富縣采油廠水平井前置酸加砂壓裂酸液配方試驗

何火華，王 全，王 鵬.

(延長油田股份有限公司富縣采油廠，陜西延安 716000)

富縣采油廠長8油層屬于特低孔、特低滲儲層；儲層泥質(zhì)含量高、物性差、滲流阻力大，現(xiàn)有的水平井加砂壓裂不僅在改造投產(chǎn)后產(chǎn)量低、開發(fā)效益不理想，而且還存在著水平井加砂壓裂成功率不理想的問題。而采用前置酸酸液作為水平井加砂壓裂的先導(dǎo)酸液，可以對儲層孔滲進行溶蝕，提高儲層孔隙度和滲透率，降低壓裂作業(yè)地層破裂壓裂，解決因地層破裂壓力高而壓不開的難題，提高水平井壓裂的成功率；并且前置酸酸液對黏土礦物膨脹的抑制以及對壓裂成功后壓裂液殘膠成分的溶蝕，均能有效降低壓裂液殘液對地層的傷害，有效提高單井產(chǎn)能。因此必須根據(jù)油藏地質(zhì)特點，進行適合該區(qū)域油藏的前置酸酸液配方，達到改善油層壓裂改造效果的目的[1-2]。

1 前置酸作用機理

以酸液體系對儲層進行解堵改造，提高壓裂裂縫長并減少鉆井、完井、壓裂殘渣對支撐裂縫的傷害，達到增產(chǎn)目的的工藝措施，其工作液配方簡單、施工方便、成本低、解堵效果明顯[3]。在水平井加砂壓裂施工的基礎(chǔ)上泵注前緣酸液，能有效地溶解地層空隙中的酸溶填隙物，疏通儲層氣液流通道，促使高低滲層天然裂縫的溝通，從而降低水平井加砂壓裂的施工泵壓；前置酸液的溶蝕作用不僅降低施工泵壓，提升了水平井壓裂的成功率，而且能擴大水平井加砂壓裂造縫長度和寬度，為攜砂液提供充足的填充空間，降低施工存在的作業(yè)風險；前置酸酸液可以疏通壓裂人工裂縫壁與儲層之間的壓裂液濾失帶，提高壓裂后儲層的滲透性，這也是水平井前置酸加砂壓裂的重要特點之一；而前置酸與地層的反應(yīng)殘酸在壓裂液反排過程中對壓裂液的破膠作用促使壓裂后壓裂液殘膠的反排效果大大提高，并且提高了加砂壓裂支撐裂縫的導(dǎo)流能力，從而擴大水平井前置酸加砂壓裂的工藝經(jīng)濟效益。隨著延長油田的快速發(fā)展，各區(qū)塊儲層地質(zhì)特征有一定的差異性，開發(fā)油層也越來越呈現(xiàn)三低特點，開發(fā)難度加大。為了提高富縣區(qū)塊新井的開發(fā)效率，根據(jù)儲層特征設(shè)計水平井前置酸加砂壓裂酸液配方[4-11]。

2 前置酸酸液配方試驗

試驗選用富縣采油廠水平井天然巖心，地層液體為富縣采油廠區(qū)塊油井產(chǎn)出液。前置酸酸液類型一般根據(jù)儲層敏感性、巖心礦物成分、儲層傷害情況、水平井施工條件及工藝實施難度進行選擇。室內(nèi)借助儀器分析手段對富縣油田區(qū)塊長6和長8儲層的巖心進行巖礦特征、孔喉結(jié)構(gòu)等儲層巖心的固有特征分析，依據(jù)分析結(jié)果對酸液進行選擇，為前置酸酸液配方的建立提供指導(dǎo)依據(jù)[12-18]。

2.1 巖礦特征分析、含量測試

從砂巖薄片鑒定(表1)來看本區(qū)塊，砂巖主要礦物成分石英和長石含量的和在75%以上，其中均含有酸敏礦物綠泥石，酸液優(yōu)選難度高。綠泥石對鹽酸較為敏感，因此在酸化中酸液應(yīng)選擇低鹽酸濃度體系；對地層中富有鉀鹽礦物質(zhì)的儲層，有機酸會使其中的長石溶解沉淀出伊利石，并且生產(chǎn)酸渣容易堵塞孔喉。

表1 前置酸加砂壓裂試驗區(qū)儲層填隙物組成Table 1 Composition of reservoir interstitial fillings in the pre-acid sand fracturing test area

2.2 目標區(qū)塊溶蝕對酸液的選擇

室內(nèi)研究將富縣采油廠儲層長8區(qū)塊的巖屑和油田常用的酸液(包含鹽酸、氫氟酸、甲酸、乙酸)分別按照1∶20(m/v)的比例進行酸巖反應(yīng)，各組巖屑與酸液均在2 h、室溫條件下試驗。不同濃度情況下酸液對研究區(qū)域巖屑反應(yīng)的溶蝕率如圖1所示。

從圖1可以看出，鹽酸濃度超過12%后，其濃度的增加對巖屑溶蝕率的增長作用不明顯；氫氟酸與巖屑的反應(yīng)較快，酸巖反應(yīng)基本為一次反應(yīng)；甲酸濃度超過5%后，其濃度的增加對巖屑溶蝕率的增長作用不明顯；乙酸濃度超過3%后，其濃度的增加對巖屑溶蝕率的增長作用不明顯。通過分析，為了降低壓裂破壓難度，提高水平井在致密儲層壓裂的成功率，認為富縣采油廠儲層前置酸酸液的配比為：12%鹽酸+3%氫氟酸(土酸體系)或8%鹽酸+5%甲酸+3%乙酸(有機酸體系)。

以巖心礦物成分分析為基礎(chǔ)，選擇研究區(qū)塊不同油井長6和長8層巖心各兩塊，分別取適量巖心粉末，使用以上得到的兩種酸液體系，進行不同酸液配方的溶蝕試驗，酸液和巖心按1∶20(m/v)反應(yīng)；按照本區(qū)塊長6和長8地層的溫度梯度，反應(yīng)時間為90 min。試驗結(jié)果如表2和圖2所示。

表2 巖粉與酸液體系溫度梯度下的溶蝕試驗Table 2 Dissolution experiment of rock powder and acid solution under temperature gradient

通過試驗對比，有機酸與本區(qū)塊巖屑反應(yīng)的溶蝕率在14%～17%之間，土酸體系與本區(qū)塊巖屑反應(yīng)的溶蝕率在29%～32%；較低的酸溶蝕效果對儲層的改造達不到水平井壓裂施工的要求，其發(fā)揮的作用不會很理想；而較高的酸溶蝕效果會增加對儲層的傷害，造成對巖石骨架的傷害，從而引起儲層的坍塌；濃度適宜但量少的酸液對儲層的改造作用效果有限，起不到降低施工泵壓和延伸裂縫的作用。根據(jù)室內(nèi)實驗及現(xiàn)場經(jīng)驗，一般選擇溶蝕率在20%以上的酸液濃度。

2.3 酸巖反應(yīng)下巖層物性的變化

在確定溶蝕率的基礎(chǔ)上，進一步需要了解體系酸液對研究區(qū)儲層的孔滲結(jié)構(gòu)及巖石密度的影響，相應(yīng)的選取研究區(qū)塊的長6、長8層巖心，進行土酸體系與有機酸體系在儲層平均溫度為60 ℃下的酸巖反應(yīng)，獲取酸化前后巖心的物性變化，結(jié)果見表3。

表3 巖芯與酸液體系反應(yīng)的物性變化Table 3 Physical property changes of the reaction between the core and the acid solution

從表3可以看出，土酸體系的反應(yīng)對儲層巖心物性的改造較好；從巖石密度分析，有機酸體系在反應(yīng)中產(chǎn)生的沉淀物填充巖石孔隙，造成反應(yīng)后的巖心密度高于土酸體系反應(yīng)后的巖石密度，進一步說明本油層區(qū)塊不適合使用有機酸體系酸液作為酸化用酸。

2.4 入井酸液溶解壓裂液濾餅試驗

室內(nèi)試驗選擇最佳交聯(lián)比為100∶10，總體積為1 000 mL，形成穩(wěn)定動膠后，分別加入一定量的酸液，在50 ℃、60 ℃進行破膠，待反應(yīng)2 h破膠完全后，用恒重法測酸液對壓裂液凍膠的溶蝕率。

表4 濾餅溶解試驗結(jié)果Table 4 Results of dissolution test of filter cake

試驗結(jié)果說明，加入酸液對壓裂殘液濾餅有一定的溶蝕能力，其中有機酸體系對壓裂液濾餅的最大溶蝕率為8.72%，土酸體系對壓裂液濾餅的最大溶蝕率為13.64%，說明無論土酸體系還是有機酸體系均對壓裂液殘渣具有溶解作用，而土酸體系效果更加明顯，更能積極解除壓裂液對地層造成的傷害。

通過試驗分析，認為富縣直羅油區(qū)前置酸酸液配比為： 12%鹽酸+3%氫氟酸(土酸體系)。在前置酸酸液中添加輔助劑可以防止過度腐蝕、防止形成酸渣和發(fā)生乳化、防止沉淀、幫助壓裂液返排、穩(wěn)定黏土等。因此，建立前置酸酸液體系為：12%鹽酸+3%氫氟酸+0.5%緩蝕劑+0.5%破乳助排劑+0.5%黏土穩(wěn)定劑+0.1%檸檬酸。

3 前置酸酸液體系配伍性能及溶蝕能力

3.1 前置酸酸液體系配伍性能

確定的土酸酸液體系，需要確保其在不同溫度下的絕對配伍性，以及其能與研究區(qū)塊的地層水和地表水有較高的配伍性，還有與壓裂的胍膠液有高配伍性；不能使酸液體系內(nèi)和酸液體系外有接觸的液體產(chǎn)生乳化和沉淀物。室內(nèi)將前置酸土酸體系(12%鹽酸+3%氫氟酸+0.5%緩蝕劑+0.5%破乳助排劑+0.5%黏土穩(wěn)定劑+0.1%檸檬酸)在室溫下(25 ℃、24 h)進行配伍試驗，試驗結(jié)果見表5～表7。

表5 建立的前置酸體系的配伍性結(jié)果Table 5 Compatibility results of the pre-acid system

表6 建立的前置酸體系與地層水及地表水的配伍性結(jié)果Table 6 Compatibility results of pre-acid system with formation water and surface water

表7 建立的前置酸體系與胍膠液的配伍性結(jié)果Table 7 Compatibility results of pre-acid system and guanidine gum solution

3.2 前置酸酸液體系溶蝕能力

將研究區(qū)塊的巖屑與室內(nèi)配置好的建立的前置酸體系按照1∶20(m/v)反應(yīng)，反應(yīng)溫度為60 ℃，分別在0.5 h、1 h、2 h、4 h時測量酸液體系與巖屑反應(yīng)的溶蝕率，試驗結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以得出，在儲層溫度下，建立的前置酸體系在2 h后對巖屑的溶蝕率為31.56%，表明前置酸體系有較好的溶蝕性能。同時在2 h內(nèi)酸液與巖心反應(yīng)時存在緩速效應(yīng)，可以使酸液在壓裂過程中的作用時間更長。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)室內(nèi)試驗確定的前置酸酸液配方，選取相應(yīng)的水平井加砂壓裂層段進行試驗，并選取同區(qū)塊鄰近同層位不加前置酸的水平井加砂壓裂井進行對比，結(jié)果如表8、圖4所示。

表8 施工試驗情況表Table 8 Table of construction experiments

前置酸加砂壓裂壓力平穩(wěn)、施工正常、工藝可行，破裂壓力較不加前置酸水平井壓裂的破裂壓力小3～4 MPa，水平井加砂壓裂成功率達到100%。從生產(chǎn)效果上分析，對比結(jié)果如圖5、圖6所示。

試驗井蘆341平1井，單層加酸量為14.5 m3左右，配方為12%鹽酸+3%氫氟酸+0.5%緩蝕劑+0.5%破乳助排劑+0.5%黏土穩(wěn)定劑+0.1%檸檬酸；蘆341平1井總計15層段加砂壓裂，15層段全部使用前置酸。蘆341平1井現(xiàn)場施工后48 d平均單井產(chǎn)液量為27.04 m3/d，產(chǎn)油量為14.4 t/d；黃265平1井現(xiàn)場施工后48 d平均單井產(chǎn)液量為21.16 m3/d，產(chǎn)油量為9.2 t/d。對比井比試驗井單井日增油5.2 t/d，48 d累計增油249.6 t，增液和增產(chǎn)效果明顯。

5 結(jié)論

(1)借助分析儀器手段、酸液反應(yīng)機理及室內(nèi)評價建立了一套水平井前置酸酸液體系。

(2)新建立的符合富縣采油廠水平井前置酸加砂壓裂的前置酸體系為：12%鹽酸+3%氫氟酸+0.5%緩蝕劑+0.5%破乳助排劑+0.5%黏土穩(wěn)定劑+0.1%檸檬酸。

(3)實驗室對富縣區(qū)塊儲層巖屑的溶蝕率為31.56%，壓裂液中加入前置酸對破膠后壓裂液的溶蝕率為13.64%。

(4)現(xiàn)場試驗證明，該酸液體系對富縣區(qū)塊儲層實施水平井前置酸加砂壓裂有效，增產(chǎn)效果明顯。