酸压工艺进展及展望

2014年10月油气井测试第23卷第5期酸压工艺进展及展望李小刚雷腾蛟!杨兆中!张啸枫2苏洲1(1西南石油大学四川成都601500;2.中国石油天然气股份有限公司对外合作部北京100007搞要随着油气田开发技术的不断提高,酸压技术不断得到重视和推广,已成为重要的储层改造措施。从技术原理、工艺特点和发展瓶颈等方面,剖析了清洁自转向酸酸压、复合酸压、超大型重复酸压、水力喷射分段酸压和网络裂缝酸压等几项新工艺,进一步结合理论和实践研究动态,阐述了上述工艺的发展趋势。关键词酸压转向酸复合酸压重复酸压网络裂缝文章编号:1004-4388(2014)05-0043-05中图分类号:TE357文献标识码:B0引言淹。为了改善非均质储层酸压效果,一种新的酸液体系——清洁转向酸应运而生。该体系依靠反应生从全球范围来看,碳酸盐岩储层油气藏分布广成的盐类物质浓度自然调节酸液黏度,遇油降解遇泛储量巨大。截止2005年底,世界上已发现碳水后还能保持一定的结构,对油层进行改造的同时酸盐岩储层油气探明可釆储量1434.5×10°t油当兼具控水功能2l。量,约占506%。酸压改造技术早已成为碳酸盐岩这种新型的转向酸体系,酸液中含有具有独特油气藏开发井增产和稳产的主导技术之一。随着酸性能的黏弹性表面活性剂,活性剂在鲜酸中分散为压技术不断发展,该技术从最初的普通酸压发展到单个小分子,因此鲜酸黏度低。鲜酸会首先进入阻现在的深度酸压,从仅限于对碳酸盐岩储层的开发力较小的高渗透层或天然裂缝,随着酸岩反应的进发展到对裂缝发育连通性好的裂缝性砂岩储层中行,pH值升高,活性剂形成片状胶束酸液快速变开发。因此酸压改造技术已成为碳酸盐岩储层和黏增加了酸液在高渗透层中的渗透阻力,从而使鲜裂缝性砂岩储层增产改造的主导技术。酸转向其他的低渗透层,实现对非均质性储层或低目前,酸压改造新工艺主要包括清洁自转向酸渗裂缝性储层的全面改造。当酸液与地层内的烃类酸压、复合酸压超大型重复酸压水力喷射分段酸或大量水接触后胶束结构转变为球状残酸黏度迅压和网络裂缝酸压等工艺。这些工艺在国内外得到速下降,利于后期返排。广泛应用且增产效果理想,为油田的增储上产提供近年来,由于储层条件越来越苛刻,常规酸体系了重要保障。适用范围受到限制,国内外关于清洁自转向酸酸压工艺技术研究也越来越活跃。1988年,日本 Osaka1酸压新工艺大学的 Okuhara等人4合成并研究了柔性基团连接1清洁自转向酸酸压亲水基团的若干双烷烃链表面活性剂,而真正系统目前使用的常规酸、综合解堵酸等酸液体系主开展这类新型表面活性剂的研究工作,则是从1991要存在两个问题:一是由于储层的非均质性注酸过年开始。同年 Menger合成了以刚性基团连接亲水程中,酸液优先进入高渗带或裂缝发育区域而低渗基团的双烷烃链表面活性剂。 Tianping Huang等透和污染严重的层,得不到相应的改造;二是酸压过人5研究表明,两相不混容的体系如果不能充分混程中,裂缝向下延伸至水层,导致压后产水和快速水合,而仅仅依靠地层能量使低黏相以黏性指进方式[基金项目]国家自然科学基金项目“碳酸盐岩基质酸化中蚓孔生长的三维扩散限中国煤化工缝导流能力定量预测模型研究”内容(项目编号:51204138,51074134)。[作者简介]李小刚,男,1981年出生博士副教授现主要从事油气藏增产理论与THCnmhg3@qg.coMe油气井测试2014年10月流经高黏相(自转向酸)很难充分破胶。 Yi Shu等义为3种情况:①不同酸液复合酸压施工;②酸压人6的研究表明酸化施工过程中如果酸液中Fe3与水力加砂压裂复合施工0;③高能气体压裂与酸的含量高,会严重影响表面活性剂的性能造成相分压复合施工。因此,复合酸压技术在推动油田的增离絮凝及沉淀,对储层会造成严重伤害,进而研究储上产中发挥了重大作用出一种络合剂能减小Fe3对自转向酸的影响。复合酸压技术是20世纪80年代末产生的一种总之,国内外关于清洁自转向酸及其酸压工艺新型的油气井增产技术,由于不同改造技术的组合的研究已经取得了显著成果。但由于转向酸体系的形式较多,其研究的内容也比较广泛。吴月先等2复杂性,该工艺还存在很多有待解决问题。根据目研究了酸化与加砂压裂协同作业技术,其研究表明前的研究状况可以预见,在今后一段时期内,以下几酸化不仅解除了近井带堵塞还降低了施工泵压,同个方面将成为该工艺研究的重点样也提高了压裂液的破胶效率和裂缝的导流能力(1)对其材料的选取及制造上进行优化以降低等。李翔等1研究了不同酸液的复合酸压技术,其其成本。在清洁转向酸酸压技术中,清洁转向酸体研究表明清洁转向酸与常规酸复合可解除大段非均系虽然具有很高的剪切稳定性和热稳定性,其变黏质储层的污染并实现对近井地带高渗层的有效封范围出现在酸液作用的主要阶段,具有低滤失、低伤堵,再结合常规酸酸压的特点,沟通远井地带储层。害强分流的特性,但是其成本相对普通酸液体系复合酸压技术工艺类型较多在每种复合技术研究而言较高。从经济角度出发,该体系在油田上还没程度上还应加深。通过对现阶段研究情况的分析,能进行大规模的推广。因此,清洁转向酸酸压技术以后还应在以下两方面加大工作力度:要取得突破,未来应该在材料这方面进行重点研究。(1)针对各项复合酸压技术的特点总结出与其(2)针对该体系加强铁离子络合剂的研究。酸相适应的的施工对象。在复合酸压技术中,由于该化施工过程中如果酸液中Fe3'的含量高会严重影技术的组合具有多样性,并且其针对性强,根据不同响表面活性剂的性能,造成相分离絮凝及沉淀对储的储层需要进行与其相适应的技术复合,在进行复层会造成严重伤害。必须在体系中加入相应的铁离合酸压的施工设计难度较大。因此,在以后的复合子络合剂将伤害降到最少,因此,还应在这方面应重酸压工艺研究中,应进一步加大针对不同储层条件点研究,使其改造效果最佳。的酸压复合技术的研究,研究出一套一一对应的复(3)对耐高温清洁自转向酸体系的研究。清洁合技术,突破现有的理论模式,寻求新的改造技术,自转向酸变黏后的黏度随温度的变化是先增加,当才能不断拓展改造技术新领域。达到一个最大值后,又开始降低。目前清洁自转(2)在酸压与加砂压裂技术的复合中,对不同储向酸体系变黏后的黏度在高温储层下无法达到增粘层条件下酸液用量多少的研究。因为在酸压与加砂转向的目的,因此,在日后的研究工作中,应该重点压裂复合技术中,对碳酸盐岩含量的界限问题可能对适用于高温储层的转向酸体系的研究。把握不到位而导致一系列问题,例如碳酸盐含量过1.2复合酸压高情况下,酸液溶蚀严重可能会影响后期加砂施工,我国深层碳酸盐岩储层具有埋藏深、储层非均影响支撑裂缝导流能力等4。由于该工艺试验仍质性严重和基质含油性差。在碳酸盐岩储层改造中处于探索阶段,在以后的研究中,应该在碳酸盐含量酸压技术起了很大作用,但仍然存在一些问题:单一的界限问题上多下功夫,确保酸压与加砂压裂复合储层改造工艺改造区域有限,控制范围不理想;酸液工艺增产效果更好。高温性能不足,穿透距离有限;常规酸压技术不能实1.3超大型重复酸压现长裸眼井段均质改造。通过对前期酸压技术的总酸压工艺是碳酸盐岩油藏勘探开发核心技术之结认为把多种增产方法结合起来,发挥各种技术的但由于耆的胎响犯井经过一次酸压优点来解决目前酸压中存在的问题,从而形成了适仍不能获科中国煤化CNMH低的产能。同合不同储层特点的复合酸压技术。该技术的概念定样,常规重发酸压抆木田于仔仕入开液量规模小、压第23卷第5期李小刚等:酸压工艺进展及展望裂液滤失严重等问题,导致措施效率低,而超大型酸伸的研究。压工艺通过增加酸压液体用量及施工排量,可进(2)加快研发新的缓速酸液体系及相关工艺技步提高造缝长度,突破第一次酸压作用范围,提高重术。重复酸压大多是深穿透酸压,重复酸压工艺的复酸压的增产率5。工艺先进性、显效可能性及措施针对性,很大程度上般的重复酸压有3种方式6:层内压出新裂依赖于重复酸压工作液的选择,对相关工作液的要缝,即前次酸压失败后在同一层段新层位压裂或同求特别高,而目前的液体很难达到其要求。以后应井层段压裂;延伸老裂缝,即在油田开发过程中,由加强这方面的研究,针对不同油井的实际情况,找到于压力温度等环境条件的改变,导致原有裂缝堵适宜的酸液体系及相关工艺,以求达到最佳的重复塞、闭合或者酸压改造规模不够、酸蚀裂缝短、裂缝酸压效果。导流能力低,从而延伸原有裂缝;堵老缝压新缝转向1.4水力喷射分段酸压重复酸压,即储层已处于高含水期,原有裂缝控制的针对深层碳酸盐岩储集层水平井酸压面临的井储量已接近全部采出,老缝成了水的主要通道,但全下温度高、破裂压力高压裂液流动摩阻高储集层井尚有剩余控制可采储量,这时实施堵老缝压新缝非均质性严重等难点研发了水平井水力喷射分段重复酸压技术。酸压新技术。该技术将水力喷射和酸压技术相结超大规模重复酸压技术就是在一次酸压后合,利用水力喷射能形成深穿透大直径孔眼和喷射泵入液量大于2000m3的酸压施工。该工艺把重复酸液在近井地带的酸岩反应能一定程度降低地层破酸压与加砂压裂二者有机组合在施工过程中,压裂裂压力的特点,来提高深部水平井多段酸压能力和液不断向天然裂缝中滤失、充填并向前流动形成大效率。量裂缝网络,沟通人工裂缝两侧的储集体。较常规能实现多段酸压的主要机理为射流喷射形成的重复酸压,超大型重复酸压突破原有酸压裂缝作用水动力封隔作用21。根据伯努利原理,在裂缝起裂范围,实现井眼与井筒远处有利储集体连通,增加前高速射流进入水力孔眼后滞止,射流动能转化为产量。静压能,使得孔内滞止压力高于环空压力,进而压开重复酸压技术的研究实验工作,国外主要是在储层。裂缝形成后,环空流体会在射流引射作用下美国的 Cotton wood油田和 Little knife油田8。国被卷吸进入裂缝,保持环空压力低于已压裂层段裂内重复酸压在塔河油田和轮南油田有成功施工案缝延伸压力,因此,环空流体只进入射流所在位置的例。刘平礼等6在对重复酸压机理综合分析基础裂缝,而不会进入其他裂缝,因此起到了自封隔作上,针对古潜山油田中的技术问题,对该区块重复酸用。相同排量条件下,与普通炮弹射孔酸压相比,水压进行了系统分析和研究。谢远伟等对重复酸力喷射酸压的地层进液口截面积较小,使得缝端酸压中超大型酸压技术应用的研究,得出超大型重复液流动速度较大。酸液流动速度越大,储集层各点酸压具有深穿透、侧沟通网状结构等特点。因此,在接触酸液时间就越短,从而延长了酸液有效作用距后续研究中,应重点对以下几个方面进行攻关离,因此,高速酸液射流可在近井地带起到延长有效(1)加强酸压后应力场变化及导流能力变化以酸蚀距离的作用。及近井地带初裂缝是如何延伸的研究。在超大型重1998年, Surjatmadja第1次提出了水力喷射压复酸压技术中,由于碳酸盐岩储层非均质性强分布裂思想和方法2-3。该方法综合了水力喷射射孔、纵横向差异大前期改造已沟通近井部分缝洞使得水力压裂酸化喷射泵及双路径泵人流体等多种技重复酸压工作液滤失加剧,这些因素使得此类重复术,具有较准确地在指定位置制造裂缝、无需机械封酸压比第一次酸压具有更大的改造风险。要想隔、节省作业时间减少作业风险等优点。2001年超大型重复酸压效果更理想,未来应加大对重复酸 Reesmsurjatmo21水亚由成功的运用了水力压造缝酸蚀机理的研究特别是加强酸压后应力场喷射酸压技CNMHG进行了水平井变化及导流能力变化以及近井地带初裂缝是如何延水力喷射分↓压仅个的贯宄,光表明水力喷射46油气井测试2014年10月压裂酸化技术依靠水动力封隔实现分段酸压,井下层酸化并申请了专利20。先将胶凝泡沫酸作前置工具简单、耐高温,可节约成本,降低作业风险。通液注入地层,将地层压开;在造缝后,再将未胶凝的过对该技术现状的分析,可看出,以后将在下面几个泡沫酸注入裂缝,未胶凝的泡沫酸在胶凝泡沫酸中环节多下工夫形成指进,造成非光滑的酸蚀压裂面。80年代未90(1)加强喷射工具的优化改进。由于水力喷射年代初,国外某油田砂岩储层几口井在实施酸压后酸压技术是利用高速水射流进行地层压裂,其喷射几乎都没有获得成功,至此以后人们的观点都认为返流会对喷射工具表面造成损伤,加上酸液的注入,砂岩不适合酸压,一般文献资料上只是提到当砂岩对连续油管及喷嘴装置都会造成严重损害,所以水储层HCI可溶物含量大于20%时,推荐采用HCI力喷射压裂装置寿命短,特别是喷射工具磨损严重,酸化。但是,2002年,江苏沙蟋油田沙19、沙20断趟管柱的施工层数受到限制,在施工、经济上都会块油藏砂岩储层的注水井在常规增产措施(基质酸产出很大影响。因此,在水力喷射酸压技术以后的化、水力加砂压裂)无效后进行酸压尝试后却获得了研究中应加大对新型喷射工具的优化设计研究,选成功,从事实上证明了砂岩储层在某些条件下是可择合适材料,这对延长喷射工具寿命起着关键作用,以进行酸压的。李永平2等进行了裂缝性厚层砂进一步对施工效果有着决定性作用岩储层酸压技术的研究,其打破了以往砂岩仅进行(2)应该进一步深入研究水力喷射酸压裂机理。基质酸化的思路,针对异常高压厚层裂缝性砂岩储在国内对水力喷射酸压裂机理研究的学者还比较层提出“暂堵酸化+砂岩酸压”的改造工艺。可见少,仅限于李根生等2在这方面进行了相关研究,国内外对网络裂缝性酸压技术的研究在不断加大,因此,在这方面的理论研究较缺乏,对水力喷射孔眼通过分析可看出以后将会在以下几方面进行大量内压力分布规律及其影响因素研究并不深人。因研究:此,应该进一步深入该机理的研究,结合各种方法深(1)应加大对该工艺酸液体系的研究。在网络入研究水力喷射孔眼内压力分布规律及影响因素,裂缝酸压技术中,酸岩反应时,由于是砂岩储层中可进而确定出更合理的水力参数,设计出合理的酸压能碳酸盐岩含量较大或者碳酸盐岩胶结物的原始硅裂施工方案,从而达到良好的增产效果。质保护层的作用,随着后续HF酸或者产生HF酸1.5网络裂缝酸压的多组分酸体系的注入,将产生沉淀造成二次伤害,网络裂缝酸压技术是针对裂缝发育、连通性好影响改造效果。因此,在接下来的研究中,应加大对且易于在地层中形成了裂缝网络的砂岩储层当加该工艺酸液体系的研究,综合运用化学控制法、合适砂压裂无法进行的情况下,以解除裂缝中的污染和的酸液类型及浓度控制法、正确酸压工艺控制法去通过深度酸化来形成合理裂缝配置的改造措施。减少沉淀的产生,降低其对储集层的损害。对于天然裂缝发育的砂岩储层,钻井过程中容易产(2)应加强酸液类型及浓度的研究,优选出与各生钻井液漏失,带来严重的储层伤害。而水力压裂储层相对应的酸液类型及浓度。在网络裂缝酸压改造措施容易在近井附近产生多裂缝及裂缝迁曲,中,可能由于酸液溶解能力较大或者储层矿物胶结造成很高的施工压力,且非反应的压裂液不能完全不太致密,就会导致储层骨架的破坏、油井出砂等问解除钻井液对地层的深度污染,同时由于压裂液较题23。在进行网络裂缝酸压的研究中,优化选井选高的滤失速度容易产生砂堵导致高的施工风险。层方法的同时,应加强酸液类型及浓度的研究使其而采用相应的网络裂缝深部酸压工艺技术,可以有满足对地层有足够溶解力以形成酸蚀通道的同时效地沟通地层裂缝系统,在近井地带形成网状裂缝,又不会造成储层骨架的损坏,发生微粒运移及油井从而改善地层的渗流状况,使措施井获得很好的出砂等问题。效果。1989年,A.R, innings等利用指进现象造成非结中国煤化工CNMH光滑的酸蚀裂缝面,将压裂酸化技术引人了砂岩地(1)清沿目向酸压仅个时大键问题是对其第23卷第5期李小刚等:酸压工艺进展及展望47材料的选取及优化以降低成本,并进一步加强对该技术及其优势[J].石油钻探技术,2009,37(1):69体系耐温性、该体系铁离子络合剂的研究。72[13]李翔复合酸压技术在塔河油田碳酸盐岩油藏中的应(2)针对复合酸压技术工艺上的多样性,应总结用[J.石油钻探技术,2008,36(2):72-73出与其一一对应的施工对象,做到复合技术的全[14]Liw, Oliveira h, Maxey J. Invert Emulsion Acid for Si面性。multaneous Acid and Proppant Fracturing[ J]. OTC Bra-(3)在超大型重复酸压技术的研究中,应加强酸sil,2013[15]黄燕飞,林涛,张烨塔河油田A井大型重复酸压工艺压后应力场变化、导流能力变化以及近井地带初裂技术实践[J石油地质与工程,2010,24(5):11-114缝延伸轨迹研究,同时加强新的缓速酸液体系及相16】刘平礼,李年银,赵立强轮南古潜山碳酸盐岩油气藏关工艺技术的研究。重复酸压理论与技术研究[J钻采工艺,2006,29(6):(4)加强喷射工具的优化改进及进一步深人研[17]谢远伟,罗纯,耿宇迪超大型酸压工艺技术在重复酸究水力喷射酸压裂机理是水力喷射分段酸压技术的压中的应用[J]断块油气田,2011,18(6):805-808关键所在。[18]赵海洋林涛陈朝刚塔河油田碳酸盐岩油藏重复酸(5)网络裂缝酸压酸液体系、酸液类型及浓度的压可行性研究[J]钻采工艺,2009,31(1):113-120[19] Pournik M, Nasr-El-Din H. Laboratory Evaluation of Ac-研究是网络裂缝酸压技术的重要发展方向。id Refracturing Performance[ C]SPE Latin American andCaribbean Petroleum Engineering Conference. 2010參考文献[20] Li S, Sheng M, Tian S C. Multistage Hydraulic Jet[1]谢锦龙,黄冲,王晓星中国碳酸盐岩油气藏探明储量分Acid Fracturing Technique for Horizontal Wells [J]布特征[J]海相油气地质,2009,14(2):24-30SPE156398,2012[2]艾昆李谦定,袁志平等清洁转向酸酸压技术在塔河21]QuH,LiG, Huang Z et al. 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SPE 134307,2010本文收稿日期:2014-03-07编辑:方志慧[贾光亮,张飞洲,梁护站,塔河油田超大规模复合酸压中国煤化工技术[J].石油钻探技术,201,39(6):78CNMHG12]吴月先,马发明,赵业荣,等酸化与加砂压裂协同作业