塔中地區(qū)碳酸鹽巖儲層酸壓曲線特征分析

陳軍，文國華，王甲昌，單鋒 (中石油塔里木油田公司塔中油氣部，新疆 庫爾勒 841000)

陳巖 (油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長江大學(xué))，湖北 武漢 430100)

史文洋 (中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249)

黃銳 (長江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

塔中地區(qū)碳酸鹽巖儲層酸壓曲線特征分析

陳軍，文國華，王甲昌，單鋒 (中石油塔里木油田公司塔中油氣部，新疆 庫爾勒 841000)

陳巖 (油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長江大學(xué))，湖北 武漢 430100)

史文洋 (中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249)

黃銳 (長江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

塔中地區(qū)碳酸鹽巖儲層孔隙度和滲透率較低，且裂縫發(fā)育具有強(qiáng)非均質(zhì)性的特點(diǎn)，鉆完井往往需要進(jìn)行酸壓改造儲層以期溝通井周縫洞體。根據(jù)該區(qū)塊酸壓施工曲線的形態(tài)，并結(jié)合地質(zhì)和生產(chǎn)資料，將酸壓施工曲線分為:未溝通縫洞體、溝通一定規(guī)模裂縫系統(tǒng)、溝通較大規(guī)模裂縫系統(tǒng)、溝通天然裂縫4類，以此判斷酸壓施工對儲層的溝通改造效果。在實(shí)際酸壓施工進(jìn)行儲層改造時(shí)，可根據(jù)壓力曲線的變化形態(tài)及時(shí)調(diào)整施工方案和施工參數(shù)，以達(dá)到有效溝通儲層的目的。

碳酸鹽巖；儲層裂縫；酸化曲線

塔中地區(qū)屬于奧陶系碳酸鹽巖儲層，工區(qū)基質(zhì)孔隙度小于1.8%，滲透率分布在0.01～3mD，平均孔隙度、滲透率均較低，屬于低孔低滲型油氣儲層，但裂縫較為發(fā)育，具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性。為達(dá)到建產(chǎn)目的，鉆完井后往往需要進(jìn)行酸壓作業(yè)，由于現(xiàn)有的物探技術(shù)難以對鉆遇目標(biāo)儲層的裂縫形態(tài)和分布進(jìn)行精確詳細(xì)的描述，因此需要對酸壓施工曲線進(jìn)行總結(jié)分析。

酸化壓裂技術(shù)是針對碳酸鹽巖儲層油氣井的一項(xiàng)直接有效增產(chǎn)措施，也是解決低孔、低滲透碳酸鹽巖油氣藏開發(fā)生產(chǎn)的一項(xiàng)重要手段。酸壓施工曲線是通過施工泵壓的變化來反映施工作業(yè)時(shí)井下裂縫延伸的真實(shí)工況，了解酸壓施工程序和過程、掌握酸壓施工曲線特征形態(tài)，對酸壓作業(yè)施工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、合理調(diào)參、分析評估酸壓增產(chǎn)效果以及現(xiàn)場監(jiān)督與驗(yàn)收等具有十分重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義[1]。

1 儲層特征與酸壓概況

塔中地區(qū)主要發(fā)育上奧陶統(tǒng)良里塔格組和下奧陶統(tǒng)鷹山組油氣儲層。良里塔格組巖石類型主要以礁灘相亮晶顆粒灰?guī)r和泥晶顆?；?guī)r為主；鷹山組巖石類型主要有泥晶灰?guī)r和顆?；?guī)r2種，其他巖性如云質(zhì)灰?guī)r、泥晶云巖和砂屑云巖含量較少，各井區(qū)巖石組成有所差異。

塔中奧陶系碳酸鹽巖儲層的埋深一般為5300～5700m，埋藏較深，平均地層溫度135℃，儲層溫度高，且具有很強(qiáng)的均質(zhì)性。儲集類型主要有裂縫型、裂縫-孔洞型及裂縫-溶洞型3類[2]。一般鉆井過程中出現(xiàn)放空或者泥漿漏失的井可自然建產(chǎn)，這是因?yàn)殂@遇了較大的有效縫洞儲集體，而大部分油氣井鉆遇物性較差、縫洞系統(tǒng)不發(fā)育、連通性整體較差的碳酸鹽巖儲層，無法自然建產(chǎn)。針對物性較差的儲層需要進(jìn)行儲層的二次改造，通過酸壓施工形成具有一定導(dǎo)流能力和一定長度的人工裂縫，溝通井周油氣滲流通道和油氣儲集體，以達(dá)到工業(yè)油氣流的生產(chǎn)要求。

統(tǒng)計(jì)塔中地區(qū)40口直井酸壓資料，其中22口井為多級交替酸壓，8口井為普通酸壓，5口井為前置液酸壓，4口井為轉(zhuǎn)向酸酸壓，1口井為閉合酸壓。其中，多級交替酸壓中9口為二級交替酸壓，10口為三級交替酸壓，3口為四級交替酸壓。酸液體系以膠凝酸、膠凝酸+交聯(lián)酸為主。泵注程序?yàn)椋呵爸脡毫岩骸z凝酸(膠凝酸+交聯(lián)酸)→前置壓裂液→膠凝酸(膠凝酸+交聯(lián)酸)→頂替液。

2 曲線形態(tài)及特征分析

酸化壓裂是一種利用高壓泵入的壓力液憋壓造成地層破裂，通過酸液刻蝕一定的裂縫，使得地層巖石不能完全閉合或者閉合之后存在一定的人工裂縫的改造工藝。酸壓工藝與水力壓裂工藝不同之處在于酸化壓裂是利用酸液腐蝕、融刻巖石來代替攜砂液或支撐劑防止地層完全閉合。2種工藝雖然有一定的區(qū)別，但都是建立在液壓破巖造縫的基礎(chǔ)之上，而且施工作業(yè)的壓力曲線變化形態(tài)具有很高的相似性，故可以通過壓裂曲線形態(tài)研究分析酸壓曲線的特征。

2.1 壓裂施工曲線

在壓裂施工過程中，由于壓裂液根據(jù)壓裂設(shè)計(jì)方案提前配置，而且壓裂液性能比較固定，因此，基于理想壓裂曲線理論，并根據(jù)高壓泵注入工作液時(shí)注入排量和施工壓力的變化關(guān)系，建立理論壓裂施工曲線以定性反映液壓造縫情況、裂縫延伸程度以及井周儲層裂縫發(fā)育特征[3]。

圖1 理論壓裂施工曲線圖

2.2 酸壓施工曲線

在酸壓施工液類型、泵入量不變的情況下，影響施工泵壓的主要因素是儲層本身的屬性特性。碳酸鹽巖儲層裂縫較為發(fā)育，儲集空間類型分為空隙、裂縫、孔洞、溶洞4類。碳酸鹽巖成巖過程中，由于地層水溶解和礦物沉積的作用，縫洞體多為方解石、泥質(zhì)礦物所充填，加上裂縫發(fā)育具有強(qiáng)非均質(zhì)性，因此，鉆遇不同裂縫儲層的油氣井，酸壓曲線形態(tài)也不同。一方面，儲層巖石應(yīng)力的差異性導(dǎo)致酸壓裂縫幾何形態(tài)的差異性，進(jìn)一步表現(xiàn)為酸壓裂縫中工作液體摩阻大小的變化；另一方面，不同儲集類型在空間上分布的非勻質(zhì)性，造成不同階段的酸壓液體濾失程度有所差異，同樣引起施工泵壓的變化。

酸壓施工與壓裂施工有一定的區(qū)別，酸壓是通過酸液溶蝕巖石形成裂縫來代替水力壓裂中支撐劑的造縫效果，但利用液體憋壓造縫的機(jī)理相似，因此，2種施工曲線形態(tài)具有相同之處。酸壓施工曲線可分為4個(gè)階段，各階段酸壓曲線特征如下：

1) 地層破裂的壓力曲線。在酸壓泵注前置壓裂液期間，初期為泵注憋壓階段，施工泵壓、排量均表現(xiàn)為上升趨勢；后期為地層破裂階段，泵壓和排量曲線變化常表現(xiàn)2種形態(tài)，①泵壓曲線保持不變，但排量曲線表現(xiàn)為上升趨勢；②施工泵壓快速下降，但排量保持穩(wěn)定或者上升趨勢。

2) 裂縫延伸曲線。發(fā)生在注入前置液壓裂期間，泵壓緩慢上升，但排量較穩(wěn)定，變化幅度較小。

3) 注酸泵降曲線。發(fā)生在注酸后酸鹽反應(yīng)期間，在泵入量較穩(wěn)定的階段，泵壓具有明顯下降趨勢，此階段的曲線形態(tài)因注酸量、酸液類型、酸巖反應(yīng)快慢的不同而有所差異。

4) 停泵測壓曲線。該階段停泵測試壓力10～20min，一般15min。可以通過對終止泵壓的大小、停泵壓降的快慢與大小的分析，判斷酸壓裂縫是否溝通井周縫洞體、儲層特征以及地層壓力大小。

2.3 酸壓特征分析

若酸壓施工曲線中，泵注前置液階段地層破裂點(diǎn)明顯，裂縫延伸階段人工裂縫向前延伸速度緩慢，擠酸階段泵壓下降明顯，擠頂替液階段泵壓較低，停泵測壓階段停泵壓力下降較快，終止泵壓較低，通過這些階段性曲線特征可定性判斷為酸壓造縫溝通效果較好。同理，利用不用酸壓曲線形態(tài)的差異性，可以建立與酸壓相對應(yīng)的裂縫溝通模式，進(jìn)而定性的判斷酸壓改造效果。將該區(qū)塊的酸壓曲線進(jìn)行分類總結(jié)，可劃分為以下4類：

同樣，風(fēng)險(xiǎn)分析、評估也存在難點(diǎn)。沈崇德舉例稱，如風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)到底是多少？因認(rèn)識的差異，仁者見仁，智者見智。

圖2 未溝通儲集體酸壓曲線圖

1)酸壓未溝通儲集體(見圖2)。泵注前置壓裂液期間，破裂點(diǎn)不明顯，泵壓緩慢上升只反映裂縫延伸，且延伸壓力較高；在泵注酸液時(shí)期間，壓力較穩(wěn)定或下降幅度較小，僅反映正常的酸巖反應(yīng)；在停泵測壓階段，因儲層物性差，停泵壓力較高，壓降較緩慢、幅度較小，停泵壓降曲線表現(xiàn)為直線型或緩慢下降型。

整體來看，排量穩(wěn)定時(shí)施工壓力變化不大，若施工壓力有較大變化，但和排量變化保持一致。套壓數(shù)值比較穩(wěn)定，幾乎無變化。求產(chǎn)曲線快速下降，一般供液能力不足，物性較差，酸壓效果差。

2)酸壓溝通了一定規(guī)模的縫洞儲集體(見圖3)。泵注前置液階段，地層破裂壓力明顯，油壓隨排量的變化而變化，說明地層滲流面積大，地層物性較好；泵注酸液階段，壓力有一定幅度下降；停泵測壓降階段，停泵壓力較低且泵壓呈下降趨勢。

圖3 溝通一定縫洞儲集體酸壓曲線圖

整個(gè)酸壓施工階段，套壓波動不大；求產(chǎn)曲線呈下降趨勢，一般供液能力較差，物性較差，儲集體規(guī)模不大，酸壓效果較差或一般、

3)酸壓溝通了較大規(guī)模儲集體(見圖4)。井周附近裂縫發(fā)育，泵注前置液和泵入酸時(shí)，泵壓曲線無明顯破裂壓力，泵壓及排量能保持穩(wěn)定，泵壓曲線因不出現(xiàn)拐點(diǎn)而無法判斷閉合壓力。

整體來看施工過程，壓力連續(xù)小幅度下降、或斜坡型快速下降；排量穩(wěn)定時(shí)泵壓有明顯下降；停泵壓力較低，物性較好；停泵壓降明顯，有一定幅度。套壓波動范圍不大，求產(chǎn)曲線呈下降趨勢，油壓、產(chǎn)量較穩(wěn)定，地層能量較充足，酸壓效果較好或明顯。

圖4 溝通較大規(guī)模儲集體酸壓曲線圖

4)酸壓溝通了天然縫洞系統(tǒng)(見圖5)。整體看施工過程中，壓力大幅度下降、或直線下降；排量穩(wěn)定時(shí)或上升泵壓有明顯下降。停泵壓力較低，物性較好；停泵壓降明顯、幅度較大，下降速度較快，可確定酸壓溝通了較大的縫洞體，且停泵壓力反映真實(shí)地層壓力。套壓快速降低落零，求產(chǎn)曲線呈下降趨勢，油壓、產(chǎn)量較穩(wěn)定，地層能量較充足，供液能力較強(qiáng)，酸壓效果較好或明顯。

圖5 溝通天然縫洞系統(tǒng)酸壓曲線圖

3 施工井例分析

該次測試井段6273.00～6320.00m，測試厚度47.00m，測試層位奧陶系(O)，巖性為褐灰色灰?guī)r、褐灰色熒光灰?guī)r。該井酸壓目的層段的油氣顯示較好，物探資料表明該層段屬于雜亂反射類[2,4]，取芯、測井解釋表明酸壓層段裂縫、溶蝕孔洞較為發(fā)育，井周整體儲層物性較好。

裸眼射孔后進(jìn)行酸壓(見圖6)，共注入井筒酸液80.8m3，擠入地層酸液52.3m3，泵壓33.9～85.2MPa，套壓23～34.3MPa，排量0.45～1.8m3/min。因套壓升高停止施工，用6.35mm油嘴放噴排液，油壓從52.2MPa下降到0.5MPa，套壓從30MPa下降到0MPa，共排出殘液56.5m3，罐口H2S濃度最高960PPm。

從酸壓曲線(見圖6)可以看出，整個(gè)酸壓工程排量較低，低擠壓裂液時(shí)泵壓迅速升高，破裂壓力不明顯，說明井周附近裂縫系統(tǒng)不發(fā)育，儲層致密，地層吸液能力差。高擠交聯(lián)酸階段泵壓陡降，套壓幾乎落0，停泵壓力較低且無明顯壓降，說明高擠交聯(lián)酸階段溝通了井外較遠(yuǎn)的縫洞系統(tǒng)，造成泄壓，酸壓效果較好。從求產(chǎn)曲線(見圖7)可以看出，油壓和產(chǎn)量相對較穩(wěn)定，表明試油期間地層能量較充足。

從井下電子壓力計(jì)監(jiān)測的實(shí)測壓力曲線圖(見圖8)可以看出，關(guān)井井口壓力恢復(fù)較慢，說明遠(yuǎn)處儲集體滲透性不是太好。本層恢復(fù)特征為井儲時(shí)間長，恢復(fù)早期呈單斜率直線上升，延續(xù)時(shí)間達(dá)70多小時(shí)，井儲分析(見圖9)得井儲體積為8143m3，該井儲體積反映酸壓后連通大洞的體積。從關(guān)井恢復(fù)壓力的雙對數(shù)診斷曲線(見圖10)可看出，地層壓力變化在關(guān)井的后期表現(xiàn)為壓力下掉，表明遠(yuǎn)離井周的儲層物性有所轉(zhuǎn)好。用雙對數(shù)分析匹配分析得地層的滲透率K=1.975mD，表皮系數(shù)S=-8。中測時(shí)近井地帶表現(xiàn)為低滲致密，因此該滲透率參數(shù)并非近井地帶的滲透率表現(xiàn)，而是反映大洞圍巖的供液情況，這與酸壓曲線顯示溝通了較遠(yuǎn)處縫洞體一致。

圖6 酸壓施工曲線圖

圖7 求產(chǎn)曲線圖

圖8 直讀實(shí)測壓力曲線圖

圖9 直讀關(guān)井井儲分析圖

圖10 直讀關(guān)井雙對數(shù)分析圖

通過對比分析井下電子壓力計(jì)記錄的壓力數(shù)據(jù)和現(xiàn)場地面壓力數(shù)據(jù)來看，地面施工壓力的變化趨勢與井下壓力變化趨勢是一致的。因此，在無法進(jìn)行地面直讀井下壓力的情況下，地面記錄的施工壓力曲線可直接作為評判儲層物性的定性工具。

4 認(rèn)識與結(jié)論

1)酸壓施工曲線在無法進(jìn)行地面只讀井下壓力的情況下，可作為判斷儲層物性的定性工具。

2)與壓裂施工曲線相似，酸壓曲線分為地層破裂、裂縫延伸、注酸泵降、停泵測壓4個(gè)階段。

3)根據(jù)酸壓曲線各階段形態(tài)特征可以定性的判斷酸壓裂縫與井周縫洞系統(tǒng)的溝通程度。

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[編輯] 辛長靜

2016-07-19

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05015，2011ZX05013)；長江大學(xué)青年基金項(xiàng)目(2015cqn77)。

陳軍(1973-)，男，高級工程師，現(xiàn)主要從事地質(zhì)工程方面的研究工作；E-mail：chengj-tlm@petrochina.com.cn。

TE353.2

A

1673-1409(2016)31-0024-07

[引著格式]陳軍，文國華，王甲昌，等.塔中地區(qū)碳酸鹽巖儲層酸壓曲線特征分析[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016,13(31)：24～30.