酸化过程中储层条件对注酸强度和注酸速度的影响研究

王勇 （中石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西 西安710021）

李年银 （油气藏地质及开发工程国家重点实验室 （西南石油大学），四川 成都610500）

隋蕾，申晓莉，陆小兵 （中石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西 西安710021）

储层地质条件是影响酸化效果的物质基础［1，2］。储层矿物成分影响酸蚀裂缝导流能力的大小，储层裂缝发育程度和物性的好坏对酸液和压裂液的滤失有较大影响；更重要的是储层条件直接影响着注酸速度和注酸强度，而最佳注酸速度和注酸强度又是决定酸化成功与否和酸化施工效果的关键参数。天然裂缝对孔隙度、渗透率有决定性影响，笔者主要针对储层岩石敏感性、储层天然裂缝频度及宽度等储层条件对注酸速度和注酸强的影响进行了分析。

1 岩石敏感性对注酸速度和注酸强度的影响

参照行业标准SY／T5358－2009，采用地层水和煤油开展储层裂缝岩心速敏试验，试验结果 （见图1、图2）表明，当裂缝宽度w 较小时，速敏严重，随着裂缝宽度的增大，2种流体的速敏程度都逐渐弱。从速敏试验和储层潜在损害因素分析可见，在实际生产过程中，微裂缝对油流贡献不大，而提供油流通道的主要是较大的裂缝［3］。酸敏试验结果同速敏结果一致。在试验中都发现裂缝表面有被酸蚀的“蚓孔”，而且在裂缝中 “蚓孔”增大了渗透率，无酸敏。小裂缝则酸敏严重，渗透率下降。造成这种现象的原因是由于酸与岩石作用后产生了一些酸不溶解的微粒［4］。由于裂缝小，这些微粒在排酸时堵塞了小裂缝。而在大裂缝中，这些微粒在排酸时随残酸排出，故渗透率上升。

由上述分析可知，如果采用常规解堵酸化工艺，不论注入速度如何，微小裂缝的渗透率都会下降［5，6］。这是因为酸不溶解的微粒堵塞裂缝造成的。这需要从酸化工艺上想办法解决，优化常规酸化的施工参数并不能解决［7］。因此，储层的敏感性 （速敏、酸敏等）不对注酸速度和注酸强度作限制。

图1 裂缝储层盐水速敏曲线

图2 裂缝储层煤油速敏曲线

2 天然裂缝对注酸强度和注酸速度的影响

基于双重介质油藏渗流理论及酸岩反应热力学与动力学理论，建立酸液在双重介质 （基质和天然裂缝）中的渗流数学模型、酸岩反应模型和地层温度场模型，模拟了天然裂缝分布对注酸强度和注酸速度的影响，以酸液的穿透作用距离为评价酸化效果的主要标准之一，对各影响因素 （注入速度，注酸强度，天然裂缝分布等）作了分析研究。

2．1 天然裂缝的分布与孔隙度、渗透率的关系

天然裂缝对孔隙度、渗透率有决定性影响。

已知裂缝宽度w 和频度，则裂缝渗透率Kf为：

裂缝孔隙度φf为：

式中，Kf为裂缝渗透率，mD；w 为裂缝宽度，mm；δ为2条缝间距，m；φf为孔隙度。

式（1）和式 （2）即表征了天然裂缝的分布与渗透率和孔隙度的关系。

2．2 裂缝频度的影响

在一定注酸强度条件下，天然裂缝频度对酸液穿透深度的影响如图3所示。由图3可以看出，随裂缝频度的增加，酸液穿透深度逐渐下降。这是因为随着裂缝频度的增加，导致酸液在缝中的流速降低、面容比增大，继而使得酸岩反应速度加快，酸液穿透深度不断下降。

图4是在注酸速度（0．01m3／（m·min））一定的条件下，注酸强度随裂缝频度的变化关系曲线。由图4可见，要达到一定的穿透深度，若天然裂缝频度较高，则必须提高注酸强度。由此得出的结论同前述一致。因此，对于天然裂缝较为发育的地层，为了增大酸液的有效作用距离，应适当提高注酸强度。

图3 裂缝频度对酸液穿透深度的影响

2．3 裂缝宽度的影响

图5为裂缝宽度与酸液穿透深度的关系曲线，可以看出，在注酸强度（1m3／m）一定的条件下，随着裂缝宽度的增加，酸液穿透深度越长，而且在裂缝宽度一定时，注酸速度越大，酸液穿透深度越长。这是因为当地层天然裂缝较宽时，一方面增大了H＋的传质距离，降低了酸液在裂缝中的反应速度，另一方面，由于裂缝宽度越大，酸液在裂缝中的渗流阻力则越小，一定的注入压力下酸液的穿透距离则越远［8，9］。因此，在一定的条件下，天然裂缝愈宽，酸液穿透深度越大；在穿透相同的深度时，所需的注酸速度则较小。

不同注酸速度条件下，酸液穿透深度随注酸强度的变化关系曲线如图6所示。根据曲线变化趋势情况看，注酸初期，随着注酸量的增加，酸液穿透深度不断增加，当注酸量达到一定值之后，酸液穿透深度则不再增加。这是由于盐酸与灰岩反应速度较快，其有效作用时间较短，当酸液在裂缝中的反应时间超过酸液的有效作用时间后，酸液变为残酸，后续注入的酸液继续溶解刻蚀被酸反应过的裂缝壁面，加深刻蚀沟槽，使得酸蚀裂缝导流能力增加而穿透深度则不变或增加很小。当酸液穿透深度不再随注酸强度增加 （或增加趋势明显变慢）时的注酸强度称为 “最佳注酸强度”［10～12］。

当然，对于同一地层不同的酸液类型，其 “最佳注酸强度”不一样。实际酸化施工设计时，应结合室内试验，基于各种酸液的 “残酸极限浓度”选择其“最佳注酸强度”，若设计注酸强度超过该值，不但不经济，还会因酸液的过度溶蚀而导致酸蚀裂缝导流能力反而下降以及残酸返排困难等诸多问题。由图6还可以看出，随注酸强度提高，酸液穿透深度增大，可见大的注酸排量对提高酸化效果是有利的。

图4 裂缝频度对注酸强度的影响

图5 裂缝宽度对酸液穿透深度的影响

图6 酸液穿透深度对注酸强度的影响

3 酸蚀蚓孔对注酸强度和注酸速度的影响

另外注酸强度还受制于滤失量的影响。注酸强度的大小最终主要受制于有效作用时间te和有效作用半径Le。由于酸液向基质的滤失，使得其向地层深部推进速度降低，在有效作用时间te内，推进速度的降低必然导致有效作用半径的降低。为了获得一定的有效作用范围，从滤失的角度出发，应考虑注酸强度及注酸速度的调整。

由于基质酸化、酸压时裂缝的分布、几何尺寸难以准确预测，且裂缝中不同部位酸流动状态及浓度等各不相同，从酸流速的角度考虑难以控制蚓孔的发育及生长而达到降滤的目的。只能用其他降滤措施降低酸液的滤失量，并且保持注酸速度大于酸液的滤失速度，以确保水力裂缝的正常延伸。鉴于酸压与基质酸化时的酸流动状态、反应机理的差异，只能给出注入速度的某一范围。

4 结论

1）对于常规解堵酸化工艺，不论注入速度如何，微小裂缝的渗透率都会下降。因此储层的敏感性（速敏、酸敏等）不对注酸速度和注酸强度作限制。

2）随裂缝频度增加，导致酸液在缝中的流速降低、面容比增大，继而使得酸岩反应速度加快，酸液穿透深度不断下降，因此对于天然裂缝较为发育的地层，为了增大酸液穿透深度，应适当提高注酸强度和注酸速度。

3）在一定的条件下，天然裂缝愈宽，酸液穿透深度越大，在穿透相同深度时，所需的注酸速度则较小；天然裂缝宽度越小，则注酸强度应适当增大。

4）一定的注酸速度条件下，酸液存在 “最佳注酸强度”，对于不同的酸液类型，其 “最佳注酸强度”不一样，实际酸化施工设计时，应结合室内试验，基于不同酸液的 “残酸极限浓度”选择其 “最佳注酸强度”。

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