完井方式对碳酸盐岩储层蚓孔扩展的影响实验研究

李志，赵立强

（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610500）

完井方式对碳酸盐岩储层蚓孔扩展的影响实验研究

李志*，赵立强

（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610500）

碳酸盐岩储层酸化过程中，裸眼完井和射孔完井对酸蚀溶解形态有不同的影响。创新性地通过对碳酸盐岩岩芯样品进行钻孔、剖缝等非常规处理，在室内实验模拟了不同完井方式下井筒注酸情况，研究了射孔完井对酸蚀蚓孔扩展形态的影响，并分析了孔眼深度对射孔沿程裂缝滤失的影响。研究发现，由于射孔形成局部高导流通道，酸液从射孔进入地层后的溶蚀形态异于裸眼完井，且孔眼深度越长，蚓孔分支越少，孔眼深度越短，蚓孔分支越多；在相同排量的条件下，孔眼深度越长的井筒所需的井口峰值压力越大，所需突破体积越小；当储层裂缝发育时，裸眼完井更易向天然裂缝滤失，而射孔完井受裂缝滤失影响较小。

碳酸盐岩；完井方式；射孔；酸蚀蚓孔扩展；裂缝滤失

碳酸盐岩储层通常非均质性较强，缝洞系统发育。通过酸化形成高渗透率的酸蚀蚓孔连通井底与储集油气的天然裂缝或解除近井地带污染，提高油气产量，是碳酸盐岩储层常用的增产手段［1］。酸蚀蚓孔在地层中扩展受到许多因素的影响，状态复杂难以描述，国内外学者为此做出了大量努力。A.D.Hill等提出了碳酸盐岩储酸化中，注酸速率对酸蚀蚓孔的扩展具有影响，并通过实验方式确定了盐酸体系在不同温度下的最佳注酸速率［2-3］。Buijse等综合考虑了影响碳酸盐岩储层蚓孔形成的各方面因素，指出蚓孔的增长和最终形态取决于酸液的扩散和滤失的共同作用［4-7］。柳明等［8］建立了地层蚓孔扩展的极坐标平均化模型，利用计算机模拟了不同完井方式对蚓孔扩展的影响。模拟结果指出，不同的完井方式对蚓孔通道的分支、酸液的突破体积以及压降速度均有控制，但尚无实验对这一理论进行验证。

为进一步论证碳酸盐岩储层完井方式对蚓孔扩展的影响，本文设计了室内实验，对岩芯样品进行钻孔剖缝等非常规处理，模拟碳酸盐岩储层裸眼完井以及不同孔眼深度的射孔完井方式；对岩芯样品注酸，得到了不同完井方式下的蚓孔形态。并分析讨论了孔眼深度与注入端压力之间的关系，考虑天然裂缝滤失、孔眼深度和突破体积之间的关系。

1　实验部分

1.1实验器材

恒流泵一台、岩性夹持器一台、岩芯温度控制器一台、自动压力监测设备一台、天然碳酸盐岩制备的圆柱体形岩芯（平均长度40.00mm，平均直径24.50mm，平均孔隙度7.3%，平均渗透率0.08mD，碳酸钙含量93%）、盐酸体系。

1.2实验方法

1.2.1射孔对蚓孔扩展影响实验

碳酸盐岩储层井筒中的射孔可以近似看做一个具有一定长度的规则圆柱形孔洞。现用工具在已制备好的岩芯端面中央进行开孔（所制备岩芯均取自同一储层，可以认为所有岩芯样品物性一致），用于模拟碳酸盐岩储层不同的完井方式（图1）。将处理好的岩芯样品放置于岩芯夹持器中，通过恒流泵向开孔端面驱替酸液。利用自动压力监测设备记录下入口端压力的变化规律以及其他数据。

1.2.2裂缝滤失对蚓孔扩展影响实验

考虑到碳酸盐岩储层通常天然裂缝较为发育，酸化过程中酸液易于向这些天然裂缝滤失，对蚓孔的扩展造成影响；且射孔时产生的巨大冲击也有可能造成射孔附近储层岩石均质性发生改变，产生人造裂缝。故在实验中取若干岩芯样品进行人工剖缝，剖开后的岩样重新组合所形成的裂缝在一定的围压范围内认为可以用于模拟碳酸盐岩储层井筒附近所存在的裂缝（天然裂缝或由射孔引起的）。在端面裂缝中间位置用工具进行钻孔，可以模拟在滤失环境下射孔对碳酸盐岩储层蚓孔扩展的影响（图2）。利用恒流泵向开孔端面驱替酸液，记录下入口端压力变化，时间等数据。

图1　岩芯射孔模拟示意图

图2　考虑裂缝滤失的岩芯射孔模拟示意图

1.2.3实验条件

以上实验条件均为：孔径5mm；孔眼深度分别为0mm、5mm和10mm（其中孔眼深度为0mm时可以认为是裸眼完井方式）；驱替速度1mL/min；地层温度90℃。自动补偿围压高于驱替压力2MPa用于保证酸液不会沿岩芯侧面串流。

2　实验数据与讨论

2.1蚓孔扩展形态研究

2.1.1不考虑裂缝滤失

实验后取出岩芯样品进行观察。在射孔中形成了肉眼能观察到的主蚓孔通道，贯穿整块岩芯（图3）。利用电镜扫描裸眼完井岩样（孔眼深度为0）与射孔完井岩样（孔眼深度为5mm）注酸端面，如图4所示。可以看出，裸眼完井岩芯端面（左）受非均质性控制，产生许多微小蚓孔，且并未造成岩芯突破，降低酸化效率；反之射孔完井岩芯端面（右）产生的蚓孔数量（不包含孔眼内形成的主蚓孔）明显少于裸眼完井。根据Hill等［9］提出的蚓孔竞争理论，在以主蚓孔的深度为半径的周围不会产生其他主蚓孔。岩芯端面的射孔可理解为较大尺寸的主蚓孔，该主蚓孔将改变流动场和压力场；受到孔眼深度的控制，酸液在射孔中不断汇集形成局部高注酸压差，这个注酸压差对蚓孔形态产生了影响。在排量一定的情况下，大量酸液进入其中，造成岩芯端面其他区域酸液流量降低，且相对注入压差减小，难以再形成新的酸蚀蚓孔。

图3　在射孔内产生的酸蚀蚓孔

图4　岩样端面扫描电镜成像（左：裸眼完井；右：5mm射孔）

2.1.2考虑裂缝滤失

在剖缝岩芯注酸实验中，酸液沿人造裂缝在轴向上形成不同程度的酸蚀蚓孔，但由于射孔深度不同蚓孔形态结构存在较大差异（图5）。打开未射孔岩芯剖面，可以观察到一条平均直径约1mm的主蚓孔已经突破岩芯；受岩芯非均质性控制在距入口端10mm处主蚓孔上产生一条长约20mm的分支，蚓孔分支末端又分为两条次级蚓孔分支；蚓孔分支未能对岩芯造成突破。射孔5mm岩芯剖面上主蚓孔平均直径约为2mm，主蚓孔上仅有一条约5mm长的短蚓孔分支。在射孔10mm岩芯的剖面上，酸液由射孔进入人造裂缝中并对裂缝壁面进行溶蚀，沿轴向形成一条宽2mm，高10mm的高导流能力酸蚀蚓孔，且在主蚓孔上没有蚓孔分支产生。

图5　裸眼完井、5mm射孔完井与10mm射孔完井下蚓孔扩展状态

2.2压力曲线变化分析

2.2.1不考虑天然裂缝滤失

在实验过程中，随着酸液向岩芯端面注入，入口端压力随着时间的变化逐渐上升并达到峰值，之后压力开始下降直至岩芯被酸液突破。入口端压力的变化能够体现酸蚀蚓孔在扩展过程中的状态，并且在注酸过程中峰值入口端压力和入口端压力升降速度等参数变化规律对实际施工过程具有指导意义，故绘制入口端压力变化与注入酸液PV数的关系，如图6所示。

图6　不同完井方式压降曲线图

当岩芯端面孔眼深度为0时，可以认为是裸眼完井，在注酸过程中酸压分布受到地层岩芯非均质性的影响，故在注酸初期入口端压力上升相对较慢。而在射孔完井的井筒中，酸液优先选择进入高渗流大通道射孔中，形成局部高酸压。对上升阶段的入口端压力进行线性回归分析后可以看出，在排量不变的情况下，射孔完井入口端压力上升速度高于裸眼完井，且射孔越深入口端压力上升越快。孔眼深度对峰值压力也有影响，随着孔眼深度的增加，峰值压力随之增大。孔眼深度为0时，峰值压力为8.47MPa；孔眼深度为5mm时，峰值压力为14.30MPa；孔眼深度为10mm时，峰值压力为19.74MPa。同时可以得到孔眼深度与酸液突破体积成负相关关系，射孔越深突破体积越小，在裸眼完井条件下（孔眼深度为0）突破体积最大。

2.2.2考虑天然裂缝滤失

在碳酸盐岩储层酸化过程中，酸液沿天然裂缝滤失对突破体积造成的影响不可忽略。向人工剖缝的岩芯进行注酸实验，所得到的入口端压力变化与注酸PV数关系，如图7所示。

在天然裂缝性碳酸盐岩储层注酸实验中，压力曲线在局部范围内出现波动。考虑裂缝滤失的裸眼完井、孔眼深度5mm和孔眼深度10mm注酸实验中酸液突破体积分别为16.411、6.995和5.087，突破体积与孔眼深度关系满足上述实验结论。通过2组实验对比得到滤失对裸眼完井的影响最大，考虑滤失后所需突破体积较不考虑滤失上升了近3倍，而天然裂缝滤失对射孔完井的酸液突破体积影响较小，如图8所示。可知在裂缝性碳酸盐岩储层酸化过程中，酸液向裂缝中滤失造成了大量酸液损失，增大了突破体积；而射孔完井的裂缝性储层在酸化时，酸液首先选择进入高导流能力射孔中并形成主蚓孔，减少了其他区域酸液的流量，从而减少向裂缝中的滤失量。

图7　考虑天然裂缝滤失的不同完井方式压降曲线图

图8　滤失对不同完井方式酸液突破体积影响关系图

3　结论

（1）由于射孔形成局部高导流通道，酸液从射孔进入地层后的溶蚀形态异于裸眼完井，且孔眼深度越长，蚓孔分支越少；孔眼深度越短，蚓孔分支越多。

（2）注酸过程中，射孔完井所对应的井口压力升降变化剧烈，而裸眼完井对应的井口压力升降变化则较为平缓；峰值压力与射孔的长度呈正相关。

（3）突破相同体积岩性一致的岩芯，孔眼越长所需的酸液量越少；在考虑滤失环境中，裸眼完井储层中酸液更易滤失，所需的突破体积大大增加，而射孔完井储层受裂缝滤失影响较小。

［1］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.北京：石油工业出版社，2002.

［2］Wang Y，Hill A D，Schechter R S.The Optimum Injection Rate for Matrix Acidizing of Carbonate Formations［J］.Paper SPE，1993，26578：3-6.

［3］Mostofizadeh B，Economides M J.Optimum Injection Rate from Radial Acidizing Experiments［C］//SPE Annual Technical Conference and Exhibition.Society of Petroleum Engineers，1994.

［4］Buijse M A.Mechanisms of Wormholing in Carbonate Acidizing［C］//SPE International Symposium on Oilfield Chemistry，1997：683-686.

［5］Williams B，Gidley J，Schechter R.A Fundamentally New Model of Acid Wormholing in Carbonates［J］.1999.

［6］Fredd C N，Miller M J.Validation of Carbonate Matrix Stimulation Models［C］//SPE International Symposium on Formation Damage Control，2000：39-52.

［7］Buijse M A.Understanding Wormholing Mechanisms Can Improve Acid Treatments in Carbonate Formations［J］.SPE Production&Facilities，2000，15（3）：168-175.

［8］柳明，杨鹏，李德权，等.完井方式对酸蚀蚓孔扩展的影响［J］.Journal of Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition），2014，36（6）.

TE344

A

1004-5716（2016）10-0048-04

2015-11-03

2015-11-09

李志（1991-），男（汉族），四川成都人，西南石油大学石油工程学院在读硕士研究生，研究方向：碳酸盐岩储层酸化增产。