碳酸鹽巖酸蝕裂縫導(dǎo)流能力試驗(yàn)研究

段明峰

(中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司)

0 引言

酸壓是改造碳酸鹽巖儲(chǔ)層的重要手段。由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層在酸壓改造過(guò)程中，既會(huì)發(fā)生酸-巖反應(yīng)，又會(huì)形成一定規(guī)模的人工裂縫，這比常規(guī)的酸化解堵或單純的加砂壓裂要復(fù)雜得多。酸壓施工設(shè)計(jì)受許多因素的影響和控制，如儲(chǔ)層特征、酸液種類、濃度及添加劑的使用等，但是最主要的兩個(gè)因素是酸蝕裂縫長(zhǎng)度和酸蝕導(dǎo)流能力[1-3]。裂縫的酸蝕導(dǎo)流能力是很難預(yù)測(cè)的，導(dǎo)流能力的大小取決于一個(gè)隨機(jī)的過(guò)程[4]。它不僅與巖石本身的酸巖溶蝕率有關(guān)，而且受巖石表面酸溶性礦物的隨機(jī)分布控制[5]。為了深入認(rèn)識(shí)裂縫中的酸液流動(dòng)特性，實(shí)驗(yàn)考察了巖石類型、裂縫寬度、驅(qū)替排量、實(shí)驗(yàn)溫度、閉合壓力及測(cè)試流量等多種因素對(duì)酸蝕導(dǎo)流能力的影響，獲得了規(guī)律性認(rèn)識(shí)，可作為酸壓施工設(shè)計(jì)的重要參考。

1 實(shí)驗(yàn)儀器、材料及方案

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

實(shí)驗(yàn)儀器：酸蝕裂縫導(dǎo)流儀(海安石油科研儀器有限公司產(chǎn)品)

酸液體系：20%HCl+1.5%SD1-3(緩蝕劑)+1.0%SD1-32(轉(zhuǎn)相劑)+2.5%SD1-15(酸液稠化劑)+1%SD1-11(鐵離子穩(wěn)定劑)+1.0%SD2-14(緩速增效劑)+1.0%SD2-9(助排劑)

測(cè)試介質(zhì)：蒸餾水

巖石材料：天然大理石、人造大理石、灰?guī)r露頭(大理石由市場(chǎng)上購(gòu)得，灰?guī)r露頭為飛仙關(guān)組飛四段巖石露頭)

樣品規(guī)格：長(zhǎng)×寬×高=17.8×3.8×2.5(cm3)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法及參數(shù)的確定

實(shí)驗(yàn)以平行巖板設(shè)定一定的縫寬來(lái)模擬儲(chǔ)層裂縫進(jìn)行酸液流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，然后進(jìn)行導(dǎo)流能力的測(cè)定，分析酸液流動(dòng)對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的改善效果，以及各種因素對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響。實(shí)驗(yàn)參照常用的酸化施工設(shè)計(jì)中的模擬參數(shù)，設(shè)計(jì)裂縫縫寬1.0～3.0mm、注酸排量60ml/min～160ml/min來(lái)進(jìn)行酸液流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，模擬人工裂縫中0.01m/s～0.1m/s流速下的酸液流動(dòng)過(guò)程；裂縫導(dǎo)流能力的測(cè)定采用10ml/min的測(cè)試流量，閉合壓力范圍為10 MPa ～90MPa。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 裂縫縫寬對(duì)導(dǎo)流能力的影響

分別對(duì)多個(gè)裂縫縫寬(1.0～3.0mm)下的人造大理石和灰?guī)r露頭巖板進(jìn)行酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)，一套巖板只進(jìn)行一個(gè)縫寬下的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件：溫度60℃，用酸量2000ml，注酸排量100ml/min，測(cè)試流量10ml/min，閉合壓力10 MPa ～50MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 人造大理石在不同裂縫縫寬下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

圖2 灰?guī)r露頭在不同裂縫縫寬下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，人造大理石和灰?guī)r露頭巖板，在相同測(cè)試閉合壓力下，導(dǎo)流能力均隨實(shí)驗(yàn)設(shè)置縫寬的增加而降低；而隨著測(cè)試閉合壓力的增加，導(dǎo)流能力則快速下降。在30MPa的閉合壓力下測(cè)試，灰?guī)r露頭1.5mm縫寬下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力為11.4μm2·cm，而其在1.0mm縫寬下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力為89.1μm2·cm，遠(yuǎn)高于其1.5mm縫寬下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，若能適當(dāng)控制酸壓過(guò)程中的縫寬，將有利于提高施工效果。

在用酸總量及注酸排量相同的條件下，巖板裂縫寬度的增加使酸液在裂縫中流過(guò)的速率降低，同時(shí)也降低了鮮酸與巖石壁面的有效接觸。酸液流速低不利于形成沖蝕溝槽，而接觸不夠也降低了酸液的有效利用。從而導(dǎo)致了相同實(shí)驗(yàn)條件下，縫寬小的巖板要強(qiáng)于縫寬大的巖板的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力。

2.2 注酸排量對(duì)導(dǎo)流能力的影響

分別以60ml/min～160ml/min范圍內(nèi)的多種注酸排量進(jìn)行酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)，一套巖板只進(jìn)行一種注酸排量下的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件：溫度60℃，用酸量2000ml，裂縫縫寬1mm，測(cè)試流量10ml/min，閉合壓力10～50MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4。

由圖3、圖4，隨著注酸排量的增加，大理石和灰?guī)r露頭巖板的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力均增大。其中，灰?guī)r露頭巖板經(jīng)過(guò)60ml/min、100ml/min、120ml/min、160ml/min四種流速下的酸液流動(dòng)后，在30MPa閉合壓力的測(cè)試條件下，其裂縫導(dǎo)流能力依次為2.4μm2·cm、8.0μm2·cm、16.4μm2·cm、27.6μm2·cm、62.3μm2·cm，低酸液流速下的裂縫導(dǎo)流能力已經(jīng)極低，而160ml/min流速下的酸蝕裂縫則保持較高的導(dǎo)流能力值。酸液流速增加對(duì)形成沖蝕溝槽極為有利，但同時(shí)也會(huì)降低酸液與巖石的有效接觸時(shí)間。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，顯然沖蝕溝槽對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響更大。

圖3 人造大理石在不同注酸排量下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

圖4 灰?guī)r露頭在不同注酸排量下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力

2.3 實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)導(dǎo)流能力的影響

分別對(duì)人造大理石和灰?guī)r露頭進(jìn)行20℃、40℃、60℃、80℃、90℃下的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)，一套巖板只進(jìn)行一個(gè)溫度條件的實(shí)驗(yàn)。其它實(shí)驗(yàn)條件：用酸量2000ml，注酸排量100ml/min，裂縫縫寬1mm，測(cè)試流量10ml/min，閉合壓力10MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

明代新昌地圖右上方的“水自金庭來(lái)”，既說(shuō)明古金庭位于新昌境內(nèi)的東北角，又說(shuō)明古金庭是一河流的發(fā)源地，從圖中河流看，為古剡黃澤江上游的一個(gè)源頭。這剛好與王罕嶺位置合。

圖5 溫度對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響

從圖5可以看出，人造大理石巖板的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力隨溫度的升高而增大。溫度的升高大大增加了酸巖反應(yīng)速率，提高了對(duì)大理石壁面的非均勻刻蝕，從而提高了裂縫導(dǎo)流能力。至于灰?guī)r露頭巖板的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力受溫度的影響，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，其測(cè)得值較為凌亂，變化規(guī)律不明顯。

2.4 測(cè)試閉合壓力對(duì)導(dǎo)流能力的影響

閉合壓力對(duì)酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響非常大。從圖1～圖4均可以看出，隨著閉合壓力的增加，測(cè)試導(dǎo)流能力快速下降，在30MPa附近下降幅度趨于平緩，且相同實(shí)驗(yàn)條件下灰?guī)r露頭的導(dǎo)流能力要遠(yuǎn)低于人造大理石。通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)巖板，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)后的人造大理石壁面比較干凈，而反應(yīng)后灰?guī)r露頭表面則留有大量不溶于鹽酸的膏狀物，且壁面較軟。反應(yīng)后變軟的裂縫壁面會(huì)使裂縫支撐點(diǎn)的支持效果大大降低，同時(shí)留下的膏狀物則會(huì)堵塞通道，使導(dǎo)流能力下降。這表明，儲(chǔ)層閉合壓力是酸壓施工后影響油氣產(chǎn)量的最重要因素之一。

2.5 測(cè)試流量對(duì)導(dǎo)流能力的影響

分別以2.5ml/min、5.0ml/min、10ml/min的測(cè)試流量對(duì)灰?guī)r露頭酸蝕裂縫進(jìn)行導(dǎo)流能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，閉合壓力10 MPa ～50MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 測(cè)試流量對(duì)導(dǎo)流能力的影響

由圖6實(shí)驗(yàn)結(jié)果，隨著測(cè)試流量的增加，導(dǎo)流能力值呈下降趨勢(shì)。在測(cè)試過(guò)程中，介質(zhì)流速越大，其流動(dòng)阻力越大，也越容易攜帶反應(yīng)殘留物和壓碎的小顆粒物堵塞通道，導(dǎo)致導(dǎo)流能力降低。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，施工完成后放噴排液階段，在裂縫閉合后應(yīng)適當(dāng)降低排液速度，以降低排液過(guò)程對(duì)儲(chǔ)層導(dǎo)流能力的損害。

2.6 不同巖板的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力差異性分析

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，裂縫寬度、注酸排量、閉合壓力等因素對(duì)人造大理石和灰?guī)r露頭巖板的酸蝕裂縫導(dǎo)流能力的影響規(guī)律存在著一致性。但在相同實(shí)驗(yàn)條件下的導(dǎo)流能力測(cè)試值，則存在較大差異，尤其在高閉合壓力下，露頭巖板的裂縫導(dǎo)流能力明顯低于大理石巖板。

圖7天然大理石圖8人造大理石圖9灰?guī)r露頭

3 結(jié)論及建議

利用酸蝕裂縫導(dǎo)流儀，對(duì)大理石巖板及灰?guī)r露頭進(jìn)行了酸蝕裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，增加酸液在裂縫中的流速，有利于形成高導(dǎo)流能力通道；溫度的升高提高了大理石裂縫導(dǎo)流能力，而灰?guī)r露頭由于其非均質(zhì)性及反應(yīng)產(chǎn)生的不溶物不利于裂縫導(dǎo)流能力的提高；閉合壓力的增加使得裂縫閉合及裂縫表面相互咬合嵌入，導(dǎo)流能力快速下降，其中灰?guī)r露頭在閉合壓力高于30MPa后有效導(dǎo)流能力下降至極低；測(cè)試流量的增加也會(huì)使裂縫導(dǎo)流能力測(cè)試值下降。

由此可見(jiàn)，通過(guò)工藝適當(dāng)控制酸壓過(guò)程中的裂縫寬度或提高泵注排量，將有利于提高閉合后的裂縫導(dǎo)流能力；在施工放噴排液階段及油氣生產(chǎn)過(guò)程中，可適當(dāng)控制氣液流速，以降低對(duì)儲(chǔ)層導(dǎo)流能力的二次損害。至于閉合壓力對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響，可在施工工藝上進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新(比如酸液攜砂)，以克服類似問(wèn)題。

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