張宸，宋愛莉，高雙，陳慶棟

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司（天津 300452）

0 引言

隨著增產(chǎn)技術(shù)發(fā)展，越來越多的碳酸鹽巖儲層得到開發(fā)。酸壓作為碳酸鹽巖儲層中最常見的增產(chǎn)措施手段[1-2]，已經(jīng)逐步成為碳酸鹽巖儲層勘探開發(fā)和探明儲量中最重要的手段之一。

臨興區(qū)塊是中海油的陸地區(qū)塊之一，以致密氣、頁巖氣、煤層氣開發(fā)為主，近年來鉆遇了奧陶系馬家溝組，經(jīng)巖性分析為碳酸鹽巖，測井解釋結(jié)果顯示此層組賦存有天然氣。該儲層與國內(nèi)常規(guī)碳酸鹽巖儲層有所區(qū)別，巖性為白云巖，并且具有埋藏淺、溫度低、滲透率低、天然裂縫發(fā)育等特征，儲層埋深2 000～2 500 m，溫度50～60 ℃。此類儲層采取酸壓工藝需形成更長的酸蝕裂縫以達(dá)到儲層開發(fā)的目的。多級注入酸壓工藝是目前國內(nèi)外常用的增加酸蝕縫長的酸壓工藝技術(shù)之一，在大牛地氣田、普光氣田、安岳氣田等均有應(yīng)用，但各氣田地質(zhì)條件與臨興區(qū)塊儲層有所差別，臨興區(qū)塊未開展過相關(guān)理論、實驗研究工作。

1 多級注入酸壓工藝原理

酸壓開發(fā)初期，由于常規(guī)酸造縫能力較差，因此普遍采用黏度較大的凍膠壓裂液作為前置液進(jìn)行酸壓，通過前置液壓開儲層，形成一定規(guī)模的裂縫，在裂縫開啟后注入未交聯(lián)的黏度較低的酸液，溶蝕儲層，形成酸蝕裂縫。在此基礎(chǔ)上，多級注入酸壓工藝技術(shù)得到發(fā)展[3]，通過高低黏度液體交替注入地層，可以有效減少酸液濾失，多次指進(jìn)有效延長酸液作用距離，增加酸蝕裂縫長度，提高儲層改造效果。

壓裂液為凍膠，黏度與未交聯(lián)酸液存在較大的差異，由于兩相黏度的差異，低黏酸液在裂縫內(nèi)部會呈分散液束形式向前推進(jìn)，形成指進(jìn)現(xiàn)象，可以有效增加酸壓改造效果。但在施工過程中，前置液由于黏度較高，在裂縫表面形成濾餅，但通過分析，酸壓中前置液形成的濾餅無法有效降低酸液濾失，酸與濾餅接觸后，前置液迅速破膠，酸液突破濾餅，沿裂縫壁面形成酸蝕蚓孔，大量酸液浪費。

2 多級注入酸壓工藝工作液體系選擇

多級注入注入酸壓工藝用于碳酸鹽巖儲層酸壓，可以有效增加酸蝕縫長。國內(nèi)碳酸鹽巖儲層溫度大多數(shù)高于90 ℃，常用的工作液體系與臨興馬家溝組地質(zhì)特征不符，因此對工作液體系進(jìn)行研究優(yōu)選。

交替注入酸壓工藝液體由前置液體系及酸液體系組成，其中前置液體系用于壓開儲層形成裂縫，酸液體系用于溶蝕裂縫壁面形成非均勻刻蝕溝槽，建立油氣流動通道，因此分別對前置液體系及酸液體系進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 前置液體系

前置液選擇胍膠體系，與儲層碳酸鹽巖不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，前置液壓開儲層后在裂縫內(nèi)延伸，并在裂縫壁面形成濾餅。濾餅的形成可以有效降低酸液與儲層的接觸面積，防止形成過大的酸蝕蚓孔造成酸液大量濾失。當(dāng)酸液延伸至一定距離后，裂縫遠(yuǎn)端開啟程度較低，近井地帶濾餅與酸接觸后遭到破壞，無法形成更長的酸蝕裂縫，此時泵送下一級前置液，覆蓋前一階段酸液刻蝕酸蝕蚓孔，防止酸液濾失，并繼續(xù)開啟裂縫增加縫長，繼續(xù)注入酸液，多次交替增加酸蝕作用距離[6]。

1）壓裂響應(yīng)因素。酸壓施工過程中，施工壓力曲線一般隨排量及地層狀況變化而變化，若地層為縫洞型儲層，施工過程中裂縫溝通縫洞單元后會形成濾失，壓力曲線降低，低黏壓裂液可以較快地形成壓力曲線變化，因此低黏壓裂液更適用于縫洞型碳酸鹽巖儲層，但低黏前置液形成濾餅?zāi)芰^差，無法有效降低酸巖反應(yīng)速率，而臨興馬家溝組儲層縫洞不發(fā)育，天然裂縫發(fā)育，因此考慮壓裂響應(yīng)因素，選擇高黏前置液體系。

2）裂縫形態(tài)因素。交替注入酸壓工藝的目的在于增加酸蝕裂縫縫長，工作液的高低黏度差使液體在儲層中呈現(xiàn)指進(jìn)現(xiàn)象，大幅度增加酸蝕裂縫縫長，而臨興馬家溝組儲層溫度較低，高黏交聯(lián)酸體系在低溫條件下破膠困難，增加返排難度，因此選擇高黏前置液+低黏酸液的工作液體系可以有效增加酸蝕裂縫縫長及酸蝕裂縫導(dǎo)流能力，提高改造效果。

3）黏度差因素。通過分析研究，不同液體在黏度有所差異時會以指進(jìn)形式推進(jìn)，黏度比是其中最關(guān)鍵因素，據(jù)國內(nèi)外有關(guān)研究結(jié)果表明，當(dāng)黏度比為50∶1 時，指進(jìn)效果最佳，因此前置液選擇應(yīng)為高黏前置液[7]。

綜上所述，高黏前置液可以有效增加酸蝕裂縫縫長，而前置液與酸液黏度比為50∶1 最佳，因此選擇前置液體系黏度為250～300 mPa·s。

2.2 酸液體系

酸液體系溶蝕儲層內(nèi)碳酸鹽巖，是酸壓改造成功與否的決定性工作液體系，因此酸液體系的優(yōu)化主要為鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)及黏度優(yōu)化。

2.2.1 鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)

鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響酸壓工藝成功率的一項重要因素，在溶蝕率一定的情況下，在鹽酸非過量的情況下，應(yīng)盡量加大鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。臨興區(qū)塊馬家溝組儲層巖心，選用鹽酸對臨興區(qū)塊馬家溝組巖心進(jìn)行溶蝕實驗，結(jié)果見表1。

從實驗結(jié)果來看，臨興馬家溝組評價巖心溶蝕率為70.8%，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽酸可以提高溶蝕率。因此，選擇高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽酸，結(jié)合臨興區(qū)塊酸壓經(jīng)驗及臨興儲層特征，酸液體系鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇25%。

表1 巖心溶蝕實驗結(jié)果

2.2.2 酸液黏度優(yōu)化

稠化劑含量可影響酸液體系黏度，酸液黏度的選擇直接影響酸蝕裂縫形態(tài)，因此酸液體系的黏度是酸液體系選擇最主要的影響因素。

1）稠化劑可以增加液體黏度，具有降低酸液體系的酸巖反應(yīng)速率的作用，稠化劑加量越高，酸巖反應(yīng)速率降低效果越明顯，而臨興馬家溝組儲層溫度低，巖性為白云巖，酸巖反應(yīng)速率相對較低，因此無需大幅度增加酸液黏度，低黏度酸液體系可以滿足臨興區(qū)塊酸壓要求。

2）前置液黏度選擇250～300 mPa·s，而工作液體系黏度比為50∶1時指進(jìn)效果最佳，因此選擇酸液黏度為5～6 mPa·s。

2.2.3 綜合性能

酸液體系中需添加助劑保證施工設(shè)備安全，如緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑、助排劑等助劑，在滿足技術(shù)指標(biāo)要求的前提下，對酸蝕裂縫長度影響較小，優(yōu)化鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)及酸液黏度后酸液體系整體性能見表2。

表2 酸液體系綜合性能

3 多級注入酸壓工藝優(yōu)化

根據(jù)多級注入酸壓工藝特點及施工效果，結(jié)合臨興區(qū)塊馬家溝組儲層特征，以優(yōu)選的工作液體系作為液體性能主要參數(shù)，采用酸壓模擬軟件根據(jù)不同工況進(jìn)行多級注入模擬優(yōu)化[8]。通過4 個因素的變量優(yōu)化多級注入工藝：各級前置液與酸液用量比例、酸液用量、注入級數(shù)、各級工作液用量[9-10]。

3.1 前置液與酸液比例

多級注入酸壓工藝中工作液體系為多段注入，因此每級注入過程中工作液比例對酸蝕裂縫形態(tài)會造成影響。注入級數(shù)固定、工作液用量固定條件下，采取前置液與酸液比例4∶1～1∶4進(jìn)行模擬計算。

由圖1可知，在前置液比例較小時，酸蝕縫長較小，這是由于前置液量低，酸液濾失量較大，無法形成有效酸蝕縫長；前置液比例過大時，酸液含量較小，雖然形成較大規(guī)模的裂縫，但由于酸液量少，儲層內(nèi)刻蝕效果較差，施工結(jié)束后，裂縫閉合，由于無支撐劑充填裂縫，僅酸液溶蝕部分形成有效酸蝕裂縫；通過模擬分析，對于臨興區(qū)塊馬家溝組儲層，前置液與酸液比例為0.8∶1時，形成的酸蝕裂縫最優(yōu)。

圖1 前置液與酸液不同比例下酸蝕縫長

3.2 酸液用量

前置液與酸液比例確定后，酸液用量可以折算出總工作液用量，酸液用量會影響形成的酸蝕裂縫形態(tài)，在其他工藝參數(shù)一致的條件下，對不同酸液用量形成的酸蝕裂縫形態(tài)進(jìn)行模擬。

通過圖2可以看出，酸液用量越大，酸壓改造形成的縫長越長，導(dǎo)流能力越高，但達(dá)到一臨界值后，酸蝕縫長及導(dǎo)流能力增加趨勢均有所減緩，結(jié)合臨興馬家溝組儲層地質(zhì)特征，臨界值為250～300 m3，因此綜合考慮，最優(yōu)酸液用量為250～300 m3。

圖2 不同酸液用量下酸蝕裂縫形態(tài)

3.3 注入級數(shù)

多級注入酸壓工藝的核心是具有黏度差的工作液的交替注入，級數(shù)是影響酸蝕裂縫形態(tài)的主要影響因素，在相同酸液用量、相同工作液比例條件下對交替級數(shù)1～8 級進(jìn)行模擬（1 級為前置液酸壓，不交替）。

由圖3 可知，對比酸蝕裂縫縫長及導(dǎo)流能力可知，級數(shù)越多，形成的縫長越長，而導(dǎo)流能力基本一致，交替級數(shù)達(dá)到3～4級前縫長增長明顯，繼續(xù)增加級數(shù)，縫長變化不明顯，結(jié)合臨興區(qū)塊馬家溝組儲存特征，級數(shù)選擇為3～4級。

圖3 不同注入級數(shù)下酸蝕裂縫形態(tài)

3.4 各級工作液用量

根據(jù)以上優(yōu)化結(jié)果，優(yōu)化后的前置液酸液比例為0.8:1，酸液用量為250～300 m3，注入級數(shù)為3～4級。各級工作液用量的不同會影響酸蝕裂縫形態(tài)，以300 m3酸液用量，3 級注入為基礎(chǔ)，設(shè)計3 種各級工作液用量規(guī)模，分別為各級由少到多、平均、由多到少，即：①第一級80 m3+第二級100 m3+第三級120 m3的酸液用量；②第一級100 m3+第二級100 m3+第三級100 m3酸液用量；③第一級120 m3+第二級100 m3+第三級80 m3的酸液用量3種施工模式進(jìn)行模擬。

通過圖4、圖5可以看出，各級工作液用量不同，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力基本一致，但由少到多形成的酸蝕裂縫縫長最優(yōu)，是由于施工中后一級交替注入過程中前置液需在現(xiàn)有裂縫形態(tài)下對裂縫進(jìn)行延伸，若前置液用量與前一階段一致或減少，前置液覆蓋現(xiàn)有裂縫后剩余量無法對裂縫形成有效擴(kuò)展，因此各級工作液用量由少到多的工藝效果最優(yōu)。

圖4 不同各級工作液用量下酸蝕裂縫縫長

圖5 不同各級工作液用量下酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

4 現(xiàn)場應(yīng)用

2018 年12 月對臨興區(qū)塊LX-Y 井進(jìn)行了多級注入酸壓工藝，見表3。

表3 LX-Y井多級注入酸壓施工工序

根據(jù)LX-Y井儲層埋藏淺、溫度低、滲透率低的儲層特征，結(jié)合多級注入酸壓工藝模擬參數(shù)，選取前置液與酸液比例0.8∶1；酸液用量300 m3；注入級數(shù)3 級的工藝進(jìn)行施工，施工共高黏前置液251.66 m3，低黏酸液317.45 m3，采用三級注入酸壓工藝，施工過程順利，多級注入酸壓工藝成功應(yīng)用。

根據(jù)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，本次施工單翼酸蝕縫長118.5 m，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力44.9 μm2·cm，施工后液體返排率68.9%；前期LX-X 井常規(guī)酸壓施工，酸蝕縫長90.1 m，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力31.2 μm2·cm，施工后液體返排率47.3%。對比酸蝕縫長增加31.5%，酸蝕裂縫導(dǎo)流能力增加43.9%，返排率增加22.7%。

可以看出，對于臨興區(qū)塊淺層馬家溝組碳酸鹽巖儲層，對比常規(guī)酸壓工藝，多級注入酸壓工藝可大幅度提升儲層改造效果。

5 結(jié)論

1）多級注入酸壓工藝由前置液酸壓發(fā)展而來，交替注入低黏酸液與高黏前置液，多次減緩酸液與近井地帶裂縫酸巖反應(yīng)速率，延長酸液作用距離，有效增加酸壓改造效果。

2）根據(jù)臨興區(qū)塊馬家溝組儲層地質(zhì)特征，選擇高黏前置液+低黏酸液交替注入的酸壓工藝，優(yōu)選前置液黏度250～300 mPa·s，酸液黏度5～6 mPa·s。

3）對馬家溝組儲層進(jìn)行模擬，適合該地區(qū)的多級注入復(fù)合酸壓工藝為前置液與酸液比例0.8∶1；酸液用量250～300 m3；注入級數(shù)3～4級；各級工作液用量由少到多。

4）實踐證明，多級注入酸壓工藝更適用于臨興區(qū)塊馬家溝組淺層碳酸鹽巖儲層改造。