塔中1号气田碳酸盐岩储层酸蚀裂缝导流能力的研究

刘林森,付 珍

(1.安东石油技术(集团)有限公司,北京 100102;2.西南石油大学建筑工程学院,四川成都 610500)

塔中1号气田碳酸盐岩储层酸蚀裂缝导流能力的研究

刘林森1,付 珍2

(1.安东石油技术(集团)有限公司,北京 100102;2.西南石油大学建筑工程学院,四川成都 610500)

塔中1号气田主要为碳酸盐岩储层,酸化压裂是碳酸盐岩油气藏提高单井产量的常用增产工艺措施之一,酸压的导流能力则是评价酸化压裂施工有效性的主要指标。针对塔中1号气田碳酸盐岩储层,采用自行研制的改进API型酸蚀裂缝导流能力试验仪,综合研究了不同缝宽、不同流量、不同温度、不同用酸量等工艺参数对酸蚀裂缝导流能力的影响,为以后塔中其它地区的酸压储层改造提供了实验依据,对同类型地区的酸压改造具有非常重要的参考和指导意义。

酸蚀;酸压;导流能力

塔中1号气田位于塔中低凸起北斜坡带的塔中1号断裂坡折带,主要开发层系为奥陶系良里塔格组及鹰山组,储层主要为碳酸盐岩储层,储集类型主要以裂缝-孔洞型为主。而评价酸化压裂工艺增产措施成功的标准,就是看其产生的导流能力的大小[1],故研究裂缝导流能力的变化规律对提高酸压效果有着非常重要的意义。影响酸蚀裂缝导流能力的主要因素有酸岩反应动力学参数、储层特性、储层硬度和裂缝闭合应力。酸岩反应动力学参数主要影响岩石的溶蚀速度,与温度、排量、酸浓度等因素有很大关系;储层特性决定了裂缝刻蚀的非均质性;储层硬度和裂缝闭合应力是影响导流能力的力学因素;随着闭合应力的增大,裂缝导流能力会随之降低。因此,了解各因素对酸蚀裂缝导流能力影响规律后,通过在工艺上合理控制各项参数,就可以达到提高酸蚀裂缝导流能力,提高酸压效果的目的[2]。

1 实验仪器及方法

本次实验采用西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室酸蚀导流能力实验模拟装置进行的。酸蚀裂缝导流能力实验仪器结构简图见图1。

试验中的酸液全部为塔中1号气田现场用酸液体系,岩样采用塔中奥陶系灰岩岩心,进行酸岩反应试验后,对其酸蚀岩样进行常温下的酸蚀裂缝导流能力测试,以水作为流动介质,闭合压力范围0～100 MPa,计算采用达西定律:

式中,wkf-酸蚀裂缝导流能力,μm2·cm;Q-排量,mL/s;μ-黏度,mPa·s;L-缝长,cm;H-缝高,cm;△P-压差,Pa。

2 实验结果分析

2.1 初始缝宽对裂缝导流能力的影响

采用1.0 mm、2.0 mm两种缝宽条件进行酸蚀裂缝导流能力试验。实验设定的参数见表1所示。其他条件相同条件下,不同裂缝宽度酸后的裂缝导流能力测试显示,变黏酸化后的裂缝的导流能力随着地层闭合应力的增加,均有不同程度下降,下降幅度不大,且缝宽1 mm导流能力略高于缝宽2 mm的导流能力。

表1 初始缝宽对酸蚀导流能力的影响(变黏酸)

由表1看出,在注酸排量一定时,随缝宽增加酸液流速降低,酸蚀裂缝导流能力随缝宽减小而增加,随着闭合应力的增大,裂缝导流能力均下降。

2.2 温度对裂缝导流能力的影响

保持裂缝宽度(1 mm)不变,分别在60℃、120℃和130℃三种温度条件下进行实验,实验条件如表2所示。

表2 温度对导流能力的影响(变黏酸)

表2 显示酸岩反应温度高,其产生的导流能力并不一定就高,这与岩石的组成、酸-岩反应速度及刻蚀形态有关。

2.3 注酸量对导流能力的影响

保持裂缝宽度(2 mm)不变,对14、15、16号岩心分别采用30倍、50倍和60倍裂缝体积变黏酸用酸量条件下进行对比实验(见表3)。

表3 总酸量对导流能力的影响

不同用酸量(即酸岩接触时间)的导流能力测试结果表明,用酸量越大,其裂缝导流能力越高,导流能力随应力的增加逐渐下降。保持裂缝宽度(2 mm)不变,分别采用采用30倍、50倍和60倍裂缝体积变黏酸用酸量进行实验,三块岩心的裂缝壁面(图2～图4)都产生了明显的非均匀溶解,形成了形态不同的酸蚀沟槽。导流能力测试结果表明,随用酸量增加,酸蚀裂缝的导流能力增加,但是,随着接触时间的延续,岩石表面被消弱,两者之间会达到平衡[3]。溶蚀的岩石量即岩石被酸液溶蚀掉的体积,它对裂缝导流能力的影响较大。如果溶蚀的体积过少,酸在裂缝壁面产生的酸蚀通道较小,在裂缝闭合时,本来就较小的通道进一步缩小,使得导流能力显著下降。酸量加大,能在裂缝壁面上形成一定的酸蚀通道并有一定的支撑面积,显示出高的裂缝导流能力,在闭合应力增加时能很好保持支撑效果。因此,在其他条件相同时,注酸量的大小直接影响酸液岩石的溶蚀能力。实验显示随酸液用量的增大,酸溶解CaCO3、CaMg(CO3)2的能力越强,酸蚀裂缝宽度增加值大,其酸蚀裂缝导流能力必然增大。

2.4 注酸排量对导流能力的影响

保持裂缝宽度(1 mm)不变、温度为90℃,对1、2、3、4、5号岩心分别采用0.5、1.0、3.0、5.0、7.0 mL/min注酸速度进行对比实验,结果见表4。流动雷诺数(无因次)由下式确定:

式中,¯w动态裂缝平均缝宽,cm;¯v酸液的平均运动黏度,cm2/s;va-酸液在裂缝中的平均流速,cm/s。

表4 注酸流速对导流能力的影响(变黏酸)

实验表明,随着流动雷诺数的增加,酸蚀裂缝导流能力呈现出先增加后降低的趋势。雷诺数在2 000～3 000范围,酸蚀裂缝具有较高的导流能力。从刻蚀形态上看,NRe在2 000～3 000时主要表现出线状支撑形态和桥墩式支撑形态,这两种形态及时在较高的闭合压力下仍能保持很高的导流能力;随着注酸速度进一步增加,NRe超过4 000后,岩样刻蚀形态逐渐向点状支撑方式过渡,这主要是酸液在裂缝中的流动状态由层流向紊流过渡的原因。

3 提高酸蚀裂缝导流能力的措施

3.1 选择酸液体系,优化设计酸液用量

酸蚀裂缝导流能力的大小及分布与酸液的滤失速率和酸岩反应速率密切相关,为提高整个有效酸蚀裂缝范围内的导流能力,在酸液体系上应选择低滤失,且缓速性能较好的酸液。针对闭合应力较高地层,应适当增加酸液用量及酸液浓度,通过深度刻蚀,使得裂缝闭合后仍保持较高的导流能力;理想的酸液用量及反应时间应以溶解岩石量最多,但仍能维持支撑作用为原则[4]。

3.2 优化施工参数,选择最佳注酸排量

在酸压过程中,注酸排量对酸蚀裂缝导流能力有很大影响,随着注酸排量的提高,酸蚀裂缝导流能力升高,但是当注酸排量到达一定程度后又降低,要使酸压效果最好,应该使注酸排量在最优化排量附近,也就是雷诺数在2 000～3 000之间。

4 结 论

1)酸蚀裂缝导流能力实验结果表明,注酸排量一定时,随缝宽增加酸液流速降低,酸蚀裂缝导流能力随缝宽减小而增加,随着闭合应力的增大,裂缝导流能力下降。

2)不同反应温度下,酸岩反应温度越高,产生的导流能力并不一定就高,这与岩石的组成、酸岩反应速度及刻蚀形态有关。

3)注入酸量越大,其裂缝导流能力越高。相同温度和缝宽条件下,随着流动雷诺数的增加,酸蚀裂缝导流能力呈现出先增加后降低的趋势。雷诺数在2 000～3 000范围,酸蚀裂缝具有较高的导流能力。

4)通过优化设计酸液用量、酸液浓度、施工参数以及优选酸液体系,可以较好的提高酸蚀裂缝导流能力,从而提高酸压效果。

[1] 王兴宏.酸化裂缝导流能力的系统实验研究[J].国外油田工程,2001,17(2):6-9.

[2] 郭静,李力.川东石炭系影响白云岩酸蚀裂缝导流能力因素的试验研究[J].钻采工艺,2003,26(3):53-57.

[3] 王小林.小型裂缝导流能力研究[J].国外油田工程,2008,24(4):22-23.

[4] 付永强,郭建春.复杂性储层导流能力的实验研究—酸蚀导流能力[J].钻采工艺,2003,26(3):22-25.

Acid Etched Fracture Flow Conductivity of Carbonate Reservoir of TaZhong1 Gas Field

LIU Lin-sen1,FU Zhen2
(1.Anton Oilfield Service(Group)Ltd.,Beijing 100102,China;2.Architectural Engineering School of Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,Sichuan,China)

Tazhong 1gas field is carbonate reservoir;acid fracturing is the importantway of EOR on the carbonate oil and gas field;the flow conductivity is the leading indicatorof evaluating the validity of the acid fracturing.In view of the reservoir,the effects of different fracture width,flow velocity,temperature and acid volume on the flow conductivity were researched by using API acid etched fracture flow conductivity test instrument which was manufactured independently.The experimental evidence was offered for the acid fracturing refor ming of the other area of Tazhong carbonate reservoir,which plays an important role in the refor ming of congener regions.

acid etched;acid fracturing;flow conductivity

TE122.3

B

1008-9446(2010)04-0001-04

2009-11-16

刘林森(1985-),男,四川内江人,安东石油技术(集团)有限公司工程师,硕士,主要从事采油技术和采油设备方面的研究。