大牛地气田多级注入酸压工艺优化研究与应用

徐兵威 何 青 王德安 李国锋 张永春

（中国石化华北分公司工程技术研究院）

大牛地气田下古生界奥陶系风化壳碳酸盐岩储层为典型的低压、低孔、低渗致密储层，理论和实践证明，深度酸压是有效解决该类气层的关键技术之一［1－5］。截止2012年9月，大牛地下古生界碳酸盐岩储层累计酸压施工95井103层次，改造层位主要为I、II类碳酸盐储层，先后试验了普通酸酸压、多级注入酸压、闭合酸压、前置酸酸压、多级注入加砂酸压等工艺，其中多级注入酸压现场应用29井31层次，8层次获得工业气流，针对物性较差的II类储层取得了一定的改造效果（表1）。

多级注入酸压工艺是大牛地气田目前常用的酸压工艺技术之一，但目前施工设计多是根据经验来决定阶段液量、注入级数等施工参数，尚未开展过针对性的理论、实验研究工作［6－7］。

表1 不同酸压工艺改造效果统计Table 1 Technological transformation effects of different acid fracturing in lower palaeozoic erathem

1 多级注入酸压工艺原理及优点

1．1多级注入酸压工艺原理

多级注入酸压工艺在注入主体酸前先以高于地层吸收能力的排量注入非反应性前置液，然后交替注入主体酸和前置液，减缓酸岩反应速度，实现深度酸压，从而形成具备高导流能力的流动通道，最终达到增产的目的［8－9］。

由于大牛地气田下古生界风化壳碳酸盐岩储层为低渗致密气藏，且存在施工压力高的特点，多级注入酸压工艺实际施工过程中结合了前置酸化和闭合酸压工艺，达到降低破裂压力、改善近井地带导流能力的目的［9－11］。

（1）依靠前置液造缝并在裂缝壁面形成滤膜，用以降低酸液滤失，同时降低酸岩反应面容比，减缓酸岩反应速率。在酸液延伸至一定距离后，局部滤膜受到破坏，通过注入后一级高黏前置液填充酸蚀蚓孔，抑制酸液进一步滤失，增加酸蚀作用距离［11－12］；

（2）依靠前置液和酸液的黏度差，酸液在高黏前置液中形成黏性指进，最终在裂缝壁面形成非均匀刻蚀沟槽，提高酸蚀裂缝导流能力，达到提高酸压增产效果的目的［11］；

（3）每一级预先注入的前置液可以达到降低裂缝壁面温度，延缓酸岩反应速率，增大有效酸蚀裂缝作用距离的效果［12］。

1．2 多级注入酸压工艺优点

相对普通酸压、前置酸压等工艺，大牛地气田多级注入酸压工艺结合了前置酸化和闭合酸压工艺，该工艺技术主要存在以下几方面的优点［12－14］：

（1）前置酸与近井筒碳酸盐岩快速反应，降低了近井地带碳酸盐岩岩石强度，减小了井口施工压力；

（2）前置液能够冷却地层，降低裂缝壁面温度，减缓酸岩反应速度，延长酸液有效作用时间；

（3）高黏前置液在裂缝壁面形成的滤膜，能够降低酸液滤失，增大了酸液作用距离；

（4）酸液在高黏前置液中形成黏性指进，在裂缝壁面形成不均匀刻蚀，进一步提高了酸液有效作用距离；

（5）在裂缝闭合阶段注入的闭合酸进一步加大了裂缝壁面不均匀刻蚀程度，保证近井筒地带产生相当高的裂缝导流能力。

2 多级注入酸压注入级数优化

针对多级注入酸压工艺特点及现场施工效果，以大牛地气田下古生界风化壳碳酸盐岩储层特性为主要参数，分别采用数值模拟和室内实验的方式对注入级数和阶段液量进行研究，优化多级注入酸压泵注程序。

2．1 数值模拟优化研究

采用FracproPT 2007软件对注入液量不同和注入级数不同两种情况的酸压规模进行模拟计算，并通过相应的室内实验验证模拟结果。

（1）注入级数相同，注入液量不同。采用大牛地目前施工中常用的3级注入、4m3／min排量等参数，模拟风化壳白云岩段30m厚度碳酸盐储层在不同注入量下的施工效果。

由模拟结果（图1）可知：酸液量越大，酸蚀裂缝越长，裂缝导流能力越高。当施工酸液用量达到180m3后，酸蚀缝长增长变缓，导流能力也趋于稳定。综合考虑，采用180m3液量施工效果较优。

（2）注入级数不同，注入液量相同。以优化的酸压施工液量为依据，在酸液和前置液总注入量相等的情况下，软件模拟2～8级不同的注入方式，优化酸压注入级数。

对比分析风化壳白云岩段酸压数值模拟结果（图2）可知，随着注入级数的增加，酸蚀缝长增长，但是酸蚀裂缝导流能力和酸蚀缝高变化不明显；注入级数达到5级以后酸蚀缝长增长变缓。结合大牛地气田实际施工经验，多级注入酸压工艺优化注入级数为3～5级。

2．2 室内实验优化研究

酸蚀裂缝壁面刻蚀形态和裂缝导流能力是表征酸压改造效果的直接反应，采用相似准则，实验分析不同注入级数下的酸压改造效果。

从多级注入实验结果（图3）可以看出：2级注入酸压存在明显的酸蚀渗透率停滞增长阶段，表明前置液和酸液泵注阶段过长，液体效率未得到合理应用；3、4级注入酸压曲线中存在一定的渗透率增长变缓阶段，表明酸液刚指进突破滤膜后前置液得到了及时补充，且渗透率得到有效改善；5、6级注入酸压施工中渗透率呈快速上升趋势，表明前置液量设计过少，裂缝壁面滤膜较薄，酸液快速突破后继续溶蚀裂缝。

观察多级注入酸压后酸蚀裂缝壁面可知，白云岩4级注酸后，酸蚀壁面刻蚀沟槽较深，并且未刻蚀部分形成了较好的桥墩状支撑，保持较高的酸蚀裂缝导流能力；泥质白云岩注酸后同样能形成主裂缝，酸蚀壁面存在少量泥质，但刻蚀沟槽相对较浅（图4和图5）。

3 现场试验

参照多级注入酸压优化结果，该工艺分别在物性相似的1＃井、2＃井和3＃井进行相应的现场试验。其中2＃井储层厚度31．5m，采用3级注入酸压工艺改造后，无阻流量达3．82×104m3／d，取得了较好的改造效果。

表2 现场试验井设计参数Table 2 Design parametric statistics of field test wells

4 结 论

（1）风化壳碳酸岩储层多级注入酸压采用3、4级泵注程序能够取得较好的改造效果；

（2）30m左右厚度的碳酸岩储层酸压用酸量180m3较合理，即风化壳碳酸盐储层酸压改造强度约6m3／m；

（3）白云岩组分含量越高的碳酸岩储层酸蚀裂缝刻蚀沟槽相对较深，导流能力越高。

［1］［美］埃克诺米德斯 M J，诺尔蒂 K G，等，著．油藏增产措施［M］．北京：石油工业出版社，1991，6：473－476．

［2］刘争芬．大牛地“低压、低产、低渗透”气田增压集输模式［J］．天然气工业，2011，31（10）：86－88．

［3］威廉斯 B B，吉德里J L，谢克特普 R S著．油井酸化原理［M］．北京：石油工业出版社，1983，3：174－182．

［4］胥耘．碳酸盐岩储层多级注入闭合酸化技术研究与应用［J］．石油钻采工艺，1996，18（5）：58－64．

［5］石兴春，李广月，周跃忠．加强配套技术攻关，不断推进复杂气藏有效开发［J］．天然气工业，2010，30（1）：8－10．

［6］叶俊华，邢林庄，李玉军．多级注入闭合酸化工艺技术研究［J］．油气田地面工程，2009，28（5）：20－22．

［7］杨洪志，张春发，朱建峰．国外深度酸化工艺技术思路探讨［J］．天然气工业，1996，16（1）：32－36．

［8］Ganski R D and Lee W S．On the design of refacture acidizing treatments［C］．SPE 18885．

［9］蒋育青，沈建新，幕立俊．闭合酸化技术在碳酸盐岩储层改造中的应用［J］．石油钻探技术，1999，17（3）：37－38．

［10］肖丹凤．闭合酸化工艺在高钙储层中的应用［J］．大庆石油地质与开发，2003，22（4）：43－44．

［11］Tinker S J．Equilibrium acid fracturing：a new fracture acidizing technique for carbonate formations［C］．SPE 1883．

［12］王海涛．交联酸携砂酸压在白云岩储层改造中的应用［D］．成都理工大学优秀硕士论文，2007．

［13］Michael Runtuwene，Muhammad Hilmi Fasa，Fitria Dewi Rachmawati．Crosslinked acid as an effective diversion agent in matrix acidizing［C］．SPE 133926，2010．

［14］刘同斌，唐永帆．四川油气田压裂酸化液体技术新进展［J］．石油与天然气化工，2002，3（1）：47－53．