致密砂岩气藏前置酸压裂技术应用研究

唐勤

（中石化华北油气分公司石油工程技术研究院，河南郑州 450006）

致密砂岩气藏前置酸压裂技术应用研究

唐勤

（中石化华北油气分公司石油工程技术研究院，河南郑州 450006）

大牛地气田经过多年的开发，目前开发区的储层物性条件越来越差，常规加砂压裂技术有效动用储层的难度越来越大。本文针对大牛地气田致密砂岩气藏低孔、低渗、低压，黏土矿物含量高的特点，通过前置酸酸液与岩石之间的相互化学反应机理研究，结合现有压裂技术对其在致密砂岩气藏压裂中的可行性展开研究，初步形成了一套前置酸压裂技术方法。现场试验表明，该项技术增产效果显著，具有较好的应用前景。

大牛地气田；致密砂岩气藏；黏土矿物；前置酸压裂

目前常规加砂压裂技术主要采用高黏压裂液体必然存在压裂液破胶不彻底对储层和支撑裂缝的伤害，且破胶后的流体进入孔喉对储层造成二次伤害。前置酸压裂技术将酸化处理技术与加砂压裂技术相结合，通过前置酸（纳米酸化液）进入细小孔喉，溶蚀填隙矿物沟通孔缝，提高单井的泄气体积，同时酸液溶蚀矿物也降低了压裂时的破裂压力；返排时残酸可以解决支撑缝内压裂液破胶不彻底，残渣伤害大等问题，减小压裂液对储层的伤害。谢小蓉、刘蜀知等[1]通过酸岩反应微观分析，表明酸岩反应通过改善岩石物性参数，改变岩石力学性质，溶解钙质、泥质和长石等易溶矿物，沟通孔缝，同时单位岩体内矿物含量降低，导致岩石有效受压承载面积减小，强度降低，降低破裂压力。刘红现、王文东和赵立强等[2-5]研究表明，由于前置酸与储层矿物反应，能够有效抑制黏土膨胀和微粒运移，酸液中的表面活性剂能够有效降低水锁伤害，并且能够促使压裂液破胶，清洗支撑裂缝。

1 气田概况

大牛地气田位于陕西省榆林市与内蒙古自治区鄂尔多斯交界地区，构造位置处于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部东段，区内构造、断裂不发育,埋深约2 400 m～2 900 m，自上而下发育有盒3、盒2、盒1、山2、山1、太2和太1七套气层。气田储层物性差，非均质性强，孔隙度值主要分布在2%～10%，平均值为7.45%；渗透率主要分布在（0.01～1）×10-3μm2，平均值为0.47×10-3μm2，平均压力系数为0.84～0.95，为典型的致密低渗砂岩储层。气藏孔隙类型有粒间孔、次生溶孔、晶间微孔和微裂缝，其中粒间孔和次生溶孔为主要的孔隙类型，喉道多以片状和弯片状为主。主要的黏土矿物类型有伊利石、高岭石、绿泥石以及伊/蒙间层矿物，伊利石和高岭石相对含量最高，绿泥石次之，伊/蒙间层矿物相对含量最低。随着开发的不断深入，储层物性、砂体厚度、含气饱和度以及地层压力都呈现明显下降的趋势，常规加砂压裂技术有效动用储层的难度越来越大。

2 前置酸改善压裂效果评价研究

以气田盒1、山2储层为研究对象，其中盒1储层平均孔隙度8.23%，平均渗透率0.43×10-3μm2，山2储层平均孔隙度8.06%，平均渗透率0.45×10-3μm（2见表1），物性较差，储层填隙物含量较高，填隙物包括水云母、绿泥石、高岭石、石英、菱铁矿、方解石（见表2），外来流体的进入容易导致微粒的运移，造成储层伤害影响气井产能。

采用SEM微观分析、毛管流动孔隙结构仪、原子力显微镜、比表面仪、红外光谱仪等试验手段，在促进压裂液破胶、减少黏土膨胀和运移、清洗基质孔隙及支撑裂缝等方面，对优选的一套前置酸体系（有机酸）开展前置酸改善压裂效果评价研究。

2.1 溶解溶蚀填隙矿物，沟通孔喉

采用电镜扫描结合X衍射定量分析岩石岩心中各种矿物的组成，静态观察岩心内部结构，可以很直观的了解酸与矿物反应后的情况（见表3）。

从表3、表4、图1结果可以看出：反应后黏土矿物绝对含量大量降低。方解石全部被溶解掉，绿泥石、伊利石、伊/蒙间层仅剩下小部分，反应后黏土矿物以高岭石为主，大部分造成储层敏感的矿物被反应消耗掉。

表1 大牛地气田储层物性参数统计表

表2 大牛地气田储层黏土矿物相对含量

表3 过酸前后岩心XRD分析结果（全岩分析）

表4 过酸前后岩心XRD分析结果（黏土矿物分析）

图1 黏土矿物溶蚀前后扫描电镜图

图2 岩心酸化前孔喉分布直方图

图3 岩心酸化后孔喉分布直方图

通过对岩心进行酸化前后微观驱替试验研究，以定量描述酸化前后有效孔喉分布，对比酸化前后岩石孔喉结构的变化，从微观角度评价酸化效果。经过酸处理后，酸液溶解了孔喉中的充填物和部分岩石骨架，岩心的有效孔喉数目和直径均得到增加，显然酸化起到了提高岩心渗透率的作用（见图2、图3）。

2.2 促破胶，降残渣，减小伤害

硼酸根离子在压裂液中主要起交联作用，硼酸根的含量决定压裂液的交联程度。根据化学平衡移动原理，只要降低压裂液的pH值，就可以使其反应方向向左进行，交联程度得到控制。在前置酸压裂施工结束后，酸液开始返排造成压裂液pH值降低，使得压裂液中硼酸根的浓度降低，从而实现压裂液的非降解性破胶。

图4 压裂液遇酸前后微观结构分析结果

表5 有机酸残酸对支撑裂缝清洗试验结果

图5 裂缝清洗试验结果

通过原子力显微镜观察酸液对压裂液微观结果的变化（见图4），从而酸液对压裂液性能的影响。从图4可以看出加酸后压裂液中分子明显变少，说明酸液能较好的减少压裂液对储层的伤害。从分子尺寸数据看出，酸后压裂液分子数量以及尺寸都变小了。

用基液测人造岩心渗透率；再注入交联后的压裂液；待压裂液破胶后用基液测人造岩心渗透率；注入残酸；用基液测人造岩心渗透率，评价残酸对渗透率的改善程度，渗透率提高率达到30.2%，效果显著（见表5、图5）。

3 前置酸压裂技术现场试验

前置酸压裂典型泵注程序为：酸液→隔离液→压裂液→携砂液→顶替液（见图6）。研究表明由于前置酸压裂施工时间较长，要求前置酸液具有极强的缓速性能和防垢抑垢性能，一般采用多氢酸、氟硼酸或有机酸等缓速酸液体系，使其在压裂施工结束后仍能保持一定的活性以解除压裂液伤害。

通过室内评价，初步形成了一套前置酸压裂工艺技术做法：

（1）综合考虑储层孔喉结构、矿物成分、气层温度和压裂液类型，优选酸液配方；

（2）中等排量注酸，延缓酸岩反应时间，确保残酸浓度，降低施工压力，提高近井地带裂缝酸液处理深度；

（3）注入隔离液，避免压裂液提前破胶；

（4）优化破胶剂加入方式和用量，确保不同阶段压裂液彻底破胶；

（5）缩短关井时间，确保残酸浓度，控制放喷排液，充分利用返排残酸的降解作用。

图6 前置酸压工艺施工流程

目前，该技术在致密砂岩气藏开展了现场试验，取得了良好的改造效果，主要施工层位为盒1、山1、山2；加砂量25 m3～35 m3、砂比21%～29%。前置酸用量一般在5 m3～10 m3，单井平均无阻流量2.01×104m3/d，施工成功率100%（见表6），证明该项技术具有较好的应用前景。

表6 X井区前置酸压裂主要施工参数及效果统计表

4 结语

（1）前置酸在致密砂岩气藏压裂技术中的应用结合了水力压裂和基质酸化的优势，室内试验表明，可大大改善裂缝附近地层的渗透性，抑制黏土矿物膨胀的作用；且残酸在返排阶段可溶解部分压裂液滤饼和裂缝壁面残胶，提高破胶程度和清洗支撑裂缝。

（2）现场试验表明，该项技术增产效果显著，具有较好的应用前景。

［1］ 谢小蓉，等．酸化过程降低破裂压力微观机理分析［J］．天然气勘探与开发，2008，31（3）:67-70.

［2］ 赵立强，李年银，刘平礼，等．前置酸酸液体系优化［R］．四川成都：西南石油大学，2011.

［3］ 刘红现，等．前置酸改善水力压裂效果机理分析［J］．石油与天然气学报（江汉石油学报），2008，30（1）：332-334.

［4］ 王文东，赵立强，等．酸化加砂压裂复合增产技术［J］．断块油气田，2009，16（5）：113-115.

［5］ 赵立强，任书泉．砂岩多层油藏基质酸化效果预测［J］．石油钻采工艺，1991，10（2）：53-62.

Application study of pre-acid fracturing technology for tight sandstone gas reservoir

TANG Qin
（Research Institute of Engineering Technology of Sinopec North China Branch，Zhengzhou Henan 450006，China）

After many years of development，the reservoir physical condition of development area of Daniudi gasfield is getting worse and worse,to develop reservoir effectively with conventional sand fracturing technology is more and more difficult.According to the characteristics of the tight sandstone gas reservoir in Daniudi gasfield such as low porosity,low permeability,low pressure and high clay mineral content,a set of pre-fracturing technology is formed with study on the mechanism of chemical reaction between lead acid and rock and study on the feasibility of fracturing in tight sandstone gas reservoir with existing fracturing technology.It shows a good application prospects and remarkable effect on increasing gas production by tests of using this technology in the field test.

Daniudi gasfield；tight sandstone gas reservoir；clay mineral；pre-acid fracturing

TE357.13

A

1673-5285（2017）05-0038-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.05.009

2017－04-26

国家科技重大专项“低丰度致密低渗油气藏开发关键技术”，项目编号：2016ZX05048。

唐勤，女（1989-），四川营山人，西南石油大学本科，助理工程师，研究方向为致密低渗油气田油田化学工艺技术。