酸化压裂的研究现状分析和在现场中的应用

【前言】酸化压裂的研究现状分析和在现场中的应用由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。0引言 酸化压裂是目前国内外油田碳酸盐油藏开发中所广泛采用的一项增产增注措施和重要的完井手段。用酸液作为压裂液实施不加支撑剂的压裂称为酸化压裂。酸化压裂过程中一方面靠水力作用形成裂缝,另一方面靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面,停泵卸压后...

摘要:针对目前酸化压裂技术研究现状以及在油田现场中的应用,本文主要介绍了使用更为常见而且有效的几种技术①常规酸压工艺②前置液酸压工艺③特性酸深度酸压④高导流裂缝酸压⑤复合酸压等,不同的储层条件下各种技术的处理效果又有所不同,因此,合理的使用适合特定油田条件的酸压技术将取得更好的效果,本文的研究成果将对油田现场实际应用具有很强的指导意义。

Abstract: In view of the research status of Acid Fracturing and the application of it in the oil field,this papper describles the use of severalcommon and effective technique①Conventional acid fracturing technology②Lead acid fracturing fluid technology③Deeply acid fracturing with special acid④High diversion crack acidizing⑤Complex acid fracturing .All kinds of technology have different effect in different reservoir conditions,therefore,the reasonable use of acid fracturing technology which is suitable for some special oil field conditions will achieve better results.The results of this study will be of great guiding significance for the practical application in the oil field.

关键词: 酸化压裂;工艺机理;应用

Key words: acid fracturing;principle of technology;application

中图分类号:TE344 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)14-0146-02

0引言

酸化压裂是目前国内外油田碳酸盐油藏开发中所广泛采用的一项增产增注措施和重要的完井手段。用酸液作为压裂液实施不加支撑剂的压裂称为酸化压裂。酸化压裂过程中一方面靠水力作用形成裂缝,另一方面靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面,停泵卸压后,裂缝壁面不能完全闭合,具有较高的导流能力,可提高地层渗透性,改善地层特性,最终达到使油藏增产的目的。酸化压裂的效果体现在产生裂缝的有效长度和导流能力,一般有效的裂缝长度是受酸液的滤失特性、酸岩反映速度及裂缝内的流速控制的,导流能力取决于酸液对地层岩石矿物的溶解量以及不均匀刻蚀的程度。由于储层矿物分布的非均质性和裂缝内酸浓度的变化,导致酸液对裂缝壁面的溶解也是非均质性的,因此酸压后能保持较高的裂缝导流能力。

1各种酸化压裂工作机理及应用

1.1 常规酸压普通酸压包括常规酸化和常规酸压两种,是指直接以普通酸液(盐酸)作为压裂液或酸岩反应液对地层进行酸压处理的工艺技术[1]。目的在于实现近井地带的污染解堵或形成小规模的酸蚀裂缝,主要是改善近井带地层的导流能力。适用于整个碳酸盐岩地层及少数砂岩储层。常规酸压是指以普通盐酸液作为压裂液,常用酸质量分数在15%~28%,在井底施工压力大于地层岩石破裂压力或大于天然裂缝闭合压力的条件下,在裂缝张开的状态下将酸液注入裂缝,酸液溶蚀裂缝壁面,形成一条或多条壁面不规则的酸蚀裂缝,以提高储层渗流能力。常规酸压的特点是酸液滤失严重,酸岩反映速度快,有效酸蚀作用距离较短,一般15~30m,适用于孔隙型和裂缝孔隙型低渗碳酸盐岩储层。其增产机理是在地层中形成高导流能力的酸蚀裂缝,使流体的流动方向由径向流改为两个线性流,从而减小流体流动阻力。常规酸化和常规酸压对地层的改造程度比较有限,只能解决近井地带的储层污染或形成不足30m的小规模裂缝。

1.2 前置液酸压工艺前置液酸压工艺是指高粘非反应性前置液压开地层,形成动态裂缝,然后注入酸液溶蚀裂缝的工艺技术。对于高温储层,酸液与岩石(简称酸岩)反应速率快,有效缝长的获得较为困难,这需要酸液体系在高温下具有优良的缓速性能,同时应选择合适的工艺,这是低渗高温深井酸化改造成功的关键[2]。采用前置液酸压技术,前置液能降低储层温度,降低酸岩反应速度。所选酸液应具有优良缓速性能,能有效控制酸岩反应速率,提高裂缝穿透深度。前置液酸压的作用机理:前置液压开并进入裂缝,降低裂缝壁面的温度,并在裂缝壁面形成滤饼,降低后续酸液的滤失量;后续酸液的粘度远小于前置液的粘度,流动过程形成粘性指进,从而延缓与裂缝壁面的反映速度和滤失速度,达到酸液深穿透的目的。为实现粘性指进酸压,要求前置液和酸液的粘度比至少要达到150∶1,现场适用的高粘前置液一般有:胶凝水(香豆胶或改性胍胶)、水外相乳状液和油外相乳状液等,普通酸液以无机酸(盐酸)为主,酸液质量分数15%~28%。前置液与酸液的用量比一般在1∶1~1∶3之间。有效酸蚀缝长一般为17~50m。对前置液酸压的补充是多级交替注入酸压工艺,多级交替注入酸压工艺[3]是指将数段前置液和酸液交替注入地层进行酸压施工。多级注入酸压造成对地层的多次降温和多次形成滤饼,使后一次注入的酸液比前一次滤失速度明显降低;同时酸液在前置液中多次形成粘性指进,形成更大规模和更高导流能力的裂缝。

1.3 特种酸的深度酸压由于普通盐酸酸液在酸压过程中滤失严重,难以形成深穿透酸蚀裂缝。为满足地层特性和施工需要,以普通盐酸为反应酸,发展了具有不同性质的酸液体系,包括稠化酸、乳化酸、固体酸酸压、活性酸和变粘酸。

1.3.1 稠化酸酸压稠化酸是指在酸液体系中加入非交联的酸用稠化剂以提高酸液粘度的酸液体系[4]。稠化酸的最佳入地粘度为30~40mPa・s。稠化酸摩阻较小,一般为清水的60%。在稠化酸中若加入降阻剂,摩阻可降到清水的30%~40%。其作用机理是降滤失和缓速,属于后期滤失控制。酸蚀缝长20~50m。稠化酸一般适用于中高渗储层,在低渗及返排困难的储层使用稠化酸要慎重。国内主要在四川、长庆和塔河进行了现场实验和应用,取得了较好的增产效果。

1.3.2 乳化酸酸压乳化酸通常是指油和酸液两种不相容的液体按适当比例(通常为30∶70)混合,在乳化剂的作用下混配而成的邮包酸乳化液[5]。其作用机理是利用乳化酸的高粘度和外相油的阻碍作用延迟酸液与裂缝壁面的接触,延迟酸岩反映速度,使酸液的滤失时间推后,从而使整个施工过程中的液体平均滤失量降低。其优点是滤失量小,缓速性能好,能进入地层深部;缺点是施工摩阻较高,较普通酸高20%,造成酸压施工压力高,排量低。国外在大型重复酸压中使用乳化酸较多。国内塔河油田发展了低摩阻乳化酸,实现了乳化酸大排量(达到4m3/min)、高泵压、深穿透酸压目的,有效酸蚀缝长可达150m,在现场获得了较成功应用。乳化酸酸压适用于深层低渗碳酸盐岩储层。

1.3.3 固体酸酸压固体酸酸压技术,首先将酸固化成颗粒,然后用非反应性流体携带固体酸颗粒压破地层后进入裂缝[6]。随着裂缝的延伸,固体酸颗粒沉降或悬浮于裂缝中。待固体酸颗粒泵注完毕后,再注入释放液。固体酸与释放液接触后,溶解并电离出大量的H+与裂缝壁面的岩石发生反应,进而造成裂缝壁面的非均匀刻蚀。当裂缝闭合后,具有很高的渗透能力,而且其有效作用距离可与水力压裂相当,这在常规酸压中几乎是不可能的。通过固体酸酸压扩大了油气水的渗滤面积,故油气可畅流入井,从而达到增产的目的。由于固体酸酸压工艺酸蚀后的裂缝具有较高的导流能力,特别是大大地增加了酸蚀裂缝长度,因此固体酸酸压在现场的应用有着非常广阔的前景。

1.3.4 活性酸酸压活性酸又称为化学缓速酸,是指在酸液中加入表面活性剂或加入使酸岩反应生成的CO2形成稳定泡沫的表面活性剂而构成的酸液体系[4]。其作用机理为表面活性剂吸附在地层裂缝壁面,延缓酸岩反应速度;或者是表面活性剂使酸岩反应生成的CO2形成稳定泡沫,在裂缝壁面上产生隔离层,延缓壁面与酸的反应。其缺点是控制滤失较差,主要适合酸岩反应速度受表面控制的低温白云岩地层,与多级交替注入技术相结合可应用于中温白云岩储层。未见该技术现场应用的报道。

1.3.5 变粘酸酸压变粘酸又称为滤失控制酸,国内也称为高效酸,是指在酸液中加入一种合成聚合物,能在地层中形成交联胶凝剂增加粘度,在酸液消耗为残酸后能自动破胶降粘的酸液体系[7]。其作用机理为:随着酸液在地层中的反应,pH值升高,液体交联,酸液由线性流体变为粘弹性冻胶,粘度瞬间升至1000mPa・s左右,有效阻止酸液向孔洞和天然裂缝内滤失,从而增加酸蚀裂缝的长度;随pH值的继续升高,酸液破胶降解,液体又恢复到线性流体,粘度下降,有利于残酸返排。变粘酸具有良好的降滤失性能,粘温性能稳定且残酸粘度较低,但对硫化氢(H2S)较敏感。变粘酸最高适用温度是150℃适用的储层包括高渗层、低压层、渗透率不高但滤失严重的地层或长裸眼段井。在美国的现场试验效果表明:变粘酸对温度较高地层更具有滤失控制作用,对实施大型重复酸压改造效果更为明显。20世纪90年代末,国内四川石油管理局引进了该技术,成功解决了长期以来严重影响酸压效果的酸液滤失问题。

1.4 复合酸压对于主要表现在埋藏深、储层非均质性严重和基质含油性差的深层碳酸盐岩储层,靠单一的酸压工艺或酸液体系难以获得理想的效果,所以逐步把多种单一酸压技术集成为复合酸压技术,在现场(我国大部分)应用中取得了很好的效果[8]。

2结论

目前,酸化压裂技术对碳酸盐岩油气田增储上产起到了重要作用。针对特殊岩性的复杂油气藏,酸液体系已由单一型向复合型发展,已经逐步成为降滤失、缓速、缓蚀、降阻和助排的多功能酸液体系酸液的注入工艺已发展为不同酸液体系的交替单级注入或多级交替注入,在深井碳酸盐岩储层能同时实现裂缝的深穿透和高导流能力;为满足深层储层酸压的需要,发展了不同体系和技术组成的复合酸压技术。复合酸压技术的应用大大提高了酸蚀裂缝的规模和导流能力,能够满足复杂岩心特殊油气藏储层增产改造的需要。另外对于砂岩储层的酸压也取得了不错的增产效果,但其机理研究还需进一步深入。

参考文献:

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[3]王公江等.缓速酸多级酸压闭合酸化增注工艺研究及应用[J].石油规划设计,2004,15(3):44-45.

[4]李月丽,宋毅,伊向艺等.酸化压裂:历史、现状和对未来的展望[J].国外油田工程,2008,24(8).

[5]于学忠.乳化酸酸压工艺技术在塔河油田的应用[J].石油钻探技术,2002,30(3).

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[7]徐永高等.长庆气田变粘酸酸压工艺的研究与应用[J] 天然气工业,2005,25(4).

[8]蔡宝中.碳酸盐岩储层复合酸化压裂技术研究[J].西安石油大学,2006.