碳酸鹽巖超深水平井纖維分流暫堵復(fù)合酸壓技術(shù)及其應(yīng)用

楊乾龍，黃禹忠，劉平禮，趙立強(qiáng)，丁　咚，馮飲升

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500；2.中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽618000）

·油氣鉆采工程·

碳酸鹽巖超深水平井纖維分流暫堵復(fù)合酸壓技術(shù)及其應(yīng)用

楊乾龍1，黃禹忠2，劉平禮1，趙立強(qiáng)1，丁咚2，馮飲升1

酸壓是碳酸鹽巖油氣藏投產(chǎn)、增產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。對于井況復(fù)雜須分段酸壓改造的超深水平井，由于井深、井身結(jié)構(gòu)等因素的影響，使得機(jī)械封隔酸壓技術(shù)受到限制而無法使用，為保證該類井施工的成功率及增產(chǎn)效果，研制了新型可降解纖維暫堵劑，并對其性能進(jìn)行了評價(jià)，發(fā)現(xiàn)該纖維暫堵劑具有較好的分散性能和降解性能，且分流暫堵效果明顯；同時(shí)，提出了纖維分流暫堵復(fù)合酸壓技術(shù)。截至2014年6月，現(xiàn)場應(yīng)用施工10井次，暫堵后流壓上升3～10MPa，暫堵有效率約為80%，增產(chǎn)倍比為1.75～6.1，施工后產(chǎn)氣量均大于50×104m3/d，部分井產(chǎn)氣量高達(dá)100× 104m3/d，增產(chǎn)效果顯著。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對強(qiáng)非均質(zhì)性且裂縫發(fā)育的超深水平井的清潔有效改造，工藝簡單，施工風(fēng)險(xiǎn)低，適應(yīng)性強(qiáng)，建議大力推廣使用。

碳酸鹽巖水平井酸壓纖維暫堵劑封堵

酸壓是碳酸鹽巖油氣藏投產(chǎn)、增產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。酸液能否均勻置放決定著碳酸鹽巖水平井酸壓施工的成敗。目前，酸液分流轉(zhuǎn)向技術(shù)主要分為機(jī)械轉(zhuǎn)向和化學(xué)轉(zhuǎn)向2大類［1］。機(jī)械轉(zhuǎn)向雖然有效，但對于某些超深、高溫、高壓、井身結(jié)構(gòu)特殊的長井段水平井來說，采用機(jī)械封隔技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)極大，若使用不當(dāng)，易造成井下事故。為保證該類井施工的成功率及增產(chǎn)效果，化學(xué)分流暫堵技術(shù)成為其有效的替代方法。

中外常用的暫堵劑主要包括有機(jī)凍膠暫堵劑［2-3］、化學(xué)顆粒暫堵劑［4-6］及纖維暫堵劑［7-9］等。有機(jī)凍膠暫堵劑主要用于封堵微米級裂縫；化學(xué)顆粒暫堵劑暫堵效果較好，但存在堵塞裂縫的問題；可降解纖維暫堵劑雖在強(qiáng)非均質(zhì)性和天然裂縫發(fā)育儲(chǔ)層的酸化改造中取得了較好的暫堵效果［10］，但目前纖維大多用于鉆井［11］和壓裂［12］施工中，在酸化和酸壓施工中應(yīng)用較少。為此，筆者根據(jù)目標(biāo)儲(chǔ)層地質(zhì)特征和井況，從降濾、分流和現(xiàn)場要求出發(fā)，研制了新型可降解纖維暫堵劑，并進(jìn)行了性能評價(jià)。將暫堵酸化工藝與深度酸壓技術(shù)相結(jié)合，形成了纖維分流暫堵復(fù)合酸壓技術(shù)，以期為碳酸鹽巖超深水平井均勻改造提供有力保障。

1　儲(chǔ)層地質(zhì)特征和開發(fā)現(xiàn)狀

目標(biāo)氣藏位于川東北長興組，屬于海相深層碳酸鹽巖氣藏，儲(chǔ)層巖性主要為灰質(zhì)白云巖和粉—細(xì)晶白云巖?？v向上具有早期成灘、晚期成礁的沉積特征；發(fā)育生物礁、灘相沉積；因位于緩斜坡臺(tái)地邊緣，水動(dòng)力條件相對較弱，以側(cè)向加積為特征，縱向上儲(chǔ)層層數(shù)多，單層厚度??；橫向交錯(cuò)分布，連通性差，非均質(zhì)性強(qiáng)［13-14］。

儲(chǔ)層埋深約為7 000m，原始地層壓力為66～88 MPa，地層溫度為140～160℃，孔隙度主要為2%～5%，滲透率主要為0.01×10-3～0.1×10-3μm2。整體而言，儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度較差，滲透率級差較大，儲(chǔ)層溶孔、溶洞和天然裂縫相對發(fā)育。

研究區(qū)大部分井為大斜度井和襯管完井的水平井，由于儲(chǔ)層埋藏超深和井身結(jié)構(gòu)的限制，難以實(shí)現(xiàn)有效的機(jī)械封隔改造。初期改造采用膠凝酸閉合酸壓技術(shù)，工藝簡單，雖然獲得了工業(yè)氣流，但是此技術(shù)只起到一定的降阻作用，而沒有起到較好的分流暫堵作用，產(chǎn)量貢獻(xiàn)仍主要來自高滲透帶，低滲透帶對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)較少。因此，要充分挖掘水平段的產(chǎn)能，必須改善儲(chǔ)層吸酸剖面，采用有效的分流技術(shù)，迫使更多的酸液進(jìn)入低滲透帶，才能使整個(gè)井段均得到有效改造，釋放全井段產(chǎn)能。

2　可降解纖維暫堵劑性能評價(jià)

研制的新型可降解纖維暫堵劑（簡稱纖維）呈白色絲狀，密度為1.3 g/cm3，其與地層水和壓裂液配伍性較好。采用熔融紡絲法得到橫截面直徑為35 μm的纖維，長度可根據(jù)需求自行選擇切割。

2.1分散性能

采用壓裂液作為攜帶液，在常溫下將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的纖維與攜帶液混合，充分?jǐn)嚢?min，靜置30 min，觀察對比其分散性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～2%的纖維加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%胍膠壓裂液（簡稱纖維暫堵液）中，30min后，無沉降、分層現(xiàn)象且分散均勻；而質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的纖維在壓裂液中難以分散，有明顯的團(tuán)、塊狀存在。說明纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，其流動(dòng)性和分散性越差?，F(xiàn)場施工時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的纖維，以保證纖維暫堵液具有較好的流動(dòng)性。

2.2靜態(tài)封堵承壓性能

為了驗(yàn)證可降解纖維暫堵劑對裂縫的封堵承壓性能，對巖心進(jìn)行人工造縫，采用靜態(tài)封堵實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行纖維封堵承壓性能實(shí)驗(yàn)。根據(jù)測井資料結(jié)果，確定實(shí)驗(yàn)縫寬為1mm。在縫寬相同的條件下，采用不同長度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的纖維分別對裂縫進(jìn)行封堵，攜帶液采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%胍膠壓裂液。

首先采取較小的驅(qū)替壓力對裂縫進(jìn)行封堵，待裂縫封堵后，逐級加壓，測試?yán)w維濾餅的承壓能力和封堵后液體的濾失情況。結(jié)果（表1）顯示：對于縫寬為1mm的裂縫，長度為4mm的纖維難以封堵，纖維暫堵液全部漏失；長度為6mm的纖維封堵成功，且隨著纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，封堵用量和封堵后濾失量明顯下降，但其用量和封堵后濾失量仍較大；而質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、長度為8mm的纖維和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、長度為12 mm的纖維與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%、長度為6mm纖維的封堵效果相當(dāng)；采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%、長度為12mm的纖維封堵裂縫時(shí)，暫堵液用量僅為55mL，封堵后僅漏失了9mL，且最高承壓達(dá)7MPa；說明隨著纖維長度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，封堵用量和濾失量均明顯下降，承壓能力顯著提高。結(jié)果表明，纖維越長且質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，則封堵裂縫所用纖維暫堵液量越小，封堵后濾失量越小，最高承壓越大，封堵效果越好；由此可得出纖維長度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響封堵效果的主要因素。

表1　不同長度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)纖維的封堵效果Table1　Pluggingeffectof the fiberunder different lengthsand concentrations

2.3降解性能

為了滿足施工要求，可降解纖維暫堵劑必須保證在施工結(jié)束后短時(shí)間內(nèi)降解，以達(dá)到對儲(chǔ)層清潔改造的目的。通過對目標(biāo)氣藏前期酸壓施工情況進(jìn)行總結(jié)分析得知，當(dāng)酸液進(jìn)入井筒后，儲(chǔ)層溫度大幅度降低，施工過程中井底溫度大致為65～70℃，因此，選擇在70℃條件下，將等質(zhì)量的可降解纖維分別加入同體積的蒸餾水、堿水和20%鹽酸溶液中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算其在不同溶液中的降解率。

結(jié)果（表2）表明：70℃下，可降解纖維在蒸餾水和堿水中2 h的降解率分別為53.56%和54.44%，可見其能夠保證攜帶液的攜帶有效性；在20%鹽酸溶液中2 h的降解率達(dá)92.34%，說明其在高溫酸性條件下幾乎可完全降解。酸壓施工結(jié)束后，關(guān)井1～2 h，儲(chǔ)層仍處在酸性環(huán)境中，且儲(chǔ)層溫度將緩慢上升至約150℃，在高溫殘酸環(huán)境下，纖維會(huì)降解得更徹底。

表2　70℃下纖維降解率測定實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table2　Experimentalmeasurement resultof fiber degradation rateunder70℃

3　纖維分流暫堵復(fù)合酸壓技術(shù)

在評價(jià)新型可降解纖維性能的基礎(chǔ)上，針對目標(biāo)氣藏儲(chǔ)層特征，為使儲(chǔ)層得到充分有效的改造，提出了纖維分流暫堵復(fù)合酸壓技術(shù)。

3.1纖維分流暫堵機(jī)理

由于流體流動(dòng)遵循最小阻力原理［15］，纖維暫堵液將首先進(jìn)入高滲透帶和天然裂縫，在壓差的作用下，在高滲透帶和天然裂縫的表面及淺層快速形成一層有效的纖維薄層濾餅，實(shí)現(xiàn)對裂縫的封堵，使更多的酸液流向低滲透帶以達(dá)到均勻改造的效果。

通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，纖維封堵裂縫過程主要包括3個(gè)階段，即纖維暫堵劑在裂縫淺層堆積階段、纖維暫堵劑在裂縫口處堆積階段和纖維濾餅壓實(shí)階段。階段Ⅰ為內(nèi)濾餅形成過程，纖維暫堵液首先進(jìn)入裂縫內(nèi)部，由于裂縫壁面粗糙程度不一，使得纖維暫堵劑停留在裂縫淺層，從而降低了裂縫滲透率，減少了后續(xù)纖維暫堵液的進(jìn)入量。階段Ⅱ?yàn)橥鉃V餅形成過程。由于前一階段纖維暫堵劑已經(jīng)在裂縫內(nèi)部充填并形成濾餅，從而使得大量纖維暫堵劑在裂縫口處堆積，逐漸形成纖維外濾餅，進(jìn)一步降低裂縫滲透率。階段Ⅲ為纖維濾餅壓實(shí)過程，較大的驅(qū)替壓力對纖維濾餅起到壓實(shí)作用，更進(jìn)一步降低了裂縫滲透率，最終在裂縫口和高滲透帶處形成了一層致密的纖維濾餅，阻止酸液繼續(xù)進(jìn)入高滲透帶和天然裂縫，從而迫使后續(xù)酸液流向低滲透帶，最終達(dá)到均勻改造儲(chǔ)層的效果。

通過對纖維封堵裂縫過程的觀察和分析，發(fā)現(xiàn)纖維暫堵液封堵裂縫后形成3個(gè)區(qū)域：纖維外濾餅區(qū)、纖維內(nèi)濾餅區(qū)和純攜帶液侵入?yún)^(qū)（圖1）。纖維暫堵液主要通過前2個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對裂縫的封堵。

圖1　纖維暫堵液封堵裂縫后的分布情況Fig.1　Distribution of fiberplugging fractures

3.2施工流程

纖維分流暫堵復(fù)合酸壓技術(shù)是暫堵酸化、前置液酸化、多級注入酸壓及閉合酸壓技術(shù)［16］的融合。該技術(shù)的具體施工流程為：①先以低排量注入前置酸液，對泥漿污染嚴(yán)重的水平井跟部進(jìn)行小規(guī)模的解堵；②進(jìn)行多級交替注入，交替注入纖維暫堵液和酸液。纖維暫堵液不僅能對高滲透帶和裂縫帶起到暫堵作用，迫使酸液流向低滲透、污染嚴(yán)重的層段，而且還能降低儲(chǔ)層溫度，減緩酸巖反應(yīng)速率，增加酸液有效作用距離；③待最后一級纖維暫堵液進(jìn)入儲(chǔ)層后，采用大排量泵入酸液，在儲(chǔ)層中建立壓差，迫使在地應(yīng)力小的地方壓開新裂縫，從而達(dá)到均勻改造的效果；④閉合酸壓階段，酸液進(jìn)一步溶蝕近井地帶裂縫巖石壁面，大大提高近井地帶的導(dǎo)流能力；⑤施工結(jié)束后，關(guān)井1～2 h，使儲(chǔ)層溫度得以恢復(fù)，纖維在高溫殘酸環(huán)境下高度降解，從而達(dá)到清潔改造的效果。

為保證暫堵效果，確保施工前期不壓破地層，采用小排量注入，并與酸液分段間隔注入，同時(shí)在纖維暫堵液段塞前后分別注入一段高粘度壓裂液，一方面為了降溫，另一方面起到隔離酸液和纖維暫堵液的作用。

相對普通酸壓、前置液酸壓技術(shù)，纖維分流暫堵復(fù)合酸壓技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①用酸量小，酸液有效利用率高；②分流暫堵效果好，具有較好的均勻改造儲(chǔ)層的效果；③不受井深、井身結(jié)構(gòu)等的限制，適用范圍廣，施工操作簡單，風(fēng)險(xiǎn)低。

4　現(xiàn)場應(yīng)用效果

A1井是川東北長興組②號礁帶的1口水平開發(fā)評價(jià)井，完鉆斜深為7 971 m，完鉆垂深為6 946.44 m，為襯管完井方式，水平井段長度為717.69m。該井儲(chǔ)層巖性主要為灰質(zhì)白云巖、粉—細(xì)晶白云巖。測井解釋各類儲(chǔ)層共96層760m，其中Ⅰ類氣層12層43.3m，Ⅱ類氣層39層426.2m，Ⅲ類氣層34層233.9m，含氣層11層56.6m。根據(jù)錄井顯示、測井解釋結(jié)果等資料，決定對該井6 969～7 202和7 453～7 950m層段進(jìn)行酸壓改造施工，同時(shí)確定采用2級暫堵。

A1井于2014年3月17日進(jìn)行酸化施工，共注入液體1 296m3，其中膠凝酸930m3，閉合酸20m3，頂替液41m3，壓裂液215m3，纖維暫堵液90m3，纖維暫堵劑加入量為1 500 kg，暫堵液中纖維質(zhì)量濃度為16.7 kg/m3，具體的施工泵注程序見表3。其中，暫堵階段采用小排量注入，暫堵階段結(jié)束后采用大排量注入酸液進(jìn)行施工，以期壓開新裂縫，達(dá)到均勻改造的效果。與此同時(shí)，由于儲(chǔ)層地壓系數(shù)較低，殘酸返排困難，決定酸壓施工后期采用伴注液氮工藝助排。其中在第9—11階段伴注液氮，最后泵注3m3純液氮，以增加地層能量，提高返排率。

表3 A1井施工泵注程序Table3　Pumping program ofWellA1

由A1井酸壓施工曲線（圖2）可以看出：暫堵段塞階段，纖維暫堵液進(jìn)入儲(chǔ)層后，在排量穩(wěn)定的情況下，施工壓力分別提高了5和8MPa，說明纖維暫堵轉(zhuǎn)向效果非常明顯；在后期大排量注入酸液時(shí)，施工壓力出現(xiàn)明顯的尖峰，說明地層中有新裂縫開啟，達(dá)到了均勻改造的效果。

圖2　A 1井酸壓施工曲線Fig.2　Acid fracturing operation curve ofWell A1

返排結(jié)束后，油壓穩(wěn)定在36MPa，井口溫度為56.5℃，酸壓后產(chǎn)氣量為82.5×104m3/d，無阻流量高達(dá)310.5×104m3/d，增產(chǎn)倍比為2.9，增產(chǎn)效果顯著。

截至2014年6月，纖維分流暫堵復(fù)合酸壓技術(shù)在目標(biāo)氣藏共實(shí)施10井次，工藝成功率達(dá)100%。施工中纖維暫堵劑用量為600～1 650 kg，暫堵后流壓上升3～10MPa，說明纖維暫堵劑對高滲透帶及天然裂縫實(shí)現(xiàn)了有效封堵，暫堵有效率約為80%；酸壓施工后，產(chǎn)氣量均大于50×104m3/d，部分井產(chǎn)氣量高達(dá)100×104m3/d，增產(chǎn)倍比為1.75～6.1，增產(chǎn)效果顯著。

5　結(jié)論

研制的新型可降解纖維暫堵劑在攜帶液中分散性能好，能封堵天然裂縫，且能高度降解，達(dá)到清潔改造儲(chǔ)層的效果。

纖維封堵裂縫分為纖維暫堵劑在裂縫淺層堆積、纖維暫堵劑在裂縫口處堆積和纖維濾餅壓實(shí)3個(gè)階段。

A1井酸壓施工曲線中暫堵階段施工壓力上升明顯，酸壓改造后產(chǎn)量顯著增加，均勻改造效果好。纖維分流暫堵復(fù)合酸壓技術(shù)可以有效地解決強(qiáng)非均質(zhì)性和天然裂縫發(fā)育儲(chǔ)層的酸壓改造酸液分布問題，是機(jī)械方式無法封隔改造時(shí)有效的替代方法，可顯著提高酸壓改造效果。

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編輯常迎梅

Research and app lication of com positeacid fracturing technologyw ith fiber diversion tem porary p lugging in ultra-deep carbonatehorizontalwells

Yang Qianlong1，Huang Yuzhong2，Liu Pingli1，Zhao Liqiang1，Ding Dong2，F(xiàn)eng Yinsheng1

（1.State Key Laboratory ofOiland GasReservoirGeology and Exploitation，SouthwestPetroleum University，Chengdu City，Sichuan Province，610500，China；2.Engineering Technology Research Institute，SouthwestOiland GasCompany，SINOPEC，Deyang City，Sichuan Province，618000，China）

Acid fracturing is the key production and stimulation technology for the carbonate reservoirs.Ultra-deep horizontalwells should be reformed through staged acid fracturing for their complexwell conditions.Mechanical packer acid fracturing technology is limited and cannot be used in the ultra-deep horizontalwells due to the influence ofwell depth and structure.A new type of biodegradable fiber temporary plugging agent has been developed to ensure the success rate and stimulation effectof thesewells.Performance evaluation indicates that the new agenthas great dispersion and degradation performance，and the diverting and plugging effect is obvious；in themeanwhile，a composite acid fracturing technology has been put forward.By the end of June 2014，10wellshavebeen treated with this technology achieving 3-10MPa increase in flow pressure，80%of efficiency，and 1.75-6.1 times of stimulated production.The gas production rate after treatment is about50×104m3/d and someare higher than 100×104m3/d，which indicatessignificantstimulation effect.Laboratory experiment and field tests both confirm that this technology can realize effective stimulation in the ultra-deep horizontal wells with strong heterogeneity and developed fractures.The treatmentprocess is simplewith low operation risk and greatadaptability.So itis recommended toapplywidely.

carbonate rocks；horizontalwells；acid fracturing；fiber temporary pluggingagent；sealing

TE357.2

A

1009-9603（2015）02-0117-05

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500；2.中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽618000）

2015-01-04。

楊乾龍（1988—），男，陜西寶雞人，在讀碩士研究生，從事酸化壓裂增產(chǎn)技術(shù)研究。聯(lián)系電話：18782213670，E-mail：yangql_frac@ 126.com。

中國石化科研攻關(guān)項(xiàng)目“元壩超深高含硫氣藏開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”（P13056）。