固體酸酸化壓裂技術(shù)應(yīng)用研究

蘇 奇，毛振宇，張 娟，李永濱

（1.長(zhǎng)慶油田第六采油廠，陜西 西安 710200；2.長(zhǎng)慶科技工程有限公司，陜西 西安 710014；3.長(zhǎng)慶油田第六采油廠工藝研究所，陜西 西安 710014）

酸化壓裂是，以大于地層破裂壓力下，壓開地層，注入酸液，酸液可與巖石表面形成不均勻裂縫，溝通天然縫隙，使的裂縫閉合和具有良好導(dǎo)流能力，提高單井產(chǎn)量[1]。酸壓增產(chǎn)效果主要受裂縫長(zhǎng)度和裂縫導(dǎo)流能力影響，由于常規(guī)酸壓技術(shù)酸液與巖石反應(yīng)速度過快，體系濾失嚴(yán)重，殘余酸液在地層深部以難實(shí)現(xiàn)有效改造，致使酸蝕裂縫長(zhǎng)度短，儲(chǔ)層改造效果不佳。為此，業(yè)界學(xué)者提出了固體酸酸壓技術(shù)。固體酸是通過酸化壓裂對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造，將緩釋型以固體顆粒形式分散于壓裂液內(nèi)，前置液壓開裂縫后將固體酸注入裂縫中，固體酸在地層內(nèi)緩慢降解釋放出酸液，刻蝕地層，提高裂縫導(dǎo)流能力，降低酸液在近井地帶的消耗，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層深穿透改造[2]。固體酸酸壓技術(shù)可有效克服這些缺點(diǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)深度酸壓，又能達(dá)到很好的降濾失效果，減緩設(shè)備腐蝕，因此固體酸酸壓技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景[3]。

1 固體酸酸化壓裂機(jī)理

固體酸是將酸也固化成固體后，根據(jù)使用要求粉碎成不同粒徑顆粒，在顆粒表面覆蓋惰性可溶或可滲透薄膜。酸壓施工中，前置液壓開裂縫后，將交聯(lián)的固體酸顆粒攜帶液注入地層裂縫。泵注結(jié)束后，固體酸顆粒沉降或懸浮于裂縫中，在地層條件下固體酸顆粒降緩慢溶解并釋放酸液，或裂縫閉合后顆粒破碎釋放酸液。釋放出的酸液溶解并電離出大量的H+，溶蝕裂縫壁面的巖石，造成裂縫壁面的非均勻刻蝕，形成良好的導(dǎo)流能力，溝通地層深部空隙和裂縫，增加單井產(chǎn)量。由于固體酸在裂縫中的運(yùn)移與壓裂支撐劑相似，因此可以大幅提高酸蝕裂縫的有效距離，降低酸液在儲(chǔ)層中的濾失，獲得較好的儲(chǔ)層改造效果。較目前常規(guī)的酸壓技術(shù)相比，固體酸酸壓技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)如下：

1.1 增加穿透改造距離

常規(guī)酸壓工藝由于酸液濃度較高、酸性強(qiáng)、反應(yīng)快，近井地帶反應(yīng)消耗嚴(yán)重，對(duì)于高溫油氣藏更為明顯，致使油藏深部殘存酸液低，無法有效改造，因此有效作用距離較小。固體酸可隨交聯(lián)液注入更深的裂縫中再釋放，大幅減少近井酸液消耗，增加儲(chǔ)層穿透改造距離，長(zhǎng)度更長(zhǎng)裂縫，溝通地層天然孔縫，形成樹狀結(jié)構(gòu)的蚯蚓狀酸蝕裂縫。

1.2 降低液體濾失

常規(guī)酸往往酸液存在一定濾失，在存在天然裂縫的油藏更為嚴(yán)重，固體酸在體系中可有效暫堵天然裂縫，降低體系濾失量。

1.3 降低管線腐蝕

常規(guī)酸壓工藝酸液濃度高，對(duì)管線設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，往往需要大量添加緩蝕劑來降低腐蝕速率。固體酸在地面管線和井下管柱中以微膠囊或聚合物形式存在，釋放或降解速率低，基本無酸性，因此腐蝕性低，減少了酸液對(duì)管線和設(shè)備的腐蝕，同時(shí)也減少了緩蝕劑的用量。

1.4 易于儲(chǔ)存運(yùn)輸

常規(guī)酸壓工藝酸液多為現(xiàn)場(chǎng)配置，高濃度酸液運(yùn)輸儲(chǔ)存均有一定風(fēng)險(xiǎn)，由于油田作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)偏遠(yuǎn)地區(qū)，更增加了運(yùn)輸儲(chǔ)存的安全隱患。固體酸以固體形式存儲(chǔ)，運(yùn)輸方便，安全性較高，易于現(xiàn)場(chǎng)施工。

1.5 酸敏性低

固體酸不易造成地層膠結(jié)物集中大量溶解，巖石膠結(jié)物較為穩(wěn)定，不會(huì)堵塞空隙。此外，該技術(shù)可采用有機(jī)酸體系，有機(jī)酸體系通常對(duì)地層酸敏性較低，pH值變化幅度較小，通常不會(huì)形成沉淀造Fe(OH)3、Fe(OH)2、Al(OH)3、CaF2等成二次傷害。

2 固體酸材料

2.1 無機(jī)酸

無機(jī)酸固體酸材料主要包括固體鹽酸和固體硝酸等，這類酸酸性強(qiáng)，通常用于酸敏性較低油藏和碳酸鹽巖油藏的酸化壓裂。酸液與巖石反應(yīng)的刻蝕程度主要受到溫度、酸濃度影響，而固體酸的酸濃主要通過酸含量和釋放速率來控制。

2.2 有機(jī)酸

有機(jī)酸固體酸材料主要包括氨基磺酸、氯乙酸和聚交酯類化合物等。這類酸酸相對(duì)較弱，通常用于碳酸鹽巖油藏的酸化壓裂。氨基磺酸和氯乙酸自身可電離出氫離子，低溫下具有良好的溶解性，但溫度較高時(shí)，自身容易分解，所以通常用于溫度低于80℃的油藏。聚交酯類化合物高溫下可分解產(chǎn)生羥基乙酸，可用于溫度較高的油藏。羥基乙酸是一種中強(qiáng)酸性有機(jī)酸，酸性強(qiáng)于甲酸和乙酸，與氯乙酸相近，可與石灰?guī)r和白云巖等碳酸鹽巖儲(chǔ)層反應(yīng)，刻蝕地層，形成導(dǎo)流能力；以及與鈣質(zhì)，鐵質(zhì)沉淀反應(yīng)，解除地層堵塞。

3 固體酸制備工藝

該公司所用固體酸可制備成粉末狀和微球狀。粉末狀通常用于注水井井筒清洗及地層解堵，將酸和黏結(jié)劑固化干燥后，將其粉碎成粉末，在施工現(xiàn)場(chǎng)將粉末配置成酸液后注入地層。

微球狀可采用微膠囊包裹技術(shù)，該技術(shù)與美國(guó)專利提出的包膠酸類似，通過在表面覆蓋溶解性或滲透性涂層覆蓋，來控制釋放速率和溫度。根據(jù)費(fèi)克擴(kuò)散定律，微膠囊包膜越厚，十?dāng)U散越慢，釋放時(shí)間延后越多溫度升高則擴(kuò)散速率增大，延遲釋放時(shí)間變短。因此可以根據(jù)實(shí)際地層溫度和所需施工時(shí)間確定微膠囊包膜的厚度，實(shí)現(xiàn)固體酸在井筒中不釋放而當(dāng)酸液進(jìn)人地層后才釋放的目的。同時(shí)，微膠囊受到巖石大應(yīng)力作用時(shí)會(huì)發(fā)生膜破裂，也可將固體酸在地層中迅速釋放出來。因此可以根據(jù)實(shí)際地層溫度和所需施工時(shí)間確定微膠囊包膜的材料和厚度，實(shí)現(xiàn)固體酸在井筒中不釋放而當(dāng)酸液進(jìn)人地層后才釋放的目的。

4 應(yīng)用進(jìn)展

國(guó)內(nèi)近年在固體酸酸化壓裂技術(shù)的應(yīng)用取得了一定進(jìn)展，多次施工試驗(yàn)中均取得了良好的效果。西北油田TH10115CH采用全新的固體酸深穿透酸壓工藝改造。該體系在80～90℃下開始釋放，30～40min內(nèi)完全釋放，最終濃度達(dá)13.6%，有效作用距離高達(dá)150m，較目前常用膠凝酸體系作用距離提升80%，能有效實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層深部改造。該井固體酸用量達(dá)15t，固體酸施工階段排量達(dá)5.2m3/min，施工壓力由62MPa降至42MPa，下降幅度達(dá)20MPa，溝通效果明顯，日產(chǎn)原油15t，相比改造前日油（0.6t）能力提高了24倍，增油效果顯著。塔河油田T805（K）井采用溫控固態(tài)延遲酸酸化施工，累計(jì)泵入液體1000m3，溫控固態(tài)延遲酸75t，最高排量7.1m3/min，最高泵壓92.0MPa，施工歷時(shí)4h3min。本次施工采用的溫控固態(tài)延遲酸屬于塔河油田儲(chǔ)層改造的首次應(yīng)用，最高溫控固態(tài)延遲酸濃度達(dá)到40%，刷新國(guó)內(nèi)酸壓施工中溫控固態(tài)延遲酸添加比例最高記錄。從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果來看，固體酸固體酸酸壓壓裂技術(shù)成功解決了現(xiàn)有酸化壓裂技術(shù)有效距離短、改造效果差的缺點(diǎn)，因此具有良好的發(fā)展前景。

5 結(jié)論

1）固體酸酸壓壓裂技術(shù)具有增加穿透改造距離、降低液體濾失、降低管線腐蝕、易于儲(chǔ)存運(yùn)輸和酸敏性低等優(yōu)點(diǎn)，可大幅增加酸蝕裂縫的有效距離，提高儲(chǔ)層改造效果。2）固體酸材料包括無機(jī)酸和有機(jī)酸，可根據(jù)地層條件選擇使用。3）固體酸材料制備微膠囊包裹技術(shù)，通過芯材和壁材來控制溶解釋放速率。4）近年在國(guó)內(nèi)固體酸酸化壓裂技術(shù)多次施工試驗(yàn)中均取得了良好的效果，該技術(shù)具有良好的發(fā)展前景。