裂縫型碳酸鹽巖纖維降濾失實驗研究及應(yīng)用

鄢宇杰，汪淑敏，李永壽，付振永

（1.中國石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.中國石化西北油田分公司信息化管理中心，新疆 烏魯木齊 830011；3.中國石化華北石油工程有限公司，河南 鄭州 450042）

裂縫型碳酸鹽巖纖維降濾失實驗研究及應(yīng)用

鄢宇杰1，汪淑敏2，李永壽1，付振永3

（1.中國石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.中國石化西北油田分公司信息化管理中心，新疆 烏魯木齊 830011；3.中國石化華北石油工程有限公司，河南 鄭州 450042）

為了解決裂縫型碳酸鹽巖儲層天然裂縫發(fā)育、工作液濾失嚴(yán)重、酸蝕縫長短影響酸壓效果的問題，提出利用可降解纖維降濾失方法。采用油田露頭制成的標(biāo)準(zhǔn)巖心，利用動態(tài)濾失儀評價纖維的降濾失性能。對比不同纖維長度、纖維加量、不同泵注排量下的最大驅(qū)替壓差與維持時間，優(yōu)化了降濾失工藝參數(shù)。實驗結(jié)果表明：纖維降濾失效果較好，整體降濾失能力可達到50%；纖維長度5 mm，泵注排量0.5 L/min，纖維加量2.0%時具有良好的降濾失效果。S09井應(yīng)用該工藝，壓力上升8.7 MPa，改造后初期日產(chǎn)液高于同樣儲層類型鄰井43%，效果顯著。

裂縫型碳酸鹽巖；天然裂縫；濾失；纖維；降濾失；工藝參數(shù)

裂縫型碳酸鹽巖儲層天然裂縫發(fā)育，碳酸巖與酸液反應(yīng)，縫壁上很難形成濾餅，酸液在濾失過程中擴大碳酸鹽巖孔隙，形成蚓孔。酸蝕蚓孔的形成將增加酸液濾失量，降低酸液有效穿透距離，影響裂縫的延伸［1-4］。如果不控制酸液濾失，實際產(chǎn)生的裂縫幾何尺寸就很小，影響酸壓增產(chǎn)效果［5-7］，所以降濾失工藝是裂縫型碳酸鹽巖酸壓改造的核心。研究發(fā)現(xiàn)：直徑約15 μm可降解纖維（小于一般的微裂縫寬和蚓孔直徑），可隨酸液流動進入微裂縫或蚓孔；長度約10 mm可降解纖維，在壁面的粗糙部位易于卷曲，具有優(yōu)良的降濾失作用；可降解纖維在酸、堿或地層水環(huán)境中基本上保持穩(wěn)定，經(jīng)過一定時間，纖維可完全降解，從而解決了施工返排問題［8-16］。 鐘森等［17］進行室內(nèi)評價實驗，巖心通過可降解纖維后，滲透率降低至原來的1/1 500，驅(qū)替壓力也大大增加，但未對纖維長度、泵注排量進行優(yōu)化。張合文等［18］在壓差維持2 MPa不變的條件下，對纖維加量分別為0.5%，1.0%，1.5%進行了暫堵層形成時間的測試，實驗結(jié)果表明，形成的纖維暫堵層要有足夠的厚度，以保證酸液的順利轉(zhuǎn)向?；诖耍脛討B(tài)濾失儀評價纖維的降濾失性能，通過對比不同纖維長度、纖維加量、不同泵注排量下的最大驅(qū)替壓差與維持時間，優(yōu)化降濾失工藝參數(shù)，為纖維降濾失工藝現(xiàn)場應(yīng)用提供實驗依據(jù)。

1 實驗材料與原理

1.1 實驗材料

酸液：20%鹽酸＋1%膠凝劑＋2%緩蝕劑＋1%鐵離子穩(wěn)定劑＋1%助排劑＋1%破乳劑。

帶纖維的酸液：纖維+酸液。

實驗巖心：油田露頭巖石，制成長度5.0 cm，直徑2.5 cm柱形巖心，通過劈裂巖心方法將巖心劈成兩半。

1.2 實驗原理

按石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5107—2005《水基壓裂液性能評價方法》進行實驗。以液體累積濾失量為縱坐標(biāo)，時間的平方根為橫坐標(biāo)進行繪圖。根據(jù)后期的點擬合出一條直線，并測出截距和斜率。該直線段的斜率為m，截距h。當(dāng)h小于0時，利用9 min以后的數(shù)據(jù)重新回歸。利用Howard和Fast提出的兩參數(shù)靜態(tài)濾失等式計算造壁濾失系數(shù)：

式中：Cw為濾失系數(shù)，m/min0.5；m為濾失曲線的斜率，mL/min0.5；A 為濾失面積，cm2。

1.3 實驗方法

根據(jù)要求設(shè)置系統(tǒng)壓力p1，由回壓調(diào)節(jié)器控制回壓p2，驅(qū)替壓差為p1-p2。在實驗過程中，將酸液從巖心表面注入，巖心兩端的壓差模擬酸化壓裂施工中裂縫的凈延伸壓力，通過測量進出口壓差、流體流量、濾液質(zhì)量、濾失時間來研究濾失規(guī)律。

2 實驗評價與工藝參數(shù)優(yōu)化

2.1 降濾失實驗評價

酸壓施工時裂縫內(nèi)外有幾個兆帕凈壓力，為防止酸液從巖心周圍漏失，在實驗中施加圍壓。實驗中，觀測蚓孔的形成與擴展。通過對比加纖維與不加的濾失量來評價可降解纖維的降濾失效果。實驗結(jié)果表明（見圖1）：不加纖維時，濾失量非常大且增長很快；加纖維后，在前20 min里，濾失量較小，之后，濾失量增加，但增長速度較慢。最終不加纖維時濾失系數(shù)為1.95×10-3m/min0.5，加纖維后濾失系數(shù)為 9.74×10-4m/min0.5，濾失系數(shù)降低大約50%。

圖1 濾失量與時間關(guān)系

2.2 纖維長度優(yōu)化

實驗條件為纖維加量1.0%，排量0.5 L/min，130℃，分別使用長度2，5 mm纖維進行降濾失效果實驗。實驗表明：當(dāng)纖維長度為2 mm時，最大驅(qū)替壓差為3.85 MPa，維持時間18.0 min；當(dāng)纖維長度為5 mm時，最大驅(qū)替壓差達到4.23 MPa，維持時間21.3 min。實驗分析認(rèn)為，5 mm纖維進入裂縫和蚓孔，更容易搭橋形成致密遮擋層（見圖2）。所以優(yōu)化纖維長度為5 mm。

圖2 纖維長度對降濾失效果的影響

2.3 泵注排量優(yōu)化

實驗條件為纖維長度5 mm，130℃，分別進行排量0.2，0.5，0.8 L/min降濾失效果實驗。實驗表明：當(dāng)排量0.2 L/min時，最大驅(qū)替壓差為3.42 MPa，維持時間19.5 min；當(dāng)排量0.5 L/min時，最大驅(qū)替壓差上升為5.85 MPa，維持時間 21.0 min；當(dāng)排量 0.8 L/min時，最大驅(qū)替壓差上升為6.58 MPa，但維持時間僅為13.1 min（見圖3）。結(jié)果表明，排量為0.5 L/min時，纖維更易進入裂縫形成致密遮擋層，降濾失效果更明顯。

2.4 纖維加量優(yōu)化

選用4塊巖心進行實驗。實驗條件為纖維長度5 mm，排量0.5 L/min，130℃，纖維加量依次為1.0%，1.5%，2.0%，2.5%。

當(dāng)纖維加量為1.0%時，實驗測量了11 min。從巖心酸化后的圖片判斷，酸化形成了較長的主蚓孔，在很短的時間內(nèi)蚓孔就突破了巖心（見圖4，5）。當(dāng)纖維加量為1.5%時，56 min才開始出現(xiàn)濾液，并且出液量逐漸增大，由15 mL增加到198 mL，這應(yīng)是酸蝕蚓孔突破了巖心。酸化后的圖片見到了分支較少的主蚓孔。

圖3 排量對纖維降濾失效果的影響

圖4 纖維加量對降濾失效果的影響

圖5 不同纖維加量巖心圖片

當(dāng)纖維加量為2.0%時，酸液濾失較少且增長較慢。酸化后的巖心照片出現(xiàn)了錐形孔道。因濾失速度小于蚓孔擴展的臨界速度，沒有形成蚓孔，所以出現(xiàn)錐形孔道。當(dāng)纖維加量為2.5%時，120 min才開始出現(xiàn)濾液，但濾失量非常小，僅有0.09 mL，實驗持續(xù)了150 min，取出巖心后發(fā)現(xiàn)形成了短而寬的縫，未穿透巖心也沒有溝通微裂縫，且在裂縫處沉積了纖維。實驗結(jié)果表明，當(dāng)增加纖維加量，酸液濾失量減小，2.0%和2.5%的纖維加量下濾失較小，沒有形成蚓孔。2.0%左右的纖維加量對降濾失效果明顯。

2.5 溫度對纖維降濾失效果影響

高溫一方面加速了酸巖的反應(yīng)速度，另一方面也增加了纖維降解。圖6顯示了溫度對纖維降濾失效果影響，80℃的濾失量為130℃的50%。所以現(xiàn)場應(yīng)用時，應(yīng)早期泵注前置液降溫，提高纖維的降濾失效果。

圖6 溫度對纖維降濾失效果的影響

3 現(xiàn)場應(yīng)用

S09井位于次級斷裂附近裂縫發(fā)育區(qū)域，測井顯示有裂縫-溶孔型儲層，屬于裂縫型碳酸鹽巖儲層。原直井酸壓時，濾失嚴(yán)重，液體效率低，措施改造后為“干層”。側(cè)鉆后為降低液體濾失，擴大改造范圍，進行纖維降濾失試驗?，F(xiàn)場施工采用5 mm長度纖維，纖維加量為2%。根據(jù)實驗優(yōu)化的泵注排量0.5 L/min，采用相同線速度換算現(xiàn)場泵注排量為4.0～4.5 m3/min。為減小溫度對纖維降濾失效果的影響，前期注入200 m3前置液降溫。施工曲線顯示（見圖7），加入纖維后，排量為4.0 m3/min時，油壓由59.4 MPa上升至68.1 MPa，壓力上升8.7 MPa，表明纖維降濾失效果明顯。改造后4 mm油嘴自噴生產(chǎn)，初期日產(chǎn)液60.1 m3，高于同樣儲層類型鄰井43%。

圖7 S09井酸壓施工曲線

4 結(jié)論

1）針對裂縫型碳酸鹽巖的儲層特點，開展了纖維降濾失實驗評價，分別測試了帶纖維酸液與空白酸液的濾失量。實驗表明，加纖維后降濾失能力可達到50%。

2）可降解纖維動態(tài)降濾失實驗結(jié)果表明，纖維長度5 mm，泵注排量0.5 L/min，纖維加量2.0%可達到較好降濾失效果。

3）溫度對纖維降濾失效果影響很大，80℃的濾失量為130℃的50%?，F(xiàn)場應(yīng)用時，建議前期泵注前置液降溫，提高纖維的降濾失效果。

4）S09井進行了纖維降濾失酸壓現(xiàn)場試驗，加入纖維后相同排量下，壓力上升8.7 MPa，投產(chǎn)后初產(chǎn)高于同樣儲層類型鄰井43%，降濾失效果明顯。

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（編輯 楊會朋）

Experiment research and application of reducing fluid loss of fiber in fractured carbonate

YAN Yujie1,WANG Shumin2,LI Yongshou1,FU Zhenyong3
(1.Petroleum Engineering Research Institute,Northwest Oilfield Company,SINOPEC,Urumqi 830011,China;2.Information Management Center,Northwest Oilfield Company,SINOPEC,Urumqi 830011,China;3.Huabei Petroleum Engineering Corporation,SINOPEC,Zhengzhou 450042,China)

The natural fracture of fractured carbonate is rich and fluid loss is serious,which limits the acid corrosion facture extension and affects acid fracturing effect.Aiming at these problems,the method of reducing fluid loss by degradable fiber was proposed.Using standard core made of oilfield outcrops,fluid loss property by dynamic filtration apparatus was estimated;by comparing maximum displacement pressure and hold-time under different fiber length,concentration and flow rate,the technology parameters of reducing fluid loss was optimized.The experiment results show that the effect of reducing fluid loss is good,overall capacity of reducing fluid loss can achieve 50%.With the length of 5 mm,flow rate of 0.5 L/min,concentration of 2.0%,fluid loss can be reduced obviously.Appling this technology to Well S09,the pressure rises 8.7 MPa,and the early daily fluid is 43%higher than adjacent well of the same reservoir type,which has a strong guidance for the fracture carbonate reservoir.

fracture carbonate;natural fracture;fluid loss;fiber;reducing fluid loss;technology parameter

TE357.1+2

A

國家科技重大專項課題“縫洞型油藏堵調(diào)及靶向酸壓工藝技術(shù)”（2016ZX05014-005）

10.6056/dkyqt201704030

2016-12-18；改回日期：2017-05-14。

鄢宇杰，男，1986年生，工程師，碩士，2011年畢業(yè)于長江大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè)，現(xiàn)從事儲層改造研究工作。E-mail：yyjie007@163.com。

鄢宇杰，汪淑敏，李永壽，等.裂縫型碳酸鹽巖纖維降濾失實驗研究及應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2017，24（4）：574-577.

YAN Yujie，WANG Shumin，LI Yongshou，et al.Experiment research and application of reducing fluid loss of fiber in fractured carbonate［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（4）：574-577.