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MX井深层白云岩储层非均匀酸化压裂技术

来源:个人技术集锦
簟24鲁簟6期 2017年12月 sp● “d Oil and a●-R膏…ol DOI:10.3969/j.issn.1006—6535.2017.06.032 MX井深层白云岩储层非均匀酸化压裂技术 周林波 ,宋志峰。,张俊江 ,周 琚 ,董光盛 (1.页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京100101; 2.中国石化石油工程技术研究院,北京10010; 3.中国石化西北油田分公司,新疆乌鲁木齐830011; 4.中国石油辽河油田分公司,辽宁 盘锦 124010) 摘要:针对MX井深层白云岩储层酸液刻蚀裂缝导流能力不足的问题,设计了非均匀酸化压裂 工艺,通过不同黏度、不同反应速度酸液的组合注入,在非均匀酸液分布和非均匀酸岩反应强 度的双重作用下,可产生极强的不规则刻蚀。运用室内酸蚀裂缝导流能力评价技术,刻画了岩 板刻蚀特征,测定了20—90 MPa闭合应力条件下的非均匀刻蚀裂缝导流能力。结果表明:交 联酸+盐酸和交联酸+胶凝酸的交替刻蚀都在岩板上形成了明显的非均匀沟槽或坑洼,细长的 酸蚀沟槽模式在高闭合应力下能提供较好的流动通道,大片的酸蚀坑洼模式在中低闭合应力 下导流能力较高。MX井采用交联酸+胶凝酸二级交替刻蚀非均匀酸化压裂工艺,酸液黏度比 为6.67,施工排量为5.5—6.0 m /min,压裂后初期日产油达到65 t/d。非均匀酸化压裂技术 工艺简单,不额外增加措施成本,对于提高深层白云岩储层改造效果具有重要意义。 关键词:白云岩;非均匀酸化压裂;导流能力;非均匀刻蚀 中图分类号:TE355.5 文献标识码:A 文章编号:1006-6535(2017)06-0161—04 Non—Uniform Acid Fracturing Technology for Deep Dolomite Reservoir in Well MX Zhou Linbo .一。Song Zhifeng’,Zhang Junjiang ,Zhou Jun --,Dong Guangsheng (1.State Key Laboratory 0,Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development,Be ng 100101,China 2.Sinopec Research Institute ofPetroleum Engineering,Beijing 100101,China; 3.Sinopec Northwest Oilifeld Company。Urumqi。Xinjiang 830011,China; 4.PetroChian Liaohe Oiifldd Company。Panjin。Liaon ̄ng 124010,Chinal Abstract:The fractures etched by acid in the deep dolomite reservoirs in Well MX don’t have sufifcient flow con— ductivity.To solve this problem,non—uniform acid fracturing technology was designed in this paper.By virtue of this technology。the acids with different viscosities and reaction speeds are combined and then injected,so that the etching is strongly irregular under the dual effect of non——uniform acid distribution and non—‘uniform acid—。rock reac— tion intensity.Then。by means of laboratory etched fracture flow conductivity evaluation technology。the etching characteristics of orck plate were depicted and the flow conductivity of non—‘uniformly etched fractures under the clo— sure stress of 20-90 MPa was measured.It is indicated that the alternative etching of erosslinked acid+hydrochloric acid and crosslinked acid+gelled acid can generate obvious non—uniform grooves or pits.In the mode of elongated etched groove。good lfow paths can be generated under high closure stress,and in the mode of extensive etched pit, the flow conductivity is higher under middle and low closure stress.The non—uniform acid fracturing technology of crosslinked acid+gelled acid two—stage alternative etching is adopted in Well MX.Its acid viscosity ratio is 6.67, the flow rate is 5.5-6.0 m。/min and the daily oil production in the early stage after the fracturing is 65 t/d.To sam up。the non—uniform acid fracturing technology is simple and no extra stimulation cost is needed.It is of great significance to improve the stimulation effect of deep dolomite reservoirs. Key words:dolomite;non-uniform acid fracturing;flow conductivity;non—uni ̄rm etching 收稿日期:20170827;改回日期:20171009 基金项目:国家科技重大专项“超深井碳酸盐岩储层改造及测试关键技术”(2017ZX05005—005—004) 作者简介:周林波(1986一),男,工程师,2007年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业,2010年毕业于中国石油大学(北京)油气田开发工程专业,获 硕士学位,现主要从事储层改造和油藏工程方面的研究工作。 162 特种油气藏 第24卷 0引言 酸化压裂改造是碳酸盐岩油气藏最有效的增 产措施之一,其成功与否主要取决于酸化压裂后有 效酸蚀改造缝长和酸蚀裂缝导流能力¨ J。酸蚀 缝长除受岩石特性和地应力场控制外,还受酸岩反 应速度和酸液的滤失特性控制 咱 ;酸蚀裂缝导流 能力则取决于地层闭合应力、岩石抗压强度、岩石 酸溶蚀量以及沿裂缝面酸蚀形状的不规则程度 等l 7-111。国内外大量实验研究表明,同石灰岩相 比,白云岩和酸液发生反应后,岩板表面更为平坦 均匀,不利于提高裂缝导流能力 ,常规酸蚀裂 缝导流能力低,衰减速度快。MX井位于塔里木盆 地西南凹陷,储层埋深超过4 700 rn,闭合应力梯度 为0.018 MPa/m,井底闭合应力达到85.7 MPa,地 层加砂难度极大,裂缝闭合后支撑剂嵌入,降低了 裂缝导流能力,同时增加了支撑剂成本。在深井高 闭合应力条件下,经济、高效地获得足够的裂缝导 流能力,是MX井酸化压裂面临的主要难题。为 此,提出了非均匀酸化压裂工艺,通过在裂缝面形 成明显的非均匀刻蚀沟槽,提高白云岩裂缝导流能 力,从而提高酸化压裂效果。 1非均匀酸化压裂工艺原理 非均匀酸化压裂工艺的主要目的是在水力压 裂裂缝面形成较强的、明显的非均匀刻蚀形态,强 刻蚀形成的沟槽作为主要流动通道,弱刻蚀形成的 酸蚀面提供支撑,避免主通道闭合,同时作为次要 流动通道。不同于压裂液+酸液多级交替注入降 低滤失增加酸蚀缝长的酸化压裂工艺,非均匀刻蚀 通过3个步骤完成:首先采用前置压裂液造缝,在 储层中压开一条水力裂缝,为注酸刻蚀做准备;然 后注入高黏度、低反应速度的交联酸体系,在裂缝 面形成深穿透弱刻蚀形态;最后注入低黏度、中高 反应速度的胶凝酸或盐酸等体系,引发强烈刻蚀。 由于低黏液体在高黏液体中的指进效应,造成低黏 酸液在裂缝中分布不均匀,因此,强刻蚀仅在部分 位置发生。交联酸与胶凝酸、常规盐酸的酸岩反应 速度存在数量级的差异 Hj,在非均匀酸液分布 和非均匀酸岩反应强度的双重作用下,最终形成明 显的非均匀刻蚀形态,达到提高白云岩酸蚀裂缝导 流能力的目的。 2室内实验 2.1实验方案 通过室内酸蚀裂缝导流能力评价技术,描述不 同工艺方法的刻蚀特征并测定导流能力。首先模 拟注酸过程,刻蚀API标准导流实验岩板,酸岩接 触时间为60 arin;反应结束后取出岩板,三维形貌 扫描刻蚀后的岩板表面特征;最后进行导流能力测 定,闭合压力为20—90 MPa,每10 MPa测定一个 数据点。实验方案见表1。 表1酸蚀裂缝导流能力评价实验方案 耋 方案 酸液类型 ~ 酸液用量/mL 注酸速度/ 交联酸盐酸胶凝酸(mL’rain-1) 2.2实验结果分析 图1为酸岩反应结束后岩板表面留下的不同 刻蚀痕迹。图1a为岩板被交联酸刻蚀后的形态, 酸液驱替后整个岩板都被酸液剥蚀,反应后的岩板 表面整体比较平坦,仅在局部留下酸岩反应的粗糙 点;图1b为被交联酸+盐酸交替刻蚀后的的形态, 岩板表面留下了大片的酸蚀坑洼;图1c为被交联 酸十胶凝酸交替刻蚀后的形态,岩板表面形成了细 长的酸蚀沟槽。从刻蚀形态来看,方案2和方案3 都达到了加剧非均匀刻蚀的效果。 测定了3个方案在不同闭合应力下的酸蚀裂 缝导流能力(图2)。由图2可知:整体来看,非均 匀刻蚀裂缝导流能力更强,优于单一酸液刻蚀;其 中,方案2由于盐酸强烈刻蚀形成了较大的坑洼, 初期导流能力达到905.9×10 Ixm m,但随着闭 合应力增加,导流能力递减速度较快,闭合应力从 20 MPa增至60 MPa,导流能力降低了97%,主要 原因是坑洼周围的支撑强度不够,高闭合应力作用 使得大部分流动通道坍塌;方案3形成的细长沟槽 也明显增加了裂缝导流能力,由于沟槽周围有足够 的面积作为支撑,导流能力递减速度较慢,闭合应 力越高,方案3的优势越明显。 第6 周林波等:MX井深层[J 岩储层IF均 酸化』 裂技术 l63 b h案2 c方案3 酸蚀后岩板表面刻蚀形态对比 刻蚀效果越明显。 此,在工程条件允许的范f#J 1人J,优选酸液类型,尽垲增大黏度差 ,足实现=怍均 匀刻蚀的炎键 30 25 二== t● 誊20 15 霹 10 螂 二二=二二二二二二 ∞ 三二二 I三_  如 5 图2导流能力变化曲线 0 3:IF均匀酸化压裂J:艺参数优化 图3黏度比和非均匀系数关系曲线 3.1酸液黏度优化 3.2注酸排量优化 低黏液体 高黏液体内流动发生指进现象,足 形成低黏酸液= 均匀分布的根本原因。由于指进 前缘形态极其 规则,具有高度分叉的复杂形态和 采川Fluent软件模拟了注酸排}i}对酸液分佰 的影响,设定2种液体的黏度分别为100 m1)a・s 和15 Ill[ a・s,注入排f进分别为3、5、7 111 /lnin,得 到埘心的 均匀系数分别为16.0%、20.8%、 23.7 随荷注酸排量增加,非均匀系数壁现递增 现场实 的趋势,说H』】酸液指进程度是与注酸排_:{ i相父 的,即 酸排艟越大,酸液指进越严 (1) 【月1 的分形特征,传统方法很难对其进行准确描 述 为 化表,止,引入酸液分布非均匀系数来描述 酸液分布的: 均匀程度。非均匀系数越大,指进程 度越高,酸液分布越不均匀 、 A 77= 施过程rf1,注入低黏酸液时,应在满足施J一条什的 情况下 城提高施 排匿 . 式中:77为非均匀系数,%;A为指进前缘到达出【=_『_ 时低黏流体米波及的裂缝面积,12"1 ; 。为裂缝总面 积, 4现场J,Otj MX井化f塔里木盆地西南凹陷,完钻仆 为 4 820 Ill,改造段岩性主要为泥品云岩、粉 岩 采片j Fluent软件模拟r液体黏度对指进规律 的影响,并追踪_r低黏流体波及面积,求取相应的 非均匀系数(图3) 、…图3可知:酸液分布的非均 匀系数和酸液的黏度比有明显的正相关性,黏度比 越大,非均匀系数越大,和岩石反应后产生非均匀 岩心实测孔隙度为4.5%~12.7%,渗透率为0.02x l0~1 2.89X l0 uITI 。地层温度约为130 ,地 层 力为52.36 MPa。前期自喷、机抽牛产累 ‘J 164 特种油气藏 第24卷 油9 638.1 t,后期因产能低关井,关井前日产油为 0.6 t/d,含水率为5%。预计该井控制石油地质储 量为8x10 t,采出程度低,具有较大潜力。 由于MX井地层温度高达130℃,盐酸和岩石 反应速度极快,酸蚀有效距离短。因此,不选用普 通盐酸体系,采用交联酸+胶凝酸非均匀刻蚀工 艺。交联酸配方:20.0%HCI+0.7%稠化剂+2.0% 剂+1.0%破乳剂,在130 oC、170 S 下剪切1 h,黏 度保持在15 mPa・s。2种酸液黏度比为6.67,非 均匀系数达到20%以上。 MX井非均匀刻蚀酸化压裂施工泵注程序见 表2。为强化非均匀刻蚀效果,设计两级交联酸+ 胶凝酸交替刻蚀。施工总液量为750 m (压裂液 用量为360 m ,交联酸用量为220 m ,胶凝酸用量 高温缓蚀剂+1.0%破乳剂+1.0%铁离子稳定剂+ 为130 m。,滑溜水用量为40 m ),酸化压裂最大排 2.O%交联剂,酸液在130℃、170 S-1下剪切1 h,黏 度保持在100 mPa・s。胶凝酸配方:20.0%HC1+ 0.7%胶凝剂+2.0%高温缓蚀剂+1.0%铁离子稳定 量为6.0 m /min,最高泵压为77.2 MPa。改造后 效果显著,压裂后初期日产油为65 t/d,目前El产 油为44 t/d,已累计产油2 842 t。 表2 MX井酸化压裂施工泵注程序 5结论 现状与展望[J].石油钻探技术,2005,33(1)z58—61. [5]沈建国,毛素兵.四川压裂酸化技术新发展[J].天然 气工业,2001,21(5)-70—73. (1)深层白云岩储层常规交联酸酸蚀后导流 能力低,非均匀刻蚀技术能够有效提高白云岩岩板 [6]王兴文,郭建春,赵金洲,等.碳酸盐岩储层酸化技术 与理论研究[J].特种油气藏,2004,11(4):67—69. [7]牟建业,张士诚.酸化压裂裂缝导流能力影响因素分 酸蚀导流能力,细长的酸蚀沟槽模式在高闭合应力 下能提供较好的流动通道,大片的酸蚀坑洼模式在 中低闭合应力下导流能力较高。 (2)交联酸+盐酸和交联酸+胶凝酸的交替刻 蚀都在岩板上形成了明显的非均匀沟槽或坑洼,酸 析[J].油气地质与采收率,2011,18(2):69-71. [8]车明光,袁学芳,范润强,等.酸蚀裂缝导流能力实验 与酸化压裂工艺技术优化[J].特种油气藏,2014,21 (3):120—124. 液的黏度差异越大、注入速度越快,指进现象越明 显,越有利于酸液的非均匀分布和刻蚀。 (3)采用交联酸+胶凝酸二级非均匀刻蚀工 艺,完成了MX井酸化压裂改造,压裂后初期El [9]姚茂堂,牟建业,李栋,等.高温高压碳酸盐岩地层酸 蚀裂缝长期导流能力实验研究[J].科学技术与工程, 2015,15(2):193—195. [10]李年银,赵立强,张倩,等.酸化压裂过程中酸蚀裂缝 导流能力研究[J].钻采工艺,2008,31(6):59—62. 产油为65 t/d,目前日产油为44 t/d,已累计产 油2 842 t,工艺效果显著。 [11]王艳伟,肖玉茹,李青山.超深井酸化压裂工艺技术 在塔河油田的应用[J].新疆石油地质,2000,21(6): 578—579. 参考文献: [1]雷群,胥云.2008年低渗透油气藏压裂酸化技术新进 展[M].北京:石油工业出版社,2008:62—65. [2]埃克诺米德斯M J,诺尔蒂K G.油藏增产措施(增订  112 I NIERODE D E,KRUK K F.An evaluation of acid fluid loss additives,retarded acids,and acidized fracture con— ductivity[C].SPE4549,1973:1-4. [13]张智勇,蒋廷学,梁冲,等.胶凝酸反应动力学试验研 究[J].钻井液与完井液,2005,22(5):28—32. [14]黄霞,程礼军,李克智,等.川东北地区碳酸盐岩储层深 度酸化压裂技术EJ].天然气与石油,2012,20(3):4o-46 编辑盂凡勤 本)[M].北京:石油工业出版社,1991:402—403. [3]胥云.碳酸盐岩储层酸化压裂工艺技术综述[J].油 田化学,1997,14(2):175-179. [4]陈志海,戴勇.深层碳酸盐岩储层酸化压裂工艺技术 

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