复合暂堵转向酸化压裂技术在塔河油田的应用

赵荣华，刘文峥，邹建敏，黄庭刚，王心怡

(河南鑫安利安全科技股份有限公司，河南 郑州 450001)

0 引 言

塔河油田奥陶系油藏是以缝洞为储集体，由多个缝洞单元叠合形成的复合油气藏，具有埋藏深(5 400.0～6 900.0 m)、温度高(120～170 ℃)、非均质性强、叠合连片含油、不均匀富集的特点[1-5]。基质渗透率低(平均为0.018 mD)，基本无储集能力，裂缝、溶洞发育，裂缝既是储集空间又是主要的流动通道。整体孔喉配合度低，连通性差，塔河油田75%以上油井完井后自然产能低或无自然产能，需要通过储层改造方能建产，酸化压裂已成为塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏勘探开发的主要技术。塔河油田前期勘探开发主要采用直井裸眼完井方式，以滑溜水+压裂液+胶凝酸(变黏酸、地面交联酸)等前置酸酸化压裂或多级交替注入酸化压裂工艺技术为主，并取得了较好的效果。为了提高巨厚裸眼段产层的动用程度，塔河油田开展了裸眼封隔器+滑套机械分段酸化压裂技术研究及现场试验，但存在机械封隔分段工具下入困难、封隔器坐封可靠性差、压裂后工具滞留井中影响后续措施作业的问题[6-21]。为此，开展了复合暂堵转向酸化压裂技术研究及现场试验，取得了较好的效果，解决了塔河油田长裸眼井机械分段酸化压裂存在的诸多问题。

1 塔河油田酸化压裂难点分析

塔河油田酸化压裂存在如下难点：①储层温度高，酸岩反应速度快，酸液作用距离短，改造范围有限；侧钻水平井分段均匀改造难度大，深度酸化压裂改造难度大。②储层天然裂缝发育程度大，非均质性强，酸液滤失大，难以形成长的主裂缝，需要采取适当的降滤措施，降低酸液滤失，提高酸蚀裂缝有效作用距离。③储层水平应力差较大(5～9 MPa)，前期酸化压裂施工结果证实缝内转向形成复杂缝网难度大。④天然裂缝与最大水平主应力方向呈一定夹角，需采取适当的转向措施，增加沟通缝洞储集体几率。

2 复合暂堵转向酸化压裂增产机理

塔河油田长裸眼复合暂堵转向酸化压裂技术在以地面转向酸为酸液体系的酸化压裂过程中适时加入一定量的纤维和暂堵颗粒[22-23]，通过转向酸与岩石反应，在裂缝缝口形成凝胶充填，进行第1次封堵；纤维和暂堵颗粒在经过射孔孔道、近井筒孔道进入地层天然裂缝或先期人工裂缝时，在孔眼、射孔孔道或缝端形成高强度暂堵层，进行第2次封堵，一定程度上提高井底压力[24-25]，使后续工作液减少或者不能向初期的射孔孔眼、天然裂缝或先期人工裂缝流动，从而产生压裂液的二次分配或储层的二次破裂，进而改变裂缝起裂方位以产生新裂缝[26-27]。现场实施过程中，在第1段转向酸酸化压裂施工后，通过注入携带纤维+颗粒的液体段塞，在第1段酸化压裂形成的裂缝端口不断架桥堆积并压实，形成具有一定暂堵压力的阻挡层，迫使液体转向，从而实现第2段储层的起裂，然后提高排量进行后续的酸化压裂施工，以此类推，达到分段酸化压裂的目的。

3 复合暂堵转向酸化压裂工艺研究

3.1 转向酸暂堵效果评价

转向酸暂堵转向是利用黏弹性表面活性剂作为酸化转向剂，依靠残酸黏度急剧增大而实现暂堵转向[28]。该体系由一定比例的HCl、转向剂、缓蚀剂、铁离子稳定剂、降阻剂组成。当酸液pH值上升至大约2～3时，液体由线性流体转变为黏弹性冻胶状， 增加了酸液在裂缝中的流动阻力，从而起到降低滤失和转向的目的。对于转向酸体系，最关键的是酸液变黏后的流变性，变黏后的酸液在高温高剪切下能否保持黏度直接关系到酸液转向能力、转向效果以及改造效果[29]。实验表明，在135 ℃，170 s-1条件下，剪切150 min，残酸黏度可达90 mPa·s，说明该转向酸能够有效降低酸液滤失，实现转向的目的。

3.2 纤维+颗粒暂堵效果评价

该技术采用的纤维和暂堵颗粒是人工制备的白色纤维状或球状固体，属于一种温敏性材料，纤维长度为4～8 mm，暂堵颗粒按直径区分有1 mm和3～4 mm2种规格。

3.2.1 适用性分析

(1) 对于缝宽不大于2 mm的裂缝，主要采用小粒径暂堵颗粒。将不同质量分数(1.0%～2.0%)的纤维及不同质量分数(0.1%、0.3%、0.5%)的小粒径暂堵颗粒混入配制好的压裂液样品中搅拌并取样，采用CSF-10000多功能岩心驱替实验系统进行小尺寸裂缝岩心驱替，评价暂堵压力(表1)。

表1 小尺寸裂缝不同浓度复合暂堵压力

由表1可知，当缝宽不大于2 mm时，1.0%～2.0%纤维+0.5%小粒径暂堵颗粒可以实现9.0～10.0 MPa的暂堵压力，满足塔河油田储层起裂压力差主要集中在5.0～9.0 MPa的需要。

(2) 对于大尺寸裂缝(缝宽大于2 mm)，主要采用大粒径暂堵颗粒。对于漏失段及溶洞型储层，缝宽远大于2 mm，为此研制了大粒径(直径为3～4 mm)暂堵颗粒。通过对比不同组合的暂堵颗粒和纤维及不同驱替排量下的驱替压差，研究排量和暂堵材料对暂堵压力的影响(图1、2)。

图1 排量与复合暂堵剂暂堵压力的关系

图2 复合暂堵剂优选

由图1可知：随着泵注时间的推移，封堵压力先迅速增大，然后缓慢下降，最后快速下降，说明纤维经历了压力快速升高有效封堵、稳定封堵到纤维溶解封堵失效的过程；随着泵注排量的增加，封堵压力逐渐升高，这是由于大排量对暂堵颗粒的挤压作用更强，颗粒变形后能够更好地暂堵不规则酸蚀蚓孔，更容易将暂堵颗粒携带入裂缝从而实现高强度封堵，封堵后压力增大更明显，有利于实现酸压转向。

由图2可知：4种不同组合的暂堵剂随着泵注时间的推移，封堵压力表现出与图1类似的特征，说明4种暂堵剂都经历了快速有效封堵、稳定封堵到封堵失效的过程；不同组合的复合暂堵剂暂堵效果差异较大，1号暂堵剂在5 min左右暂堵压力高达13.60 MPa，而4号暂堵剂在相同时间暂堵压力只有 1.37 MPa，约为1号暂堵剂暂堵压力的1/10，说明不同粒径的暂堵颗粒和纤维组合复合使用与单一粒径暂堵颗粒相比能够起到更好的暂堵效果。

3.2.2 纤维含量优化

在排量为0.5 L/min，温度为130 ℃条件下，对4块岩心分别注入含有质量分数为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的5 mm长纤维的酸液，测试不同质量分数的纤维的封堵效果(图3、表2)。

由图3、表2可知，不同的纤维含量表现出不同的酸液滤失特征。纤维质量分数为1.0%时，酸液快速突破，突破时间为2.3 min，且滤失量快速升高，达到110.1 mL，无法满足现场降低滤失实现酸化压裂转向的施工需要；纤维质量分数为1.5%时，初始滤失量为9.5 mL，但突破时间较短，为17.8 min，无法满足现场施工需要；纤维质量分数为2.0%时，初始滤失量较小，仅为5.6 mL，且滤失缓慢，酸液突破时间为70.9 min，满足现场对施工时间大于60 min的要求；纤维质量分数为2.5%时，酸液没有突破，但纤维用量较大，不够经济节约。综合考虑工艺要求与成本，推荐现场酸液中纤维含量为2.0%。

图3 不同纤维含量与滤失量关系曲线

表2 不同含量纤维的封堵效果

3.2.3 纤维的溶解性评价

将纤维分别加入恒温的20%HCL溶液(120 ℃)和清水(100 ℃)中，经过不同时间后取出纤维过滤、烘干和称重，计算纤维的溶解率(表3)。

(1)

式中：k为纤维的溶解率，%；m0为纤维加入前的质量，g；m1为纤维溶解后烘干称重的质量，g。

表3 纤维溶解性评价实验数据

由表3可知，纤维在20%HCL及清水中2 h的溶解率分别为30.80%和3.90%，8 h后溶解率达到100%，满足现场施工的时间要求以及后续纤维自溶解的要求 。

4 现场应用

4.1 总体应用效果分析

在塔河油田开展了复合暂堵分段酸化压裂技术研究及现场试验。截至目前，复合暂堵分段酸化压裂技术累计实施了9口井，有效率为95%，累计增油近10×104t(表4)。从前期试验效果来看，增油效果较好的井主要靠近断溶体，且缝洞系统连通关系较好的位置；工程上首选井眼轨迹与最大主应力方向夹角应大于45 °，更有利于体现该技术的优越性。

表4 部分复合暂堵转向酸化压裂井施工效果统计

4.2 失效井分析

TK6106井鹰山组裸眼段长达183.4 m，主要发育 2 套储层：第1套储层埋深为 5 543.0 ～5 596.5 m，第2套储层埋深为5 614.0～5 660.0 m，2套储层的破裂压力相差3.2 MPa。为提高油层纵向动用程度，决定对鹰山组储层采用纤维+颗粒复合暂堵酸化压裂工艺。设计暂堵酸化压裂体系：滑溜水为120 m3，压裂液为715 m3，普通胶凝酸为580 m3，转向酸为60 m3，暂堵纤维为1.00 t，暂堵颗粒为0.30 t，其中，直径为1mm的暂堵颗粒为0.25 t，直径为3～4 mm的暂堵颗粒为0.05 t。

由施工参数可知：随着滑溜水泵注入井筒，套管压力快速上升；泵注压裂液和酸液阶段，套管压力基本保持平稳；泵注暂堵剂阶段，当暂堵剂泵注量达到48 m3时，此时有2 m3暂堵剂进入地层(井筒容积为46 m3)，套管压力瞬间由25.0 MPa上升至60.8 MPa，超过井口安全压力，无法正常施工；停泵后约19 h内，套管压力一直保持缓慢下降趋势，然后在1 h内快速降低了21.0 MPa。根据泵注暂堵剂阶段的压力变化分析可知，暂堵剂泵注量达到48 m3时，在裸眼段储层发生了暂堵剂沉降，导致套管压力快速上升，后期暂堵剂中的纤维充分溶解，暂堵剂沉降导致的堵塞解除，部分暂堵剂进入地层，套管压力也随之下降。

分析暂堵剂发生沉降的原因：①该井储层位于暗河附近，基质中富含泥质灰岩，在低泵压下裂缝闭合快，减缓了纤维进入裂缝的速度；②前期的酸化压裂没有很好地沟通有利储集体，在低排量泵注暂堵剂阶段，纤维和颗粒不能及时进入裂缝，在井筒形成沉降堆积；③压裂后数值拟合表明，暂堵前缝宽仅为2.3 mm，直径为1 mm和3～4 mm不同粒径的颗粒组合与纤维通过缠绕桥堵作用形成的暂堵剂颗粒的直径远超过了裂缝缝宽，进入裂缝困难，极易在缝口形成沉降堆积。

5 结 论

(1) 复合暂堵转向酸化压裂技术能够有效实现塔河油田长裸眼段的暂堵转向酸化压裂改造，提高单井储层改造程度。

(2) 不同发育特征的碳酸盐岩缝洞系统储层应选择不同组合的暂堵颗粒和纤维。大泵注排量更容易将暂堵颗粒携带入裂缝，对暂堵颗粒的挤压作用更强，颗粒变形后能够更好地暂堵不规则酸蚀蚓孔，更有利于实现压裂裂缝转向。

(3) 未加纤维的暂堵液在低压差下的滤失量远大于加入纤维的暂堵液的滤失量，说明纤维有非常显著的堵漏效果，随着压差的增大，纤维的堵漏性能也显著提高。