王 琨，詹 立，周 朗, 馬輝運(yùn)，茍 波,4，周長(zhǎng)林

(1油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué) 2中國(guó)石油西南油氣田公司 3中國(guó)石油西南油氣田分公司工程技術(shù)研究院 4西南石油大學(xué)博士后科研流動(dòng)站)

四川盆地川東地區(qū)燈影組儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育，巖性以粉晶云巖、灰色藻云巖為主，局部夾硅質(zhì)條帶。鉆井過(guò)程中鉆井液在天然裂縫中的大量漏失，導(dǎo)致儲(chǔ)層傷害嚴(yán)重，難以通過(guò)自然投產(chǎn)獲得工業(yè)產(chǎn)能[1-3]。燈影組儲(chǔ)層埋藏深(大于7 500 m)、溫度高(大于160℃)，受井口設(shè)備承壓能力限制，酸化是實(shí)現(xiàn)超深層裂縫性碳酸鹽巖儲(chǔ)層建產(chǎn)、增產(chǎn)的必備手段。

裂縫性儲(chǔ)層解堵酸化目的：解除近井地帶儲(chǔ)層傷害，疏通天然裂縫；同時(shí)實(shí)現(xiàn)酸液深穿透，通過(guò)形成高導(dǎo)流通道(“酸蝕蚓孔”)溝通遠(yuǎn)井儲(chǔ)層，改善儲(chǔ)層滲流能力，提高酸化效果[4]。針對(duì)裂縫性碳酸鹽巖儲(chǔ)層鉆井液傷害機(jī)理及酸化解堵的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)大多數(shù)學(xué)者從儲(chǔ)層保護(hù)角度出發(fā)，研究鉆井液傷害機(jī)理，但并未在傷害之后提出合理的解堵方法[5]，部分學(xué)者在鉆井液傷害后進(jìn)行了酸液解堵配方優(yōu)化[6]，但也未在解堵后對(duì)未傷害區(qū)進(jìn)行增產(chǎn)改造研究。國(guó)外學(xué)者進(jìn)行的裂縫酸化研究大多也是針對(duì)埋藏淺，孔滲好的儲(chǔ)層[7]。因此針對(duì)燈影組儲(chǔ)層特征，認(rèn)識(shí)鉆井液傷害機(jī)理，明確解堵酸化思路十分必要。

本文以白云巖標(biāo)準(zhǔn)小巖心為實(shí)驗(yàn)樣品，通過(guò)人工剖縫的方式模擬天然裂縫。在此基礎(chǔ)之上開(kāi)展了裂縫性儲(chǔ)層的鉆井液傷害與解堵酸化實(shí)驗(yàn)，針對(duì)酸液解堵效果較好的儲(chǔ)層進(jìn)行了注酸參數(shù)優(yōu)化，最終明確了川東地區(qū)燈影組儲(chǔ)層鉆井液傷害的機(jī)理及解堵酸化的工藝和參數(shù)。

一、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)樣品

考慮井下巖心的數(shù)量限制，選用孔隙結(jié)構(gòu)和礦物成分與井下巖心相近的天然露頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，露頭白云石含量為86.1%，石英含量為13.6%；平均孔隙度為3.3%，平均滲透率為0.002 2 mD。酸液為20%高溫膠凝酸和20%低黏空白鹽酸；油基鉆井液密度為1.55 g/cm3，黏度為57 mPa·s，重晶石含量為90.8%，黏土含量為2.3%，方解石含量為6.85%。

2.實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

利用成像測(cè)井資料結(jié)合立方定律[8-10]，設(shè)置裂縫開(kāi)度分別為10 μm、80 μm、200 μm、250 μm；根據(jù)儲(chǔ)層參數(shù)及鉆井參數(shù)，設(shè)置鉆井液傷害溫度為100℃、傷害時(shí)間60 min、傷害壓差為3.8 MPa；考慮實(shí)際酸化過(guò)程中酸液降溫作用，利用天然裂縫溫度場(chǎng)模型，模擬酸化驅(qū)替溫度為100℃。

3.實(shí)驗(yàn)流程及設(shè)備

鉆井液傷害與酸化解堵的實(shí)驗(yàn)步驟如下：①實(shí)驗(yàn)之前將巖心飽和2%KCl溶液24 h；②采用2%KCl溶液反向測(cè)巖心傷害之前的滲透率；③通過(guò)中間容器對(duì)巖心進(jìn)行鉆井液傷害；④采用2%KCl溶液反向測(cè)巖心傷害之后的滲透率；⑤通過(guò)中間容器向巖心驅(qū)替酸液進(jìn)行傷害解堵；⑥采用2%KCl溶液反向測(cè)巖心解堵之后的滲透率；為了減小圍壓變化對(duì)裂縫寬度的影響，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能將巖樣取出；⑦針對(duì)解堵效果好的裂縫，保持裂縫寬度進(jìn)行注酸排量?jī)?yōu)化；⑧以最優(yōu)排量對(duì)解堵效果好的儲(chǔ)層進(jìn)行注酸時(shí)間優(yōu)化。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

1.巖粉及鉆井液的酸液溶蝕效果分析

如表1所示酸液對(duì)巖粉的溶蝕率較高，對(duì)鉆井液的溶蝕率非常低，鉆井液和巖粉按1∶1的比例混合后的溶蝕率小于兩者單獨(dú)溶蝕后的平均值，因此鉆井液的存在降低了酸液對(duì)巖粉的溶蝕效果。

表1 巖粉及鉆井液酸液溶蝕結(jié)果

2.不同縫寬的裂縫性儲(chǔ)層鉆井液傷害機(jī)理與解堵效果分析

如表2所示，對(duì)于裂縫性儲(chǔ)層，當(dāng)縫寬為10 μm時(shí)，鉆井液累積濾失0.4 mL，濾失速率為0.04 mL/min，鉆井液不能進(jìn)入裂縫中部，傷害主要集中在裂縫端面，鉆井液傷害率為34.58%，傷害程度小。當(dāng)縫寬為80 μm時(shí)，鉆井液累積濾失0.6 mL，濾失速率為0.06 mL/min，鉆井液傷害主要集中在裂縫端面，鉆井液傷害率為56.75%，傷害較嚴(yán)重。當(dāng)縫寬為200 μm時(shí)，鉆井液完全貫穿裂縫傷害整個(gè)裂縫壁面，鉆井液漏失6 mL，漏失速率為0.2 mL/min，之后基本無(wú)鉆井液濾失，鉆井液傷害率為96.53%，傷害非常嚴(yán)重。當(dāng)縫寬為250 μm時(shí)，鉆井液很快的完全貫穿裂縫傷害整個(gè)裂縫壁面，鉆井液漏失30 mL，漏失速率達(dá)4.29 mL/min，之后基本無(wú)鉆井液濾失，鉆井液傷害率為90%，鉆井液傷害非常嚴(yán)重。因此，對(duì)于燈影組裂縫性儲(chǔ)層，隨著縫寬的增加，鉆井液漏失速率增加，鉆井液傷害程度先增加后減小，當(dāng)裂縫寬度為200 μm時(shí)，鉆井液傷害程度最嚴(yán)重。

表2 鉆井液漏失體積、漏失速率及鉆井液傷害程度隨裂縫寬度的變化

采用100 mL不同類型的酸液對(duì)鉆井液傷害后的巖心進(jìn)行酸化解堵，如表3所示，當(dāng)縫寬為10 μm時(shí)，在鉆井液傷害后分別采用膠凝酸和低黏空白鹽酸酸化，膠凝酸和低黏空白鹽酸均不能通過(guò)裂縫，酸巖反應(yīng)主要集中在裂縫端面，裂縫入口處鉆井液濾餅刻蝕嚴(yán)重，酸化后反向測(cè)滲透率時(shí)有殘?jiān)懦?，滲透率均出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，解堵效果差。經(jīng)分析，由于巖樣石英含量較高，裂縫較窄，酸巖反應(yīng)后產(chǎn)生的殘?jiān)傲芽p端面脫落的石英堵塞縫口導(dǎo)致滲透率下降。當(dāng)縫寬為80 μm時(shí)，鉆井液傷害后膠凝酸能完全貫穿裂縫，酸化后在裂縫表面形成高導(dǎo)流通道的酸蝕蚓孔，滲透率恢復(fù)率達(dá)507%，解堵效果非常好。當(dāng)縫寬為200 μm時(shí)，鉆井液傷害后膠凝酸能完全貫穿裂縫，但是一方面由于鉆井液覆蓋了整個(gè)裂縫壁面并且鉆井液的酸液溶蝕率非常低，阻礙了酸巖反應(yīng)；另一方面由于巖樣石英含量較高，部分反應(yīng)后脫落的石英顆粒堵塞了裂縫，因此解堵后滲透率恢復(fù)率僅為9.90%，解堵效果非常差。當(dāng)縫寬為250 μm時(shí)，膠凝酸能完全貫穿裂縫，鉆井液雖然覆蓋整個(gè)裂縫壁面，但傷害程度略低于200 μm縫寬的裂縫，因此酸化效果有明顯提升，滲透率恢復(fù)率達(dá)38.60%，酸化效果一般。

表3 酸液突破體積、裂縫滲透率恢復(fù)率隨裂縫寬度的變化

3.注酸工藝參數(shù)優(yōu)化模擬分析

如圖1～圖3所示，針對(duì)鉆井液傷害后解堵酸化效果好的裂縫性儲(chǔ)層，對(duì)其未傷害區(qū)進(jìn)行注酸工藝參數(shù)優(yōu)化。當(dāng)注酸排量為10 mL/min時(shí)，酸液突破孔隙體積倍數(shù)為54，酸化能形成明顯的酸蝕蚓孔；但是注酸排量較小，巖樣石英含量高，酸巖反應(yīng)后脫落的石英及產(chǎn)生的酸液殘?jiān)荒鼙慌懦隽芽p，因此堵塞裂縫出口端導(dǎo)致滲透率下降。當(dāng)注酸排量為20 mL/min時(shí)，酸液突破孔隙體積倍數(shù)為42，酸化后滲透率提高5.76倍。當(dāng)排量為40 mL/min時(shí)，酸液突破孔隙體積倍數(shù)為44，酸化后滲透率提高7.07倍。因此實(shí)驗(yàn)室最佳注入排量為25～30 mL/min[10-11]，根據(jù)井口限壓條件，預(yù)測(cè)不同延伸壓力梯度和排量下的施工泵壓[12]，并結(jié)合流速相似準(zhǔn)則[13]，最終優(yōu)化出燈影組儲(chǔ)層最大排量可達(dá)4 m3/min左右。

圖1 不同排量下的突破孔隙體積數(shù)

圖2 不同排量下酸化前后滲透率變化

圖3 不同注酸排量下裂縫表面刻蝕形態(tài)

以30 mL/min的排量，對(duì)縫寬為80 μm的裂縫進(jìn)行注酸時(shí)間優(yōu)化，如圖4所示，酸化60 min后滲透率提高106倍，酸化效果最好。如圖5～圖6所示，隨著酸化時(shí)間的增加，裂縫表面刻蝕越嚴(yán)重，酸化30 min和酸化60 min后主要形成酸蝕蚓孔，酸化90 min后主要造成裂縫表面“凸起”變平，“下凹”加深，沒(méi)有明顯的酸蝕蚓孔產(chǎn)生，因此滲透率提高倍比不如前兩者。

圖4 不同注酸時(shí)間下的滲透率提高倍比

圖5 不同注酸時(shí)間下巖板表面下降程度

圖6 不同注酸時(shí)間下裂縫表面刻蝕形態(tài)

三、結(jié)論與建議

(1)隨著裂縫寬度的增加，鉆井液傷害程度先增加后減小，縫寬為200 μm時(shí)鉆井液傷害最嚴(yán)重，傷害程度達(dá)96.54%。當(dāng)縫寬小于80 μm時(shí)，鉆井液不能進(jìn)入裂縫，傷害主要集中裂縫入口端，形成鉆井液濾餅；當(dāng)縫寬大于80 μm時(shí)，鉆井液能完全貫穿裂縫，傷害整個(gè)裂縫壁面。

(2)當(dāng)裂縫寬度為10 μm時(shí)，兩種酸液均不能進(jìn)入裂縫，酸化效果均較差，因此工程上在考慮施工限壓的條件下，應(yīng)盡可能提高排量增加縫寬，提高酸化效果。當(dāng)裂縫寬度為80 μm時(shí)，膠凝酸能突破傷害帶在鉆井液未傷害區(qū)形成高導(dǎo)流的滲透通道，因此采用膠凝酸解堵能使?jié)B透率恢復(fù)至507%。當(dāng)裂縫寬度為200 μm和250 μm時(shí)，鉆井液完全覆蓋在整個(gè)裂縫面上并且酸液溶蝕率很低，阻礙了酸巖反應(yīng)，建議采用復(fù)合解堵酸化工藝，解除裂縫面鉆井液濾餅后，再用膠凝酸酸化實(shí)現(xiàn)對(duì)未傷害區(qū)的增產(chǎn)改造。

(3)對(duì)于燈影組儲(chǔ)層，當(dāng)裂縫寬度為80 μm時(shí)，最佳注酸排量為4 m3/min，最佳注酸時(shí)間為60 min。