超深高温碳酸盐岩自生酸深穿透酸压工艺研究与应用

针对塔河油田超深、高温碳酸盐岩油藏酸压改造中,常用胶凝酸酸岩反应速度快、裂缝远端酸蚀导流能力低、无法实现深穿透改造的难题,研究形成了自生酸深穿透酸压工艺。该工艺由自生酸前置液酸压和胶凝酸闭合酸化构成,利用自生酸在高温条件下逐渐生成较高浓度盐酸的特性,对裂缝中远端岩石进行有效刻蚀,实现深穿透改造;低排量下采用普通胶凝酸闭合酸化,提高近井导流能力,实现提高裂缝整体导流能力的目的。现场在TH-1井成功开展了自生酸深穿透酸压工艺试验,增油效果良好,证明了自生酸酸压工艺在高温储层改造中的优越性。     

塔河油田深穿透酸液体系性能研究

针对塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏酸压滤失量大、酸蚀裂缝穿透距离有限等问题,优选出3种适合塔河油田深穿透酸压的工作液体系,即FRK-V180高温胶凝酸体系、KMS-50变黏酸体系和SRGE地面交联酸体系。对3种酸液的黏度、溶蚀率、酸岩反应动力学参数、H＋传质系数、携砂性能及破胶性能等进行了考察,为塔河缝洞型碳酸盐岩储层实现深穿透改造提供技术支持。     

一种高温就地自生酸酸液体系的性能评价

随勘探开发的不断深入,深层和超深层碳酸盐岩油气藏被发现并相继投入开发,逐渐形成的一系列非常规酸液体系面临着酸岩反应速度快、酸蚀作用距离短等难题。本文研发了一种在地层高温条件下缓慢反应生成盐酸的自生酸体系（高聚合度羰基化合物自生酸A剂和铵盐类自生酸B剂按质量比1:1配制而成）,并对其性能进行了评价。自生酸体系反应2 h时,90℃下可产生12.94%的盐酸含量,120℃以上可产生20%左右的盐酸含量,具有良好的生酸能力;自生酸体系的低温稳定性一般,但A、B单剂低温稳定性好,现场施工前建议分开配液、当天使用。耐温实验表明该自生酸体系适用于温度为90~150℃的储层。该自生酸体系酸蚀导流能力优良,酸岩反应速度比胶凝酸体系更缓慢,酸岩反应时间大于2 h,能起到深部酸化的作用,且反应后岩心凹凸不平,可进一步增加裂缝导流能力。     

二氧化碳对塔河油田裂缝性储层酸岩反应的影响研究

为提高塔河油田裂缝性油藏的酸压改造效果,研究了CO2对裂缝性油藏酸岩反应影响的问题。利用自主研制的裂缝性储层酸岩反应仪,基于网状裂缝模型,对考虑CO2影响的不同类型、不同黏度和不同浓度酸液的酸岩反应情况进行了试验评价。试验得出:随着回压增大,酸岩反应产生的CO2转变为超临界态后大量溶于酸液中,酸液流动阻力大幅降低,酸蚀量增大;与胶凝酸及Ⅰ型地面交联酸相比,HCl质量分数为20%的Ⅱ型地面交联酸滤失量小、黏度高,受CO2影响最大,酸岩反应最慢,有利于实现裂缝性储层深穿透酸压的目的。Ⅱ型地面交联酸在YJY井重复酸压中进行了现场试验,与该井应用胶凝酸的首次酸压效果相比,液体效率大幅提高,酸蚀缝缝长大幅增加,压裂后累计产油1.2×104 t,增油效果显著。研究表明,超临界CO2有助于降低酸液流动阻力,提高酸液深穿透能力,提高塔河油田裂缝性储层酸压改造效果。      

深度酸压自生酸酸液体系研究

目前深层、超深层碳酸盐岩储层存在温度高和物性差等特点，常规酸压技术的酸岩反应速率过快，酸蚀裂缝导流能力低，无法实现深部酸压，储层改造效果差。针对此类问题，设计了一种新型自生酸酸液体系，并通过室内评价实验对酸液体系性能进行评价，结果表明自生酸酸液体系可有效实现深度酸压的目的。     

自生酸酸液体系评价实验研究

自生酸也叫潜在酸,可以在地层中发生化学反应就地生酸,且生酸是逐步进行的,使得酸岩反应速度会大大减慢。以高温下能生酸的体系乙酸甲酯(A剂)与氯化铵盐(B剂)为母体调配出一种酯类自生酸,对其性能进行研究表明:当A剂与B剂比例为3:2时,生酸能力最强。这种自生酸在90℃释放出的有效H^+浓度可达3.78 mol/L,在140℃释放出的H^+浓度可达4.26 mol/L,满足对储层的溶蚀要求。这种酸液与地层水及各种工作液体系的配伍性能均较好,对钢片的腐蚀速率小于60 g/(m^2·h),满足酸液施工行业的一级标准。针对此类自生酸,宜采用乙二胺四乙酸二钠对其进行破胶,破胶效果良好。相较于转向酸、交联酸,自生酸形成的酸蚀裂缝导流能力更好。通过对自生酸封堵能力进行测试,发现在18 MPa左右会形成有效封堵。     

富满油田超深碳酸盐岩酸压液体体系优化组合及应用

塔里木油田富满区块储层埋深大，地层温度高，常用的缓释酸面临高温下酸岩反应速度快，存在人造裂缝远端刻蚀性差等问题，严重制约了储层酸压改造效能。文章选取了由两种主要成分构成的自生酸体系，通过相关实验分析了其在不同温度下的生酸能力与低温稳定性，并借助Meyer和FracPT软件对酸压工艺进行了优化模拟。实验结果表明：其在低温下生酸速率慢、稳定性强，而在110℃以上时生酸速率显著加快。同时，自生酸对远井地带的刻蚀效能优于胶凝酸、交联酸与转向酸，结合优化模拟情况，可根据具体井型、井—储关系与储层特征，确定同时适配近中远距离的酸压改造工艺。现场施工实践证明，该酸压改造工艺能够大幅提高地层的导流能力，实现深穿透改造目的，定产时折日产油达624 m³。所选取的自生酸体系对产层的深度酸压改造效果明显，在高温超深井储层酸压改造中具有极大推广潜力。     

高浓度乳化酸体系研究与应用

针对塔河油田碳酸盐岩储层的特性 ,筛选出了适合于酸压作业的乳化酸外相介质、乳化剂 ,确定了具有良好热稳定性和缓速效果的酸液配方 ,形成了相应的乳化酸酸压工艺技术 ,在塔河油田奥陶系储层改造中应用获得了较好的增产效果     

低聚合物加量胶凝剂的研究及在塔河油田中的应用

针对塔河油田碳酸盐岩储层裂缝、孔洞发育、酸液滤失大的特点，完成了稠化剂分子的合成，着重加强了酸液的高温粘度、添加剂的配伍性评价。研究出的低聚合物加量胶凝酸体系，降低酸液滤失，实现酸液缓速和深穿透的目的。现场的酸压施工表明，优化的酸液体系不仅确保了施工的顺利进行，同时也有效地提高了产能。     

顺北油气田超深碳酸盐岩储层深穿透酸压技术

顺北油气田碳酸盐岩储层具有超深、高温和高破裂压力等特点,酸压改造时存在酸蚀裂缝短、导流能力递减快等问题,为此,提出了应用深穿透酸压技术对超深碳酸盐岩储层进行改造的技术思路,并进行了技术攻关研究。合成了酸用稠化剂、高温缓蚀剂,研制了抗高温清洁酸,并进行了酸液非均匀刻蚀导流能力试验,分析了在闭合应力为20～90 MPa时仅注入清洁酸、仅注入胶凝酸和先注入清洁酸再注入胶凝酸3种注酸方式下裂缝的导流能力;同时,研究了酸液非均匀驱替流动机理,优化了非均匀刻蚀酸压工艺参数。研究发现,采用“清洁酸+胶凝酸”组合注入模式,不仅酸蚀裂缝导流能力有较大幅度提高,有效缝长也增加近1倍。超深碳酸盐岩储层深穿透酸压技术在顺北油气田进行了5井次现场试验,酸压施工成功率及有效率均达到100%,酸压后平均日产油107.7 m3,平均酸蚀缝长133.20 m,取得了明显的储层改造效果。研究认为,顺北油气田超深碳酸盐岩储层深穿透酸压技术可极大改善超深碳酸盐岩酸压效果,可为国内类似储层的酸压改造提供借鉴。      

碳酸盐岩油藏高温超深井高导流自支撑酸化压裂技术

针对超深井酸化压裂改造形成的酸蚀裂缝易闭合、导流能力衰减快的问题,合成了新型酸化压裂屏蔽保护剂,并对其自聚性、油溶性、黏附性等关键指标进行了评价。该技术通过对水力裂缝表面非连续的、暂时性屏蔽,阻断酸岩反应,实现酸蚀裂缝由点支撑向面状支撑转变,裂缝有效支撑高度可提高3倍。采用CFD软件模拟优化了屏蔽保护剂颗粒在裂缝中的分布形态,确定了屏蔽保护剂用量、注入排量、携带液种类等工艺参数。该技术在塔河油田高温超深井进行了应用,压裂后效果表明,屏蔽剂在地层温度下黏附性、油溶性达到设计要求,自支撑裂缝的导流能力和有效期明显延长。该技术对提高超深井酸化压裂效果具有重要意义。     

碳酸盐岩储层深度酸压用固体颗粒酸的研制

在采用常规酸液对高温碳酸盐岩储层进行酸化改造时,存在酸岩反应速率快、有效作用距离短和难以实现深部酸化的难题,为此,以磺基酸为心材,以有机磺酸和乙基纤维素复合材料为壁材,采用喷雾干燥工艺固化造粒,研制了一种新型固体颗粒酸。试验评价表明,该固体酸在80～90 ℃温度下可逐步释放出酸液,120 ℃下的完全释放时间为25 min,有效酸质量分数达10.3%以上,反应速率低,可由液体介质携带到裂缝深处。塔河油田THX井应用固体颗粒酸酸化后,日产油量大幅提高。研究表明,固体颗粒酸能有效沟通远端储层,为碳酸盐岩储层高效开发提供了一种新的技术手段。      

耐温抗盐酸液稠化剂TP-17的合成及现场试验

为满足塔河油田托甫台区块缝洞型油藏造长缝、深穿透酸压工艺需求,针对该区块奥陶系地层的高温特点,研制了耐温抗盐酸液稠化剂TP-17。以丙烯酰胺（AM）为主,耐温、抗盐2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸（AMPS）、自制阳离子单体（X）和马来酸酐（MA）为辅进行四元聚合反应,合成了AM/AMPS/X/MA四元共聚物TP-17。研究发现,最佳聚合反应条件为:AM、AMPS和X等3种单体的物质的量之比为5:3:2,这3种单体的总质量分数为30.0%,MA的质量分数为15.0%,引发剂的质量分数为0.4%,反应温度为80℃,螯合剂EDTA的质量浓度为200 mg/L,反应时间为9 h,反应体系的pH值为7。室内研究及现场试验均表明,TP-17是一种耐温、抗盐、抗剪切、酸溶解及配伍性能优良的酸液稠化剂,在塔河油田托甫台区块深层碳酸盐岩油藏酸压改造中获得较好的试验效果。研究认为,TP-17适用于高温缝洞型碳酸盐岩油藏的深部酸压,具有很好的应用前景。      

鱼骨刺柔性管在碳酸盐岩缝洞型油藏应用的数值模拟研究

塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏水平井酸压投产时,存在笼统酸压效果不理想,分段酸压难度大、工具选择困难、裂缝走向难控制等问题,为此,采用数值模拟方法分析了碳酸盐岩缝洞型油藏水平井采用鱼骨刺柔性管完井时的增产效果及经济性。结果表明:鱼骨刺柔性管未连通有效缝洞体时,单井产油量随着鱼骨刺柔性管装置数量增加而增加,但是平均单套装置的增油量呈现先增加后减小的趋势,连通缝洞体概率较低的井建议采用6~10套鱼骨刺柔性管装置进行完井作业;连通单个有效缝洞体时,产油量随缝洞体的体积增大而增加;连通多个缝洞体且缝洞体总体积相同时,累计产油量随着连通缝洞体的数量增加而增大;连通1个以上缝洞体即可取得较好的经济效益。研究结果表明,塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏水平井可以采用鱼骨刺柔性管完井。      

碳酸盐岩裂缝性油藏酸压压降曲线分析

基于径向裂缝模型推导了酸压压降曲线分析模型。考虑了酸液溶蚀的碳酸盐以及酸岩反应生成的二氧化碳对人工裂缝体积的影响,针对裂缝内由二氧化碳、水、氯化钙等物质组成的高压相平衡体系,将二氧化碳真实地处理为超临界状态,其体积由适用于超临界流体的BWR状态方程求解。通过构造G函数、ψ函数可判断储层的滤失特性,确定裂缝闭合点从而得到裂缝的几何尺寸以及滤失系数等参数,进而指导酸压的施工设计和完善酸压工艺。将该方法应用到塔河油田酸压井的压降曲线分析中取得了较好的效果。     

提升高温气井酸压有效缝长方法

为了提高川西地区深层高温气井酸压方案设计的有效性和准确性,建立了考虑酸压过程中井筒—裂缝综合热效应的酸压有效缝长数值计算模型。以区块内的一口预探井栖霞组储层的酸压改造为例,研究了酸压过程中不同的热效应对于酸压有效缝长的影响,并开展了施工参数对于酸压有效缝长的敏感性分析。结果表明：①井筒传热效应会提升缝口酸液温度,加剧近井地带裂缝壁面的酸岩反应,缩减酸压有效缝长;②相同注酸排量条件下,当注酸量达到一定量后,单纯提高酸量对酸压有效缝长的提升有限。相同注液量条件下,提高注酸排量有利于裂缝向深部扩展而降低缝口过度刻蚀,能有效提升酸压有效缝长。基于研究结论,为X1井设计了一套胶凝酸酸压方案,压后测试产量约为地质条件与改造规模相似邻井产量的1.4倍。     

塔河油田碳酸盐岩油藏水平井暂堵分段酸压技术

针对塔河油田裸眼水平井“封隔器+滑套”分段酸压费用高、作业周期长、分段工艺复杂、分段工具可靠性低、工具留井后处理难度大等问题,通过“纤维+颗粒”复合暂堵代替“封隔器+滑套”分段,完成单段酸压后注入“纤维+颗粒”复合段塞,在裂缝端口架桥形成具有一定封堵强度的暂堵层,迫使裂缝从下一段起裂,实现无工具分段酸压。通过室内试验优选出耐温120℃的暂堵纤维,120℃下其在清水及盐酸中2 h的溶解率小于40%,可保证持续暂堵效果,最终溶解率100%,不伤害储层;优化了纤维和颗粒的尺寸及质量分数,质量分数为1.0%～2.0%、长度为6～8 mm的纤维+质量分数为0.5%、直径为1.0 mm的颗粒其暂堵压力大于9 MPa。该技术在塔河油田应用8井次,施工暂堵压力6.6～9.0 MPa,单井改造后产能大幅度提高,施工费用降低,累计增油5.6×104 t。研究结果表明,水平井暂堵分段酸压技术无需分段工具,解决了塔河油田碳酸盐岩水平井酸压工具下入和后期处理困难等问题。      

交联酸携砂压裂工艺在碳酸盐岩储层的应用

近年来,针对碳酸盐岩的储层改造,中外已形成了以深度酸压为主体的各种酸压技术,同时还尝试了加砂压裂改造。在分析酸压和加砂压裂不足的基础上,针对长庆气田下古生界碳酸盐岩储层特点开发了交联酸携砂压裂工艺,交联酸压裂液具有黏度高、滤失低、摩阻低、易泵送、酸岩反应速度慢、造缝效率高、返排容易、流变性好、能携砂等一系列优点,从而实现酸液体系深穿透、提高酸蚀裂缝导流能力、延长压后有效期、提高单井产能的目的。从2006年以来先后运用该技术在靖边气田对碳酸盐岩储层进行交联酸携砂压工艺改造试验,与邻近井的其他施工工艺增产效果相比有一定的优越性。     

胶凝酸对顺北区块奥陶系碳酸盐岩力学特性的影响

从宏观和微观角度研究了压裂现场所用胶凝酸对塔河油田顺北区块奥陶系碳酸盐岩力学特性的影响,从而为目标区块的碳酸盐岩储集层油藏的高效开发提供依据。通过开展胶凝酸处理碳酸盐岩岩样后的微观组构及其力学特性的影响试验结果可知：顺北区块奥陶系碳酸盐岩具高碳酸盐矿物、低石英、少杂质的矿物组分特征;静态酸岩反应后微观矿物晶间距明显增大,矿物中方解石含量由93%减至88%,仍属于高脆性可压裂储集层;不同酸液的静态酸岩反应及其单轴压缩试验可知最佳反应时间为30 min,各物理参数和力学指标劣化效应显著;胶凝酸处理30 min后岩样的密度和纵波速度明显减小,其抗拉抗剪强度明显弱化;胶凝酸作为反应酸液,对碳酸盐岩岩样产生宏观结构的酸蚀和微观孔隙裂隙的损伤,其物理参数和力学指标等均产生了劣化效应,故胶凝酸对碳酸盐岩储集层压裂改造和裂缝扩展具有重要意义。