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碳酸盐岩气藏的酸化压裂技术

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碳酸盐 岩气藏 酸化 技术
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© 1994   芳   赵   炜 (中 原 油 田 分 公 司 采 油 工 程 技 术 研 究 院 )审 校 : 李 发 荣 (大 庆 油 田 工 程 有 限 公 司 )摘 要   酸 盐 岩 气 藏 由 于 其 固 有的 非 均 质 特 性 , 使 其 成 为 实 施 酸 化 压 裂 的 理想 储 层 。 采 用 一 些 类 型 的 酸 液 对 这 种 致 密 白云 岩 气 藏 进 行 了 酸 化 压 裂 增 产 处 理 , 建 立 起了 一 个 70 余 口 气 井 酸 化 压 裂 处 理 的 大 型 数据 库 , 用 于 研 究 酸 液 / 岩 石 的 相 互 作 用 关 系 ,继 而 确 定 岩 性 与 酸 液 类 型 之 间 的 关 系 。 本 文论 述 了 增 产 处 理 的 目 标 、 目 前 在 用 的 酸 液 、对 返 排 试 样 的 分 析 、 根 据 返 排 试 样 对 储 层 中白 云 岩 与 方 解 石 的 测 试 、 施 工 作 业 的 有 关 数据 资 料 、 对 酸 化 压 裂 增 产 处 理 的 分 析 和 测 井岩 相 与 酸 液 的 关 系 等 研 究 成 果 。主 题 词   碳 酸 盐 岩 气 藏   酸 化 压 裂   岩相   酸 液 类 型一 、 引 言 层 是 一 种 深 层 的 天 然 气 气 藏 , 主 要 由白 云 岩 与 石 灰 岩 层 段 组 成 , 下 伏 于 沙 特 阿 拉 伯 东 部 油 田 的 下 面 。 藏 含 有 一 些 由 页 岩 、硬 石 膏 层 或 非 渗 透 性 小 层 组 成 的 薄 夹 层 , 这 些 夹 层可 能 会 起 到 非 渗 流 层 或 裂 缝 遮 挡 层 的 作 用 。 尽 管 藏 的 储 层 温 度 在 280~ 300 u 之 间 , 但 它 仍不 失 为 实 施 酸 化 压 裂 增 产 处 理 的 理 想 候 选 气 藏 。对 藏 实 施 的 酸 化 压 裂 增 产 处 理 使 得 气井 达 到 了 高 的 天 然 气 产 量 , 从 而 要 求 在 田 修 建 2 个 新 的 天 然 气 处 理 厂 。 在 实 施 增产 处 理 的 开 始 阶 段 , 酸 化 压 裂 的 施 工 程 序 为 : 先 泵送 一 个 高 黏 性 前 置 液 段 塞 (耐 高 温 硼 酸 盐 凝 胶 前 置液 ) , 接 着 泵 注 质 量 分 数 达 0128 的 层 内 凝 胶 酸 液 ,然 后 在 低 于 闭 合 压 力 的 条 件 下 泵 送 质 量 分 数 为0128 的 盐 酸 ( , 完 成 闭 合 裂 缝 施 工 阶 段 的 酸化 处 理 。 在 典 型 的 施 工 作 业 中 , 泵 注 酸 液 的 体 积 为1500~ 2000 酸 化 压 裂 的 结 果 是 良 好 的 , 但 由于 得 不 到 油 井 的 长 期 生 产 数 据 资 料 , 故 对 早 期 酸 化压 裂 处 理 进 行 优 化 改 进 是 困 难 的 。 乳 化 酸 、 层 内 凝胶 酸 、 甲 酸 / 黏 弹 性 酸 此 后 都 曾 被 采 用 , 取得 了 各 种 不 同 的 增 产 效 果 。 这 些 酸 液 配 方 曾 使 得 处理 气 井 获 得 了 高 的 初 始 产 量 , 但 一 些 气 井 在 经 过 了6 个 月 的 生 产 之 后 , 气 井 产 量 递 减 到 原 始 投 产 产 量的 60 %以 下 。 为 了 试 图 消 除 气 井 产 量 的 递 减 , 司 开 始 根 据 诸 如 渗 透 率 、 孔 隙 度 和 酸液 滤 失 量 等 储 层 特 性 参 数 对 酸 化 压 裂 处 理 进 行 优 化研 究 。 这 种 优 化 设 计 研 究 制 定 了 酸 液 的 选 择 、 酸 液用 量 和 施 工 作 业 分 级 步 骤 的 限 制 条 件 。二 、 增 产 处 理 的 目 标酸 化 压 裂 是 对 碳 酸 盐 岩 储 层 进 行 增 产 处 理 的 基本 方 式 之 一 , 有 利 于 提 高 作 业 井 产 量 的 主 要 因 素 是酸 蚀 裂 缝 的 导 流 能 力 和 酸 液 的 穿 透 距 离 。 酸 液 的 穿透 距 离 是 酸 液 的 滤 失 量 、 缝 宽 、 泵 注 排 量 和 泵 注 酸液 体 积 的 一 个 函 数 。 裂 缝 导 流 能 力 是 在 沿 着 裂 缝 的某 一 位 置 (在 该 位 置 裂 缝 处 于 张 开 状 态 , 但 在 发 生了 闭 合 之 后 会 保 持 同 井 筒 的 连 通 ) 酸 蚀 裂 缝 有 效 宽度 的 一 个 函 数 。 如 果 压 裂 处 理 设 计 合 理 , 且 在 现 场施 工 中 采 取 了 正 确 的 工 艺 措 施 , 那 么 便 可 获 得 增 产收 益 和 实 现 气 井 的 长 期 有 效 生 产 。 增 产 处 理 气 井 会在 投 产 初 期 以 高 的 产 量 生 产 , 且 气 井 的 最 终 采 收 率比 非 增 产 处 理 气 井 的 要 高 。三 、 目 前 在 用 的 酸 液目 前 , 在 对 层 进 行 的 酸 化 压 裂 中 使 用了 两 种 酸 液 程 序 , 一 种 是 在 泵 注 前 置 液 施 工 阶 段 添加 的 层 内 凝 胶 酸 , 另 一 种 是 此 后 的 施 工 阶 段 往 层 内凝 胶 酸 中 添 加 的 乳 化 酸 。 两 种 施 工 处 理 都 使 用 闭 合裂 缝 酸 (质 量 分 数 为 0128 的 , 在 低 于 地 层 闭合 压 力 的 条 件 下 泵 注 。四 、 对 返 排 试 样 的 分 析采 用 了 在 酸 化 处 理 后 对 产 出 液 进 行 化 学 分 析 的工 艺 方 法 , 并 对 一 些 气 田 实 施 的 酸 化 处 理 效 果 进 行了 分 析 。 为 了 评 价 酸 化 压 裂 处 理 的 效 果 , 采 集 了 返排 流 体 的 试 样 , 并 对 试 样 中 关 键 离 子 的 浓 度 进 行 了测 试 。 钙 和 镁 的 浓 度 采 用 电 感 耦 合 氩 等 离 子 发 散 分光 学 方 法 予 以 测 试 , 酸 浓 度 则 采 用 酸 碱 滴 定 法 予 以确 定 。41     国 外 油 田 工 程 第 21 卷 第 1 期 (200511)    © 1994 、 根 据 返 排 流 体 试 样 对 白云 岩 与 方 解 石 的 测 试返 排 流 体 试 样 可 用 于 确 定 被 处 理 储 层 的 性 质 和被 酸 液 溶 解 的 碳 酸 盐 岩 矿 物 的 类 型 。 用 于 确 定 酸 液与 岩 石 反 应 的 一 种 方 法 是 检 验 返 排 流 体 试 样 中 的 钙/ 镁 质 量 比 。目 的 层 中 含 有 方 解 石 ( 和 白 云 岩[ 2 ]。 地 层 岩 石 中 镁 的 主 要 来 源 是 白 云岩 , 在 纯 净 的 白 云 岩 中 钙 与 镁 的 质 量 比 为 1167。返 排 流 体 试 样 中 的 钙 和 镁 的 浓 度 可 用 于 确 定 被 处 理地 层 中 方 解 石 与 白 云 岩 的 含 量 。 在 压 裂 处 理 中 应 用的 所 有 酸 液 都 采 用 低 含 盐 量 水 配 置 而 成 , 所 应 用 的酸 液 中 不 含 有 大 量 的 钙 或 镁 离 子 。由 于 最 初 获 取 的 少 量 测 试 值 只 代 表 酸 化 顶 替 液的 参 数 值 , 故 这 些 测 试 值 不 予 考 虑 。 这 部 分 试 样 的数 量 根 据 返 排 试 样 中 的 氯 化 物 浓 度 予 以 确 定 。 这 种工 艺 过 程 可 通 过 对 从 井 中 获 得 的 测 试 结 果 予以 说 明 , 该 井 的 酸 化 压 裂 目 的 层 是 B 层 。 最 初 获取 的 少 量 试 样 含 有 低 的 氯 化 物 离 子 , 这 些 试 样 代 表了 酸 化 顶 替 液 的 液 样 参 数 。 此 后 提 取 的 试 样 中 具 有非 常 高 的 钙 浓 度 , 钙 的 来 源 是 在 钻 进 目 的 层 过 程 中使 用 的 碳 酸 钙 颗 粒 。 在 测 试 到 最 初 高 浓 度 的 钙 之后 , 钙 浓 度 会 降 低 到 一 个 相 当 稳 定 的 常 数 值 。 钙 镁比 表 明 , 地 层 中 方 解 石 的 平 均 含 量 为 4312 〔 10- 2(质 量 分 数 ) , 剩 余 的 为 白 云 岩 。 在 对 部 分 井 的 行 酸 化 压 裂 中 曾 经 注 意 到 了 类 似 的 趋 势 , 在 这些 情 况 下 钙 镁 比 的 测 试 结 果 表 明 , 方 解 石 平 均 含 量为 60 〔 10 - 2。六 、 数 据1 , 酸 化 压 裂 数 据酸 化 压 裂 数 据 包 含 了 酸 液 类 型 、 酸 液 体 积 和 最大 与 最 小 泵 注 排 量 。 这 些 数 据 并 不 包 括 为 压 开 初 始裂 缝 而 泵 注 前 置 液 和 为 保 持 裂 缝 张 开 而 实 施 的 中 间施 工 阶 段 的 数 据 。 由 于 所 有 的 作 业 处 理 都 采 用 同 样的 酸 液 体 积 和 浓 度 , 所 以 泵 注 10000 0128 裂 缝 酸 化 施 工 阶 段 的 数 据 并 未 列 入 分 析 之 列 。在 部 分 处 理 井 的 施 工 中 应 用 了 预 处 理 酸 清 除 钻 井 液形 成 的 滤 饼 , 由 于 这 类 酸 液 的 作 用 是 清 除 裂 缝 处 的伤 害 , 它 不 会 明 显 影 响 地 层 的 渗 透 率 , 所 以 这 类 酸液 的 数 据 也 不 包 括 数 据 分 析 之 中 。 对 下 列 酸 液 系 统进 行 了 评 价 :◇ 01150109 甲 酸 ;◇ 层 内 凝 胶 酸 ;◇ 在 泵 注 层 内 凝 胶 酸 施 工 阶 段 泵 注 的 乳 化 酸 ;◇ 在 泵 注 黏 弹 性 酸 施 工 阶 段 泵 注 的 乳 化 酸 。乳 化 酸 的 体 积 根 据 酸 液 体 积 而 定 , 占 总 酸 液 体积 0130 (体 积 分 数 ) 的 柴 油 体 积 用 量 不 予 考 虑 。总 酸 液 体 积 包 括 了 后 期 层 内 凝 胶 酸 泵 注 阶 段 注 入 的酸 液 。2 , 储 层 数 据通 过 评 价 岩 性 学 裸 眼 测 井 资 料 、 确 定 有 效 储 层厚 度 和 根 据 层 的 孔 隙 度 / 渗 透 率 变 换 值 而计 算 出 的 渗 透 率 获 得 了 储 层 的 数 据 。3 , 生 产 数 据在 该 项 研 究 中 应 用 的 数 据 包 括 了 气 井 作 业 处 理返 排 之 后 的 初 始 生 产 产 量 。 当 处 理 后 投 产 气 井 产 出的 碱 性 沉 积 物 与 水 小 于 0110 (体 积 分 数 ) 时 测 试最 终 的 返 排 液 量 。 以 6 个 月 的 产 量 作 为 稳 定 产 量 ,对 将 近 70 口 井 的 生 产 数 据 进 行 了 分 析 。七 、 对 酸 化 压 裂 增 产 处 理 的 分 析由 于 存 在 着 大 量 的 数 据 和 测 井 质 量 解 释 与 气 藏表 征 的 未 知 因 素 , 故 采 用 了 各 种 不 同 的 方 式 对 数 据进 行 了 评 价 。 采 用 了 一 些 可 变 量 的 综 合 研 究 方 法 ,研 究 包 括 孔 隙 度 / 厚 度 、 原 始 生 产 产 量 、 总 泵 注 液量 、 最 小 与 最 大 泵 注 排 量 、 有 效 储 层 厚 度 、 酸 液 类型 和 岩 性 学 之 间 的 关 联 关 系 。 通 过 研 究 发 现 , 最 佳的 关 联 关 系 为 采 油 指 数 ( 。 然 后 用 渗 透 率 与 储层 厚 度 的 乘 积 ( 除 以 便 可 针 对 储 层 厚 度质 量 各 异 的 情 况 对 行 校 正 处 理 。 针 对 所 研 究的 气 井 而 言 , 其 h 值 分 别 在 30~ 200 范 围 内 。这 种 工 艺 方 法 假 设 , 作 业 处 理 后 井 筒 的 泄 油 半 径 与表 皮 系 数 为 常 数 。 根 据 值 测 定 了 酸 化 压裂 增 产 处 理 (包 括 在 较 大 的 层 段 酸 液 覆 盖 面 积 较 差的 作 业 处 理 ) 的 增 产 效 果 。1 , 泵 注 排 量在 实 施 酸 化 压 裂 工 艺 过 程 中 最 大 限 度 地 提 高 泵注 排 量 会 使 酸 液 具 有 较 深 的 酸 蚀 能 力 。 在 典 型 的 藏 酸 化 压 裂 处 理 中 , 从 泵 注 不 与 地 层 发 生反 应 的 前 置 液 施 工 阶 段 开 始 便 连 续 不 断 地 检 测 泵 注排 量 , 使 井 下 压 力 保 持 大 于 闭 合 压 力 。 显 而 易 见 ,如 果 根 据 率 而 保 持 最 大 的 泵 注 排 量 , 那么 这 种 较 高 的 最 大 泵 注 排 量 会 提 高 井 的产 能 。2 , 酸 液 体 积现 场 施 工 曾 经 观 察 到 , 无 论 采 (下 转 第 18 页 )51    张 芳 : 碳 酸 盐 岩 气 藏 的 酸 化 压 裂 技 术    © 1994 。 裂 缝 高 度 与 温 度 测 井 结 果 相一 致 。八 、 评 论还 有 一 些 问 题 没 有 得 到 解 决 。 例 如 , 导 出 的 闭合 压 力 较 高 于 由 标 准 梯 级 试 验 确 定 的 裂 缝 扩 展 压力 。 该 试 验 揭 示 了 奥 陶 系 砂 岩 的 地 层 应 力 剖 面 。 通常 假 定 的 由 上 部 哥 兰 系 页 岩 可 能 造 成 的 污 染 被 消除 , 井 温 测 井 数 据 显 示 , 这 些 页 岩 不 会 成 为 遮 挡层 , 似 乎 更 容 易 被 压 开 。 由 于 存 在 微 裂 缝 , 用 来 拟合 效 率 的 总 压 缩 系 数 高 于 预 测 数 据 基 础 上 的 估计 值 。九 、 结 论在 田 , 闭 合 压 力 选 择 不 正 确 是 造成 支 撑 剂 充 填 失 败 的 主 要 原 因 。 应 用 F 函 数 闭 合后 分 析 方 法 , 可 从 一 系 列 可 能 数 据 中 确 定 出 唯 一 有效 的 闭 合 压 力 。 使 用 正 确 的 F 函 数 闭 合 压 力 和 用一 致 的 方 法 进 行 历 史 水 力 压 裂 作 业 模 拟 , 使 模 拟 作业 和 油 田 施 工 作 业 相 匹 配 成 为 可 能 。 一 些 作 业 只 能说 是 获 得 相 对 的 成 功 , 是 传 统 的 设 计 方 法 忽 视 了 分析 和 现 场 模 拟 预 测 的 结 果 。资 料 来 源 于 美 国 《 2004 年 3 月(收 稿 日 期   2004 09 15)(上 接 第 15 页 ) 用 酸 液 同 碳 酸 盐 岩 延 迟 反 应 的 工 艺措 施 , 还 是 采 用 降 低 酸 液 向 地 层 中 滤 失 的 工 艺 措施 , 酸 液 类 型 都 曾 对 压 开 裂 缝 的 几 何 形 状 产 生 明 显影 响 。 最 近 , 人 们 已 经 有 了 一 些 认 识 , 即 应 用 黏 弹性 酸 可 以 提 高 压 开 裂 缝 的 导 流 能 力 , 原 因 是 这 种 酸液 可 减 少 残 留 在 地 层 中 的 聚 合 物 残 渣 量 。对 在 藏 应 用 的 三 种 酸 液 类 型 而 言 , 当绘 制 每 单 位 有 效 储 层 厚 度 的 酸 液 体 积 与 系 曲 线 时 可 以 发 现 , 最 佳 的 总 酸 液 体 积 应 当 为1000~ 1500如 果 仅 用 层 内 凝 胶 酸 数 据 绘 制 关系 曲 线 可 知 , 最 佳 的 酸 液 体 积 为 800~ 1200孔 层 段 。 对 乳 化 酸 而 言 , 射 孔 层 段 的 最 佳 酸 液 体 积为 600~ 1000 、 测 井 岩 相 学 与 酸 液 类 型根 据 岩 性 学 类 型 对 每 种 酸 液 的 工 况 特 性 进 行 了评 价 , 这 种 评 价 是 通 过 将 测 井 岩 相 学 同 每 种酸 液 类 型 的 行 比 较 而 进 行 的 。评 价 研 究 的 结 果 表 明 , 在 白 云 岩 相 地 层 中 , 乳化 酸 的 应 用 效 果 是 最 好 的 , 而 这 一 点 则 同 人 们 原 先的 预 想 是 有 区 别 的 。 结 合 早 期 的 研 究 工 作 而 进 行 的实 验 室 试 验 结 果 表 明 , 乳 化 酸 在 方 解 石 岩 层 中 的 应用 效 果 应 当 是 较 好 的 。 这 项 研 究 认 为 , 层 内 凝 胶 酸在 方 解 石 或 方 解 石 / 白 云 岩 地 层 条 件 下 的 应 用 效 果要 优 于 白 云 岩 地 层 条 件 下 的 应 用 效 果 。 甲 酸 系统 显 然 在 方 解 石 地 层 中 的 应 用 效 果 要 优 于 在 白 云 岩或 方 解 石 / 白 云 岩 地 层 中 的 应 用 效 果 。在 绘 制 酸 液 与 系 曲 线 时 可 以 发 现 ,乳 化 酸 在 各 种 不 同 的 岩 相 条 件 下 其 应 用 效 果 差 别 不大 , 而 甲 酸 则 对 方 解 石 的 作 用 明 显 优 于 其 他的 岩 相 。根 据 对 酸 液 返 排 数 据 的 分 析 结 果 进 行 评 价 表明 , 乳 化 酸 会 优 先 溶 蚀 白 云 岩 。 然 而 这 些 数 据 还 表明 , 当 乳 化 酸 优 先 溶 蚀 白 云 岩 时 , 其 较差 的 。 乳 化 酸 具 有 酸 蚀 大 百 分 比 方 解 石 的 特 性 使 其有 利 于 提 高 处 理 气 井 的 产 量 。 岩 相 并 不 会 影 响 层 内凝 胶 酸 和 甲 酸 系 统 的 工 况 特 性 。九 、 结 论1、 显 而 易 见 , 最 大 限 度 地 提 高 泵 注 排 量 会 使处 理 气 井 获 得 较 高 的 投 产 产 量 。2、 乳 化 酸 的 工 况 特 性 优 于 层 内 凝 胶 酸 。3、 乳 化 酸 的 工 况 特 性 取 决 于 酸 液 的 特 性 。4、 甲 酸 混 合 酸 液 在 方 解 石 岩 相 中 应 用 的工 况 特 性 最 佳 。资 料 来 源 于 美 国 《 2004 年 7 月(收 稿 日 期   2004 07 20)81     国 外 油 田 工 程 第 21 卷 第 1 期 (200511)    
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