裂缝性灰岩储层酸液动滤失实验规律研究

吴红军，孔嫦娥，伊向艺，张　晖，刘豇瑜，吴元琴（.中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院，新疆库尔勒　84000；.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），四川成都　60059）



裂缝性灰岩储层酸液动滤失实验规律研究

吴红军1，孔嫦娥1，伊向艺2，张晖1，刘豇瑜1，吴元琴2
（1.中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院，新疆库尔勒841000；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），四川成都610059）

摘要：碳酸盐岩储层天然裂缝比较发育，有天然裂缝存在时，酸液沿天然裂缝流动，进入到油藏深处，同时通过扩散和对流的方式运动到裂缝表面与岩石反应，增加裂缝宽度，反过来增加滤失到天然裂缝里的酸量。因此，为了获得更好的裂缝性碳酸盐岩储层的酸压效果，必须分析酸液滤失的各影响因素。本文建立了一套完整的滤失实验装置及实验方法，通过室内实验，得出了裂缝导流能力、酸液滤失速率和酸岩反应速率直接的关系，对研究酸液在裂缝中的滤失过程具有重要的指导意义。

关键词：裂缝性灰岩；酸液动滤失；导流能力；滤失速率；酸岩反应速率

酸化和酸压中滤失酸液选择性地流进大孔道，酸岩反应扩大经过的孔道形成蚓孔，蚓孔增加了滤失深度和滤失面积[1-3]。酸液滤失形成蚓孔一方面可以有效沟通渗流通道，而另一方面滤失严重导致形成的酸蚀缝长较短[4]，不能沟通远井地带的缝洞系统，从而达不到酸压增产效果。因此，研究碳酸盐岩蚓孔扩展规律对认识酸压滤失机理至关重要。韩慧芬利用正交分析法对影响酸液滤失的各种因素进行了研究[5]。潘琼等新建立了岩心破开滤失实验模型、岩心钻孔滤失实验模型及平行板岩样滤失实验模型[6]。本文在前人研究基础上以裂缝性碳酸盐岩为研究对象，通过自主设计模拟地层条件下的实验方法，完成了用地层条件储层动渗失分析仪[7-9]对胶凝酸、变黏酸及交联酸在20 %、15 %、10 %、5 %四种浓度（考虑同离子效应）在具有裂缝的岩心中的滤失行为研究，得出了裂缝导流能力、酸液滤失速率和酸岩反应速率直接的关系。

1　裂缝性灰岩酸液滤失实验介绍

1.1实验原理

为保证裂缝性灰岩酸液滤失实验的真实有效性，需要大量的带有裂缝的井下岩心，而事实上井下带有天然裂缝的岩心很难取得且数量有限，带有很高的研究价值。取得井下岩心相对难度较小，通过人为方法让井下岩心产生裂缝，用人工裂缝的井下灰岩岩心代替有天然裂缝的井下灰岩岩心进行实验，依然可行。本文采用巴西实验方式将灰岩岩心进行劈裂模拟地层天然裂缝进行酸液动滤失实验（见图1）。

图1　岩心劈裂装置、劈裂示意图和劈裂岩心照片Fig.1 Core-Splitting apparatus and photo of split core

图2　地层条件储层动渗失分析仪及其实验原理图Fig.2 Dynamic filtration analysis meter under condition ofreservoir and its schematic diagram

地层条件储层动渗失分析仪（见图2）实验系统是在对滤失釜内的酸液设定一定温度和压力，由电动机带动搅动杆，带动滤失釜内部的酸液转动，酸液沿釜体壁面流过由釜体两侧夹持器固定的岩心表面裂缝进行滤失，从岩心夹持器的另一端进行酸液滤失量测量，测量结果通过传感器传输到电脑进行采集。

1.2实验设计

将人工裂缝的井下灰岩岩心放入岩心夹持器中，使流动介质从岩心夹持器一端挤入岩心进行驱替，测试在一定围压下岩心裂缝导流能力。

表1　酸液动滤失测试实验设计表Tab.1 Parameters of acid dynamic filtration experiment

测定胶凝酸、变黏酸、交联酸酸液质量浓度分别为20 %、15 %、10 %、5 %与人工劈裂灰岩裂缝岩心的溶蚀-滤失行为，实验中以最高酸液浓度20 %作为鲜酸，酸液浓度分别为15 %、10 %、5 %的酸液考虑了同离子效应，模拟酸液在地层中滤失的浓度变化过程。温度设定为地层温度110℃，按已施工井正常施工流速，动滤失仪转速设定为100 r/min（见表1）。

1.3实验数据处理

通过实验求取酸液突破岩心的滤失时间t，与测得的岩心长度数据H计算得

式中：vc-滤失速率，cm/s；t-酸液突破时间，s；H-岩心长度，cm。

2　酸液动滤失实验规律

测试完劈裂岩心的初始导流能力，利用储层条件动渗失分析仪在相同实验条件下模拟不同浓度的胶凝酸、变黏酸和交联酸在裂缝性碳酸盐岩中的滤失过程，对实验数据进行处理，并统计了在相同条件下三种酸液在不同浓度下的酸岩反应速率值，结果（见表2）。实验岩心短，忽略酸液浓度在滤失过程中的变化。

由表2可以看出，对不同浓度的胶凝酸，选取在相同围压下导流能力相近的4块岩心模拟地层天然裂缝，岩心之间初始导流能力相差在20 %以内，当裂缝初始导流能力相近情况下，随着酸液质量浓度的变大，酸液与岩石接触时的反应速率越大，酸液滤通时间越来越短，酸液滤失速率越来越大；由于实验模拟了地层条件下酸液的滤失情况，低浓度酸液都考虑了同离子效应，每个实验的酸浓度相差相同，由于同离子效应的影响，酸液浓度越低，同离子效应影响越大，相邻两浓度之间的酸岩反应速率相差值随着酸液浓度的降低相差越大，酸液滤失速率的差值也不相同。室温下测酸液黏度值，当不同黏度酸液在裂缝导流能力相当，其他实验条件相同的情况下，黏度较小的酸液动滤失速率较大。

由图3可以看出，通过运用指数函数拟合不同黏度酸液滤失速率/裂缝导流能力与酸岩反应速率的四个数据点，拟合程度非常高，R2高达0.95以上。不同黏度酸液滤失速率/裂缝导流能力与酸岩反应速率的关系可以表示为：

表2　不同浓度酸液动滤失实验结果Tab.2 Results of acid dynamic filtration experiment

式中：a，b-与酸液黏度相关的系数。

图3　酸液滤失速率/裂缝导流能力与酸岩反应速率的关系图Fig.3 Relationship between filtration rate/fracture conductivity and acid-rock reaction rate

图4　a，b值与酸液黏度的关系Fig.4 Relationship between a，b and acid viscosity

由图4可以看出，通过拟合a，b值与酸液黏度，拟合精度高，R2高达0.97以上，则可得到a，b值：

实验得出的规律适用于高黏度酸液在裂缝性碳酸盐岩储层中的滤失，裂缝宽度大于1 μm，本文定义黏度大于20 mPa·s的酸液为高黏度酸液。

3　结论

（1）该酸液动滤失实验方法，可设置一定的围压、温度和驱动压差，并且可以提供一定的搅拌速度模拟地层裂缝中酸液的流动和剪切情况，可真实模拟酸液在裂缝流动过程中的滤失行为，从而真实评价实际酸液滤失情况。

（2）相同条件下，分析实验结果发现酸液滤失速率与裂缝初始导流能力的比值和酸液初始滤失浓度呈指数关系，vc/（kf·w）=aebJ，a和b是与酸液黏度相关的系数，a=0.011 5×μ0.109 5，b=0.253 8×e0.002 3μ，酸液黏度大于20 mPa·s。

（3）通过室内实验可得到不同浓度的酸液酸岩动力学方程，可计算不同浓度酸液的酸岩反应速率，通过实验测得或立方定律可以计算出裂缝导流能力，从而得出相应条件下的酸液滤失速率。

参考文献：

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［5］韩慧芬.酸液滤失的影响因素分析［J］.钻采工艺，2002，25 （3）：29-30.

［6］潘琼，段国彬.酸液滤失实验模型的建立［J］.钻采工艺，2004，27（3）：88-89.

［7］李月丽，伊向艺，卢渊.碳酸盐岩酸压中酸蚀蚓孔的认识与思考［J］.钻采工艺，2009，32（2）：41-43.

［8］伊向艺，卢渊，赵振峰，等.碳酸盐岩储层酸携砂压裂技术研究与应用［M］.科学出版社，2014.

［9］伊向艺，卢渊，李沁，等.不同黏度酸液体系酸岩反应动力学参数测定装置［P］.中国，200910058898.7.2010-5-19.

我国首创有机胍催化缩聚PLA工艺

近日，由南京大学牵头组织的有机胍催化缩聚合成聚L-乳酸技术中试及应用项目在兰州通过了专家鉴定。由欧阳平凯院士、钱易院士、蔡道基院士、蒋士成院士、陈发虎院士等9位专家组成的鉴定委员会认为，该技术是国内外率先开发的绿色合成工艺，具有原创性，达到国际领先水平。鉴定专家认为，该工艺采用的无毒、可代谢、绿色有机胍催化剂为国内外首创，具有催化乳酸缩聚立构专一性强、用量少、催化效率高等特点；采用的本体无溶剂聚合属绿色合成工艺，反应产率高，生产成本低；中试聚乳酸（PLA）产品质量高，生物及环境安全性好，耐热性强，综合性能国内领先、国际先进。

（摘自中国化工信息2016年第4期）

Dynamic filtration experimental research of acid in fractured limestone

WU Hongjun1，KONG Change1，YI Xiangyi2，ZHANG Hui1，LIU Jiangyu1，WU Yuanqin2
（1.Oil and Gas Engineering Institute of PetroChina Tarim Oilfield Branch，Kuerle Xinjiang 841000，China；2.State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploitation （Chengdu University of Technology），Chengdu Sichuan 610059，China）

Abstract:Carbonate reservoir is relatively fracture-developed.When natural fractures exist, acids flow into the reservoir through fracture surfaces and react with the rock on the surfaces because of diffusion and convection,resulting in wider fracture width,so increasing acid volumes leaking into natural fracture in turn.In order to obtain better acid-fracturing effect in fractured carbonate reservoir,it is necessary to understand and analyze the influences on acid filtration.This paper uses a set of dynamic filtration experimental apparatus and methods to get the relationship between fracture conductivity,acid filtration rate and acid-rock reactionbook=20,ebook=25rate.It plays a guided role to study acid filtrating process in fracture.

Key words：fractured limestone；dynamic filtration of acid；fracture conductivity；acid filtration rate；acid-rock reaction rate

作者简介：吴红军，男（1988-），助理工程师，硕士研究生，2014年毕业于成都理工大学油气田开发工程专业，主要从事储层改造及储层保护的研究工作，邮箱：wuhongjuncdut@163.com。

基金项目：国家自然科学基金“高黏度酸液酸岩反应动力学机理研究”，项目编号：51274050。

*收稿日期：2016－02-04

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.005

中图分类号：TE312

文献标识码：A

文章编号：1673-5285（2016）03-0019-04