水平井前置酸加砂压裂技术优化研究

何火华，黄 伟，王 鹏.

(延长油田股份有限公司富县采油厂，陕西延安 716000)

富县采油厂直罗区块长8储油层平均孔隙度为8.89%，渗透率为0.8～1.0 mD，平均含油饱和度为34.5%，为低孔、低渗、低饱储层。实施常规水平井压裂投产，压裂液量较大，水源得不到清洁保证，造成在压裂过程中对油层伤害严重，达不到高产、稳产的目的。针对这种情况，2018年对该区域水平井压裂采取加前置酸措施，经过油井取岩心，借助室内分析仪器分析，酸液与岩心反应及实验评价，研制出一套适应于该区域压裂用的前置酸体系。现场施工24层段，平均油井单井日增产1.0～1.5 t，稳产期提高到1年以上，实现了良好的经济效益。同时该工艺技术的推广和应用有了一个好的发展前景。

1 技术机理

前置液与酸液混合，在高于油层破裂压力的前提下将混合液泵注入油层，稠状酸液一部分与油层裂缝壁面岩心进行反应，增加油层渗透性，另一部分处在裂缝前沿，对随后泵注入的压裂液胶体在返排过程中起到完全破胶水化作用，有效提高油层导流能力。实验表明[1-5]，该酸液体系与岩心反应后渗透率可提高23%，对压裂液滤饼的溶蚀速度达到6.18 kg/(m2·h)。

2 技术适应性

这种技术的特点是在作业过程中，其前缘泵注所产生的稠化酸能够对地层中的岩屑物进行溶解，提高了地层的渗透能力。这样一来，使得人工造缝的工程量大大减轻，天然的裂缝实现了自然的延伸和拓展。以此为前提，为接下来进行砂液的补充提供了一个比较良好的作业空间，方便了砂液的填充。前缘酸蚀的另一个优势在于达到分散单一的人工造缝方向的效果，这样的效果使得窜通边底水的现象消失。这一系列的效果和优势便是前置酸加砂压裂的工艺特点。

除增强导流能力外，这种技术还可以减少挤入程度。具体来说，该技术的本质是在裂缝中使得压裂液破胶，并和破胶剂一起形成新的复合破胶体系，从而不需要花费较长的时间去等候酸反应，对于压后迅速开井排液很有帮助。

前置酸加砂压裂的关键技术就是优选适宜的酸液体系。以储层的岩矿成分、孔喉结构特征分析为切入点，预测储层的敏感性，根据岩屑溶蚀和酸化模拟实验优选主体酸液配方：对酸液体系进行渗透性改善、流体配伍性、抑制黏土膨胀、滤饼溶解和压裂液破胶等室内评价实验，最终确定出与储层相匹配的酸液配方。展开室内酸液体系优化和综合性能评价，再运用该套优化评价手段优选其他区块主体的酸液体系[6-16]。

3 技术优化研究

3.1 工艺流程优化

经过实践，目前已形成较为成熟的前置酸加砂压裂工艺流程。配液罐、酸罐为混砂车供液，压裂泵将压裂液携砂泵入井口(图1)。

图1 施工工艺流程Fig.1 Construction process flow chart

(1)配液罐20 m3，10%盐酸+5%氢氟酸+10%甲酸+3%缓蚀剂+2%表面活性剂+3%铁离子稳定剂+1%破乳剂，配成20 m3酸液。

(2)酸罐与主体管线连接，破压后首先泵入酸液，酸蚀作用使油层破开裂缝延长，裂缝间的连通性增加。

(3)按设计量泵注携砂液，砂量达到设计要求后开始顶替，把管汇内、井筒内的携砂液完全顶替到油层，结束施工。

3.2 施工设备优选

施工中涉及的主要设备有主压裂车、仪表车、混砂车、管线车、砂罐车、泵车以及包括高压管汇系统、配液罐在内的辅助设备(表1)。

表1 施工设备优选表Table 1 Construction equipment selection table

3.3 压裂液配制及泵注施工

为确保施工的顺利进行，且施工的各个阶段液体能够满足储层低伤害的要求，室内进行了基础配方实验，压裂液体配方见表2。

表2 压裂液体配方Table 2 Fracturing fluid formula

基于以上基础配方，可以根据现场情况适当调整。活性水岩心伤害率低于15%；滑溜水(储层温度下)黏度要求小于5 mPa·s，岩心伤害率低于18%；基液的黏度(储层温度下)要求在15～20 mPa·s之间，岩心伤害率低于20%；交联液在60 min(储层温度下)内黏度大于120 mPa·s，岩心伤害率低于23%；破胶液黏度小于5 mPa·s。

根据本项目实施选井原则，长8选取水平井共计24段进行施工，酸化及压裂施工泵注程序见表3和表4。

表3 酸化施工泵注程序Table 3 Construction pumping procedures of acidification

表4 压裂施工泵注程序Table 4 Construction pumping procedures of fracturing

压裂混砂车需配备交联供液泵，以满足基液与交联液100∶0.5的配比条件。现场施工配液时要保证配制的瓜尔胶液均匀、无鱼眼。

在携砂液阶段，按0.02%-0.03%-0.04%在混砂车人工楔形加入过硫酸铵145 kg，顶替液阶段追加过硫酸铵25 kg。

关井30 min，采用6～8 mm油嘴控制放喷，放压完毕后，以0.8～1.0 m3/min排量的活性水反循环洗井33 m3(根据反冲压力及出口出砂情况可以适当增加排量和冲砂液量)。

4 选择适合油层的酸液体系

4.1 实验过程

4.1.1 酸溶实验

配置的两种酸液分别是：有机复合酸、有机土酸。备好岩心一块。酸、岩心的体积质量比为10∶1，实验温度为35 ℃，反应时间为90 min。结果：有机复合酸溶蚀率为18%，有机土酸溶蚀率为31%，主要溶蚀岩心中的沉积物及矿物质。

4.1.2 水敏性、酸敏性实验

根据酸液配方，为进一步验证酸液及添加剂的有效性，用长8岩心进行了水敏和酸敏实验。

实验表明，长8岩心的平均孔隙度为8.8%，渗透率为0.8～1.0，含油饱和度为34.5%，油层物性差，泥质和黏土矿物成分含量高(平均为32.5%)，为中等偏强水敏油层。选择适合的黏土稳定剂、助排剂，能有效解决储层的水敏问题。选择溶蚀能力中等的酸和酸缓蚀剂，对油层的酸敏感性影响小，对井下工具的腐蚀影响也小。

4.1.3 破胶实验

取稳定的压裂胶联液10 mL，加2 mL配置酸液，在50 ℃进行破胶。待破胶完全后，用离心恒重法测压裂液残渣的含量。与未加酸液进行比较，加有机复合酸的压裂液残渣含量降低幅度为17.5%，加有机土酸的压裂液残渣含量降低幅度为21.5%，酸液破胶作用明显提高。实验结果：选择有机土酸体系实施前置酸压裂不仅能够改善压裂效果，而且酸液与地层、压裂液配伍性好。

4.2 前置酸体系

4.2.1 土酸体系

优点是酸液溶蚀能量强；缺点是反应速度快，酸液有效作用距离有限，高温条件下易产生沉淀导致二次伤害地层。常用于高渗透、伤害严重的砂岩地层的常规酸化。

常规配方为：12%HCl+3%缓蚀剂+5%HF+1%表面活性剂+1%铁离子稳定剂+2%黏土稳定剂。

4.2.2 有机土酸体系

有机土酸主要指有机酸(甲酸或乙酸)与土酸混合或单独与氢氟酸混合来延缓氢氟酸的消耗。

甲酸是有机弱酸，与地层中的黏土矿物等复合成分反应慢，溶蚀性小，与土酸按比例混合配置在油层中能充分溶蚀黏土及矿物成分；延缓反应时间，延长压裂的有效作用距离，提高施工效果；对酸液的使用适合温度也明显提高。这种酸液体系适用在45～100 ℃油层，在油层反应后无沉淀生成。

配方为：10%甲酸(或乙酸)+10%HCl+3%HF+3%缓蚀剂+1%铁离子稳定剂+2%黏土稳定剂+1%表面活性剂。

5 结论

(1)现场施工结果表明前置酸在造缝的同时溶蚀油层裂缝内的岩屑，有效提高了油层的导流能力和渗透性。

(2)与常规压裂相比，稳产周期由3～6个月增加到1年以上，单井每日增产1.0 t以上。

(3)针对富县长8油层，研制了酸液体系，压裂效果明显，经过测算投入产出比为1∶2.2，经济效益显著。

(4)酸液体系对生产井周围环境没有影响，对施工操作人员身体没有伤害，各项指标符合国家环保要求。

(5)该工艺施工简单，配置方便，安全可靠便于推广。