高含硫氣藏水平井暫堵分流酸化技術(shù)研究及應(yīng)用

1、2014 年全 國 天然氣 學 術(shù)年會 高含硫氣藏水平井暫堵分流酸化技術(shù)研究及應(yīng)用鐘森 丁咚 王興文 黃禹忠 付育武（中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院）摘要：元壩海相長興組氣藏埋藏超深、溫度高、水平井襯管完井，實現(xiàn)長井段均勻酸化極為困難，本文研制了可降解有機纖維暫堵劑，采用高粘壓裂液作輸送介質(zhì)，對裂縫或高滲儲層進行暫堵，促使酸液分流。 優(yōu)化設(shè)計井筒凈化措施、暫堵位置、暫堵劑用量和泵注程序，形成多級暫堵分流酸化工藝。該工藝現(xiàn)場實 施 10 口井，暫堵和酸液分流作用明顯，暫堵有效率 80%以上，增產(chǎn)倍比為 2.26.1，增產(chǎn)效果顯著。該 工藝對超深、高溫碳酸鹽巖水平井均勻酸化有較好的適應(yīng)性。關(guān)

2、鍵詞：超深水平井纖維暫堵劑分流酸化1 前言川東北元壩海相長興組碳酸鹽巖氣藏埋藏深度 62007200m、地層壓力 6771MPa、地層溫度 148-159、硫化氫平均含量 5.53%，為超深高壓、高溫、高含硫酸性氣田。氣田開發(fā)以水平井、大斜度井為主， 水平段鉆遇儲層非均質(zhì)性強（表 1），類儲層比例 0-16.3%，、類儲層占 83.7-100%，酸化時很難實 現(xiàn)各段均勻改造。工程上普遍采用分流酸化技術(shù)改善氣層吸酸剖面不均勻問題，從上世紀 80 年代開始， 發(fā)展出了多種分流工藝，主要有：機械封隔分流技術(shù)、化學微粒分流（即暫堵酸化）技術(shù)、泡沫分流技術(shù)、 增稠酸分流技術(shù)、黏彈性表面活性劑分流技術(shù)等，

3、其中前兩種應(yīng)用較多、效果較好1。元壩氣田以襯管完 井水平井為主，完井管柱僅下至造斜點附近，無法實施機械封隔分段改造，采用暫堵分流工藝，間接達到 機械分流改造的目的。表 1元壩氣田部分井水平段鉆遇儲層非均質(zhì)性統(tǒng)計備注：級差：最大值/最小值；非均質(zhì)系數(shù)：最大值/平均值2 暫堵分流酸化工藝原理暫堵分流酸化的主要原理是采用一種可溶性的化學顆粒，利用攜帶液配制成穩(wěn)定的懸濁液，作為暫堵 混合液，酸化時泵注進地層中。根據(jù)流動阻力最小的原理，暫堵液將優(yōu)先進入流動阻力較小的高滲透層或 裂縫，在地層表面快速形成封堵性的濾餅層，阻礙后續(xù)酸液繼續(xù)進入高滲透層。技術(shù)關(guān)鍵是通過形成低滲 透性的濾餅來逐漸減小層間差異，調(diào)節(jié)

4、各層的注入能力，最終達到各層均勻進酸的目的2。作者簡介：鐘森（男，1981.12-），工程師。2010 年畢業(yè)于中國石油大學（北京）油氣田開發(fā)專業(yè)，獲碩士學位，現(xiàn)從事儲層改造設(shè)計與研究工作。地址：四川省德陽市旌陽區(qū)龍泉山北路 298 號（618000），電話E-Mail:senyu521。511井號水平段長（m）滲透率（10-3m2）級差非均質(zhì)系數(shù)最大值最小值均值YBX192153.780.051.511075.6035.62YBX271725.100.051.08502.0023.24YBX38381273.300.0268.1763665.0018.68YBX44

5、49789.870.0481.6019746.759.68YBX533823.230.031.46774.3315.91YBX673440.520.0031.7013506.6723.842014 年全 國 天然氣 學 術(shù)年會 目前，國內(nèi)外所使用的酸化暫堵劑主要有固體顆粒狀暫堵劑、有機凍膠類暫堵劑以及纖維類暫堵劑等，其中以固體顆粒和纖維暫堵劑為主3-4。普光氣田海相儲層埋深 5500m 左右，采用樹脂覆膜包裹碳酸鈣顆 粒暫堵劑進行酸壓改造，取得了一定的效果，但是出現(xiàn)暫堵劑溶解不徹底引起堵塞裂縫、埋產(chǎn)層的現(xiàn)象， 影響工藝效果5。纖維暫堵技術(shù)主要應(yīng)用在常規(guī)暫堵劑性能無法滿足要求的高溫高壓儲層中，從

6、國外肯基 亞克油田、國內(nèi)川東石炭系氣藏應(yīng)用情況來看，氣藏埋藏深度都在 5000m 左右、溫度 120以上6-7。本文 研制了一種可降解纖維暫堵劑，采用聚合物壓裂液作為攜帶介質(zhì)，高粘暫堵液起到化學和物理雙重暫堵作 用，可在高溫殘酸中自動降解，實現(xiàn)零殘留。相對其它分流技術(shù)，該工藝具有廉價、施工方便的優(yōu)點，一 定程度實現(xiàn)了分流酸化的目的。3 纖維暫堵劑性能評價3.1 纖維暫堵效果評價本文研發(fā)的有機纖維暫堵劑性能穩(wěn)定、韌性強，在水中 5s 內(nèi)自動均勻分散。攜帶介質(zhì)采用高濃度瓜膠 壓裂液，混合后的暫堵液粘度大于 500mPa.s（圖 2）。室內(nèi)進行暫堵液的暫堵效果實驗（表 2），巖心通過 暫堵液暫堵后，

7、滲透率降低 1100 倍以上，驅(qū)替壓力大大增加，說明暫堵效果顯著；暫堵后采用鹽酸解堵， 巖心滲透率恢復(fù)率達 91%，對滲流通道基本沒有傷害作用。圖 1可降解有機纖維實物圖圖 2高粘壓裂液混合暫堵纖維后的暫堵液表 2暫堵液的暫堵效果實驗3.2 纖維降解性能評價為實現(xiàn)酸化后裂縫的清潔暢通，暫堵劑必須有較好的溶解性，室內(nèi)溶解實驗數(shù)據(jù)表明，70、90高溫 條件下清水中 2 小時溶解率達到 50%以上，鹽酸中 2 小時內(nèi)溶解率高于 90%（表 3）。元壩長興組氣藏溫 度達到 150，實際的降解速度、降解率會更高。纖維在清水和酸液中的溶解均較徹底（圖 3、4），僅含 有少量的細小固體殘留物，殘留物粒徑測定

8、表明粒徑在 3m 以內(nèi)（圖 5），而酸化刻蝕的裂縫寬度在毫米級，所以，固體殘留物不會對地層和裂縫造成二次傷害。512實驗過程流體性質(zhì)壓力/MPa滲透率/10-3m2平均滲透率/10-3m2暫堵前蒸餾水1.7576.36779.3532.0082.3392.200.065暫堵后凍膠+纖維暫堵液0.0723.500.0791.8065.858解堵后20%鹽酸72.1562.5078.4532014 年全 國 天然氣 學 術(shù)年會 表 3纖維在清水、酸液中的溶解實驗數(shù)據(jù)圖 3纖維在 70清水中溶解 2h 后形態(tài)圖 4纖維在 70鹽酸中溶解 2h 后形態(tài)圖 5纖維在 70鹽酸中溶解后粒度分布測定4 暫堵

9、分流酸化工藝設(shè)計4.1 井筒凈化措施長興組氣藏水平井在鉆井過程中普遍漏失泥漿，且酸化前水平段充滿壓井泥漿，水平段均勻注酸難度 加大，因此，酸化前設(shè)計采取液氮誘噴，使井筒盡量保持暢通。通過注入液氮減小井筒液柱密度，同時多 次開井關(guān)井活動地層，誘使泥漿返出。部分井施工數(shù)據(jù)來看，返出的泥漿量大于水平段容積，井筒凈化效 果明顯，同時也減小了酸化后泥漿返出堵塞井筒的風險。表 4鉆井漏失及誘噴情況統(tǒng)計4.2 暫堵位置和暫堵級數(shù)設(shè)計酸化工藝采用膠凝酸與暫堵液多級交替注入方式，逐段暫堵高滲儲層段形成段間分流轉(zhuǎn)向，所以，暫513井號漏失泥漿/m3漏失位置注入液氮/m3返排泥漿量/m3YBX1290.99A 靶點

10、附近1463YBX21181.4A 靶點附近1529YBX530.9A 靶點附近1040YBX769中部1532溫度/溶劑時間/h溶解前重量/g溶解后重量/g溶解率/%70清水21.5030.68654.36鹽酸21.5240.12092.12清水21.5080.75450.0090鹽酸21.5040.03697.612014 年全 國 天然氣 學 術(shù)年會 堵位置的選擇（或暫堵級數(shù)設(shè)計）是工藝關(guān)鍵。暫堵位置選擇主要依據(jù)幾點：根據(jù)水平段儲層的物性和含氣性分布情況確定，由于 I 類儲層滲透性高于類儲層上千倍，選擇最優(yōu)質(zhì)儲層段（I 類儲層）作為暫 堵段，促進類儲層的吸液。例如，YBX2 井 A 靶點

11、附近儲層以 I 類氣層為主，B 靶點附近儲層以 I、 類為主（圖 6），設(shè)計 A、B 靶點 I 類儲層為暫堵位置，進行兩級暫堵；YBX4 井 I 類儲層主要分布在 A 靶 點及中間位置（圖 7），設(shè)計三級暫堵，逐級推動酸液向 B 靶點流動，保證整個井筒充滿酸液。根據(jù)鉆 井過程中泥漿漏失位置來確定，漏漿位置裂縫和溶洞較為發(fā)育，酸液會加速倒灌，需對其進行暫堵作業(yè)。圖 6YBX2 井水平段測井綜合評價圖圖 7YBX4 井水平段測井綜合評價圖4.3 注入方式和暫堵劑用量設(shè)計（1）注入方式為達到封堵作用，采用纖維和交聯(lián)凍膠混合液的方式進行暫堵，為不壓破地層造成暫堵液造縫，暫堵 階段小排量注入，同時在暫堵

12、液前后分別注入一段高粘壓裂液，一方面降溫，另一方面起到隔離酸液和纖 維的作用。研發(fā)了專用纖維加注設(shè)備（圖 8），纖維攪拌均勻后經(jīng)壓裂泵車注入井筒。該系統(tǒng)可滿足最大 30kg/min 的加入速度，降低了勞動強度、提高了加注質(zhì)量。圖 8暫堵纖維泵注工藝現(xiàn)場應(yīng)用（2）用量設(shè)計根據(jù)優(yōu)化結(jié)果和國內(nèi)其它油氣田的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，暫堵劑使用濃度在 1-10%時可實現(xiàn)有效暫堵分流。 纖維暫堵劑應(yīng)用時應(yīng)重點考慮以下幾點：根據(jù)水平段滲透率差異和分布調(diào)整濃度：滲透率差異更大時， 應(yīng)適當加大濃度，高滲透儲層段適當加大使用濃度；根據(jù)需要暫堵井段的長度設(shè)計暫堵液總量；考慮 設(shè)備的攪拌混合、加注能力。綜合分析，元壩氣田設(shè)計暫堵

13、纖維質(zhì)量濃度為 1-2%（纖維質(zhì)量/凍膠攜帶液 質(zhì)量）。4.4 暫堵酸化泵注程序設(shè)計各階段排量設(shè)計是重點，采用“初期低排量、暫堵定排量、后期大排量”的原則。初期以 12m3/min5142014 年全 國 天然氣 學 術(shù)年會 的小排量注入，推動酸液深入水平段后部。暫堵階段注入排量為 1m3/min，便于暫堵劑的加入和均勻攪拌，而且防止原裂縫繼續(xù)延伸，造成暫堵失效。暫堵結(jié)束后大幅度提高排量至 5m3/min 以上，實現(xiàn)碳酸鹽巖深 度酸壓，延長裂縫的長度和寬度。閉合酸階段降低排量，加深縫口位置溶蝕，提高縫口處導流能力，降低 近井筒“漏斗效應(yīng)”，泵注程序設(shè)計的例子見表 5。表 5暫堵分流酸化泵注表設(shè)

14、計例子5 現(xiàn)場應(yīng)用情況元壩氣田實施暫堵分流酸化工藝 10 口井，施工成功率 100%。統(tǒng)計結(jié)果表明，暫堵后地面泵注壓力上 升 1.011.0MPa，累計實施的 24 級暫堵中 20 級壓力上升較顯著，暫堵有效率為 80%以上（表 6）。例如， YBX2 井進行了兩級暫堵作業(yè)，注入酸液 940m3、暫堵液 320m3、暫堵劑 1500kg，暫堵液進地層后施工壓 力上升 510Mpa（圖 9），暫堵前后施工壓力變化大，說明酸液發(fā)生分流進入了其它層段，實現(xiàn)了差儲層 的改造。與酸化前液氮誘噴自然產(chǎn)能相比，酸化增產(chǎn)倍比為 2.26.1，增產(chǎn)有效率為 100%。表 6部分井酸化施工參數(shù)統(tǒng)計515井號暫堵級

15、數(shù)暫堵壓力升高值/MPa暫堵是否有效返排率/%增產(chǎn)倍比YBX122.0不明顯682.21.2不明顯YBX2211.0有效13-10.0有效YBX339.0有效662.3YBX434.8有效755.03.0有效2.5有效YBX525.0有效773.62.5有效YBX721.4不明顯766.13.9有效序號液體類型排量/m3/min作 用1膠凝酸1.02.0小排量推動酸液深入水平段后部，均勻布酸2壓裂液3.0隔離暫堵液與酸液，同時降低裂縫內(nèi)溫度3暫堵液1.0小排量注入暫堵 I 類儲層，實現(xiàn)分流4壓裂液3.0隔離暫堵液與酸液，同時降低裂縫內(nèi)溫度5膠凝酸3.0酸化后一段 I 類儲層6多級暫堵交替注入，

16、實現(xiàn)酸液分流7膠凝酸>5.0大排量注入實現(xiàn)整個水平段深度酸壓8閉合酸2.03.0小排量加深縫口位置溶蝕2014 年全 國 天然氣 學 術(shù)年會 地面壓力 Tbg (MPa)凈液排量 (m3/min)2000100.020.00小排量布酸暫堵階段小排量布酸暫堵階段大排量擠酸+閉合酸16.0080.00120060.00暫堵后壓力上升5-10MPa12.008.00040.004.00020.000.00.00.088.0176.0時間 (min)264.0352.0440.0圖 9YBX2 井酸化施工曲線6 結(jié)論及認識（1）元壩海相長興組氣藏埋藏深、溫度高，多數(shù)分流工藝無法實施，本文研究的新

17、型有機纖維暫堵劑暫堵效果好，在高溫酸性環(huán)境中溶解率高，實現(xiàn)了暫堵和零殘留的目標。（2）工藝設(shè)計是暫堵分流酸化的關(guān)鍵，酸化前利用液氮誘噴凈化井筒，暫堵級數(shù)為 24 級，暫堵纖維質(zhì)量濃度為 1-2%，暫堵液與膠凝酸以“初期低排量、暫堵定排量、后期大排量”的方式交替注入方式。（3）現(xiàn)場實施效果表明，纖維暫堵有效率為 80%以上，增產(chǎn)倍比為 2.26.1，該工藝對超深、高溫碳酸鹽巖地層有較好的適應(yīng)性。參考文獻1 李年銀,劉平禮,趙立強.水平井酸化過程中的布酸技術(shù).天然氣工業(yè)J,2008,28(2): 104-1062 李長忠，鄭剛，宋中明，等，ZDJ-1 暫堵劑在暫堵酸化工藝技術(shù)中的研究及應(yīng)用石油化工應(yīng)用，2006，2：11-143 張學鋒，