探討酸化壓裂技術(shù)在油氣田開發(fā)中的應(yīng)用

王萌 孫永田

(1.華北油田公司第三采油廠,河北 河間 062450；2.中國(guó)石油大學(xué)(華東),山東 青島 266580)

酸化壓裂技術(shù)在當(dāng)前的油田企業(yè)中得到了十分廣泛的應(yīng)用，可以起到增注增產(chǎn)的重要作用。此項(xiàng)技術(shù)是將酸液當(dāng)作壓裂液，在壓裂的過(guò)程無(wú)需再用支撐劑，即為所謂的酸化壓裂。壓裂過(guò)程中，由于受到水的持續(xù)作用，酸液會(huì)對(duì)油氣層造成一定腐蝕，進(jìn)而產(chǎn)生裂隙，酸液與水的同時(shí)作用會(huì)使裂隙的表面發(fā)生變化，使得裂隙具有了很好的導(dǎo)流性，滲透能力大幅增加，最終起到增產(chǎn)的效果。

1 酸化壓裂技術(shù)概述

按照技術(shù)工藝可將該技術(shù)分成三種類型，分別為酸洗、酸化與酸壓。其中，酸壓還能分成平衡酸壓、常規(guī)酸壓以及閉合酸壓等。如果按照酸液的具體類型進(jìn)行分類，則它們可分成常規(guī)酸酸化、混合酸酸化與乳化酸酸化等。

酸化壓裂技術(shù)的作用原理為：在相對(duì)較低的破裂壓力中，注入備用酸液，使其可以在裂隙當(dāng)中充分的流動(dòng)，將巖石等其他指定較硬的物體溶解成大顆粒，以此起到有效提高滲透性的作用。在此過(guò)程中，需要依靠酸液和堿性礦物之間的化學(xué)反應(yīng)，質(zhì)地堅(jiān)硬的巖石會(huì)被逐漸的溶解，通過(guò)中和反應(yīng)，生產(chǎn)各種鹽類與氣體，酸液所經(jīng)過(guò)地方的裂隙周邊空隙會(huì)隨之變大，再注入新酸，增加酸液循環(huán)，裂隙寬度將進(jìn)一步增加，實(shí)現(xiàn)有效改善流通性的根本目的。除了可以對(duì)孔壁進(jìn)行溶蝕，注入的酸液還能對(duì)孔洞中封堵的各類物質(zhì)進(jìn)行溶蝕，將其進(jìn)行離散，疏通了孔洞，堵塞物被酸化溶解的殘?jiān)鼤?huì)與酸液一同流出，進(jìn)而間接提高了地層的滲透性。

就當(dāng)前掌握的技術(shù)來(lái)講，合理運(yùn)用壓裂酸化技術(shù)是提高產(chǎn)量的最佳捷徑之一。想在實(shí)際情況中完全發(fā)揮該技術(shù)的最大功能，需對(duì)碳酸鹽的主要成分進(jìn)行研究，選取與實(shí)際情況最為適宜的酸液，對(duì)其反應(yīng)的具體條件進(jìn)行控制，力求實(shí)現(xiàn)效率最大化，減少酸液的損失和浪費(fèi)。此時(shí)，有效減少流體損失是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)?？刂屏髁孔詈玫姆椒ň褪翘岣咚嵋旱恼吵矶?，可以向液體中加入適量的稠化酸等來(lái)增加其粘稠度，而且這些外加劑并不會(huì)對(duì)酸液的性質(zhì)造成影響。

2 酸化壓裂技術(shù)應(yīng)用中存在的主要困難

雖然酸化壓裂技術(shù)可以顯著提高產(chǎn)量，但由于各個(gè)方面因素的影響，使該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中切實(shí)存在一定問(wèn)題和難度，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 克拉瑪依等高溫、超高溫地層，其平均溫度可以達(dá)到135℃左右，溫度極高，酸化壓裂技術(shù)根本無(wú)法在這種地層使用，酸液在高溫環(huán)境下不能充分的流動(dòng)，反應(yīng)所需的時(shí)間也很長(zhǎng)。

2.2 對(duì)于巖性較為復(fù)雜的油氣田而言，油田的質(zhì)量與品位相對(duì)較高，但由于其礦物成分較為復(fù)雜，使得酸化壓裂等技術(shù)的使用效果并不能達(dá)到預(yù)期的水平。

2.3 對(duì)于二氧化碳、硫等物質(zhì)元素含量相對(duì)較高的油氣田而言，由于平均含硫量已經(jīng)超過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，油氣層當(dāng)中賦存數(shù)量很大的硫化氫，這是一種具有很強(qiáng)還原性的化合物，與酸液反應(yīng)會(huì)生成亞鐵沉淀等物質(zhì)，這不僅會(huì)對(duì)壓裂造成嚴(yán)重的影響，還會(huì)使油氣開采與運(yùn)輸變得十分困難。

3 酸化壓裂技術(shù)在油氣田開發(fā)中的具體應(yīng)用

3.1 前置液酸化壓裂技術(shù)的應(yīng)用

前置液酸化壓裂技術(shù)主要是指使用粘性好但不會(huì)產(chǎn)生額外反應(yīng)的前置液對(duì)地層進(jìn)行預(yù)先處理，生成不同規(guī)格的裂縫與空隙，為后續(xù)的酸液注入與溶蝕等提供良好的基礎(chǔ)條件。針對(duì)平均溫度較高的儲(chǔ)層而言，酸液與巖石會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，所以想要得到有效的縫長(zhǎng)是十分困難的，要求所用酸液在溫度較高的環(huán)境下，依然可以保持良好的緩速能力。另外，合理應(yīng)用壓裂技術(shù)工藝，是確保高溫深井使用酸化壓裂技術(shù)取得顯著效果的重要基礎(chǔ)。在實(shí)際情況中合理運(yùn)用前置液酸化壓裂技術(shù)，其中所用的前置液能大幅降低油氣儲(chǔ)層的實(shí)際溫度以及巖石和酸液之間的化學(xué)反應(yīng)速度。酸液的選取應(yīng)考慮其緩速能力，如果所選酸液不具備較高的緩速能力，則會(huì)對(duì)具體的反應(yīng)情況造成不同程度的影響，不利于裂隙穿透度的增加。在現(xiàn)階段的油氣田開發(fā)開采工作中，前置液酸化壓裂的作用機(jī)理在于借助前置液，在地層壓出裂隙，然后液體進(jìn)入縫隙當(dāng)中，可對(duì)裂縫的溫度進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，并在縫隙的內(nèi)壁上形成一個(gè)濾餅，進(jìn)而達(dá)到促進(jìn)酸液縮小濾失量的目的。除此之外，酸液的粘度與前置液相比要小很多，所以會(huì)在一定程度上降低了縫隙壁面上的反應(yīng)速度，間接實(shí)現(xiàn)了酸液深穿透。為滿足酸壓要求，還需按照150：1 的比例對(duì)前置液和酸液的實(shí)際粘度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中較為常見(jiàn)的前置液有：凝膠水、相乳狀液等。常規(guī)酸液主要選用無(wú)機(jī)酸。為確保壓裂質(zhì)量，前置液與常規(guī)酸液的用量比需要控制在1/2 左右，此外還需注意酸蝕縫的最大長(zhǎng)度不得超出50m，最小長(zhǎng)度不得低于15m。

3.2 交替注入壓裂液、酸液技術(shù)的應(yīng)用

該技術(shù)以交替的方式向壓裂縫中注入一定量的高粘壓裂液與酸液，通過(guò)這樣的方式完成酸化壓裂。這種基于交替注入方式的酸化壓裂技術(shù)具有應(yīng)用范圍廣、濾失量較小且導(dǎo)流能力相對(duì)較強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，特別是它的濾失系數(shù)較大的油氣儲(chǔ)存層中，如果現(xiàn)有的反排技術(shù)良好，則會(huì)在實(shí)際情況中取得十分突出的效果。在開發(fā)與應(yīng)用環(huán)節(jié)中，預(yù)先注入前置液然后再注入酸液可以大幅降低濾失速度。此外，酸液處于前置液中會(huì)出現(xiàn)數(shù)次指進(jìn)，隨后可以生成深度更大且數(shù)量更多的溝槽。

3.3 閉合酸壓技術(shù)的應(yīng)用

閉合酸壓是一項(xiàng)能夠提高井眼導(dǎo)通性能的技術(shù)，被許多油氣田開發(fā)組織和人員重視。該技術(shù)于上世紀(jì)八十年代初期提出，對(duì)于裂縫壓裂，是存在一定前提要求的，首先實(shí)際壓力要比油氣儲(chǔ)存層的破裂壓力低，其次每次注入的酸量要盡量控制在最低的水平。在油氣田開發(fā)過(guò)程中應(yīng)用閉合酸壓技術(shù)可以在井眼的周圍創(chuàng)造出一條開放式結(jié)構(gòu)的裂隙。這樣的方法與傳統(tǒng)的運(yùn)用支撐劑的方法十分相似，可以大幅提升裂隙自身的導(dǎo)通能力。然而，在應(yīng)用時(shí)，會(huì)有一小部分油氣儲(chǔ)層不能形成裂隙，或所形成的裂隙的導(dǎo)流能力較差，無(wú)法滿足預(yù)期要求。存在這一問(wèn)題的油氣儲(chǔ)層特點(diǎn)為：地層巖石具有相對(duì)較好的親酸性，但裂隙的內(nèi)部卻是較為均勻的，導(dǎo)致刻蝕不具備足夠的差異性，因此在應(yīng)用酸壓技術(shù)的過(guò)程中，就有可能降低減小裂隙導(dǎo)流性能。此外，地層遭受不均勻刻蝕，刻蝕作用而生成的凸起部分在閉合應(yīng)力的不斷作用下，會(huì)被壓碎或掩埋，造成這樣問(wèn)題的原因可能是地層結(jié)構(gòu)質(zhì)地太軟，比如石灰?guī)r等，還有可能是因?yàn)樗嵋鹤⑷肓窟^(guò)大，導(dǎo)致酸液的濾失速度明顯提升，使得裂隙的內(nèi)壁出現(xiàn)較為嚴(yán)重的軟化情況，再有就是地層所對(duì)應(yīng)的鹽酸溶解能力過(guò)低。如果這一溶解能力相對(duì)較低，無(wú)法滿足預(yù)期的要求，則未被酸化處理的這種碎屑會(huì)殘留至裂縫內(nèi)壁表面上，最終對(duì)實(shí)際的酸化反應(yīng)效果造成影響。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，酸化壓裂技術(shù)對(duì)于油氣田開發(fā)工作而言，有著十分重要的意義和作用，該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用為我國(guó)油氣田增儲(chǔ)做出了十分卓越的貢獻(xiàn)。目前，油氣藏巖性條件越來(lái)越復(fù)雜，以往的酸液體系已經(jīng)向復(fù)合型變化，逐漸形成一套濾失速度低，集降阻、緩速等功能為一體的酸液體系。迄今為止，酸液注入技術(shù)已經(jīng)再向完全不同的體系中進(jìn)行單機(jī)或多級(jí)注入，在此基礎(chǔ)上全面實(shí)現(xiàn)了深井穿透裂隙形成，且裂隙具有很高的導(dǎo)流性能，可起到增產(chǎn)的根本目的。但為了滿足日益擴(kuò)張的發(fā)展需求，依然需要對(duì)酸化壓裂技術(shù)進(jìn)行更為深層次的優(yōu)化和改建，從而為我國(guó)的油氣田開發(fā)事業(yè)提供可靠的技術(shù)支持。

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