注入方式，提高酸蚀裂缝导流能力;天然裂缝走向与最大主应力方向一致，在顶替阶段降低施工排量，提高缝口酸蚀裂缝导流能力。A井酸压后计算酸蚀缝长约为108 m，裂缝导流能力为98.0×10－3～477.5 ×10－3μm2·m，酸压后 6 mm 油嘴求产，油压为31.98 MPa，日产油为216.42 m3/d，日产气为58335 m3/d。

4 结论

(1)实验表明，相同闭合应力条件下，高温110℃时酸蚀裂缝导流能力较90℃时下降30% ～60%，因此高温储层酸压需要优化前置液量，降低储层温度。

(2)与胶凝酸相比，交联酸能更好地刻蚀沟槽，在高闭合应力下能保持很好的酸蚀裂缝导流能力;岩石横向纹理发育刻蚀形成的酸蚀裂缝导流能力高于纵向纹理发育的酸蚀裂缝导流能力。酸蚀导流能力与岩石溶蚀量的相关性不强。

(3)根据酸蚀导流能力实验结果，纯灰岩选择前置液酸压工艺，含泥灰岩选择交联酸与胶凝酸交替多级注入和闭合酸化工艺。

［1］魏英杰，银本才，张洪新，等.高温井酸压技术研究与应用［J］.特种油气藏，2004，11(2):49 －52，100.

［2］米卡尔J埃克诺米德斯，肯尼斯G诺尔特.油藏增产措施［M］.3版.张保平，蒋阗，刘立云译.北京:石油工业出版社，2002:402－403.

［3］龚明.计算酸压裂缝导流能力的新模型［J］.天然气工业，1999，19(3):68 －72.

［4］Pournik M，Zhu D，Hill A D.Acid－fracture conductivity correlation development based on acid－fracture characterization［C］.SPE122333，2009.

［5］曾凡辉，郭建春，赵金洲，等.深层裂缝性碎屑岩储层的网络裂缝酸化技术［J］.大庆石油地质与开发，2011，30(4):101 －104.

［6］李年银，赵立强，张倩，等.酸压过程中酸蚀裂缝导流能力研究［J］.钻采工艺，2008，31(6):59－62.

［7］Mou J，Zhu D，Hill A D.Acid －etched channel in heterogeneous carbonates–anewly discovered mechanism for creating acid fracture conductivity［C］.SPE119619，2009.

［8］蒋卫东，汪续刚，蒋建方，等.酸蚀裂缝导流能力模拟实验研究［J］.钻采工艺，1998，21(6):33－36.

［9］何春明，郭建春，刘超.变参数酸蚀裂缝导流能力实验［J］. 大庆石油地质与开发，2013，32(1):137 －141.

［10］牟建业，张士诚.酸压裂缝导流能力影响因素分析［J］. 油气地质与采收率，2011，18(2):69 －71，79.

［11］寇永强，谢桂学，乐小明，等.裂缝导流能力优化研究［J］.油气地质与采收率，2002，9(5):40－41.

［12］王兴文，郭建春，赵金洲，等.碳酸盐岩储层酸化(酸压)技术与理论研究［J］.特种油气藏，2004，11(4):67 －69，73.