胶凝酸闭合酸压工艺技术在川西海相储层改造中的应用

2022-09-26

引言

中国海相碳酸盐岩分布面积大, 约占大陆沉积岩总面积的40%, 其储层天然气含量约占我国天然气资源总量的60%。川西海相碳酸盐岩储集层十分发育, 中石化西南油气分公司部署实施的川科1井的成功 (86.8m3/d) , 证实了川西海相储层具有极大的勘探开发潜力。为了进一步扩大该区天然气勘探开发成果, 为川西气田寻找新的接替层系, 中石化西南油气分公司在该储层新布了两口探井XNS-1井和XOS-1井。通过对XNS-1井钻后研究, 预测该套储层在整个川西探区发育区面积近8000平方公里, 资源量近5000亿立方米。但测试发现该区地质情况复杂, 探井自然产能低, 必须进行储层改造。因此, 有必要对适应于研究区的储层改造工艺技术进行进一步研究。

一、储层特征及改造面临的问题

川西海相碳酸盐岩储层大多低孔低渗, 自然产能低, 储层改造主要面临如下难题: (1) 储层主要为灰岩、白云岩, 酸岩反应速度快难以达到深穿透目的; (2) 储层可能含有H2S酸腐蚀性气体, 且储层埋藏深 (5000m以上) , 高温下增加了管柱腐蚀的风险; (3) 井深管柱摩阻大、酸液腐蚀大; (4) 储层非均质性强, 可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层, 均匀改造难度大; (5) 储层多含水, 规模太大易出水。

因此, 应优选高温抗腐蚀性能好的酸液配方以降低高温下酸液对管柱的腐蚀, 同时优选酸岩反应速度慢、降阻性能好的酸液配方体系, 在优化的酸液规模下尽可能沟通更大范围的储层和天然裂缝并增加酸蚀裂缝长度、达到深穿透目的。

二、酸液配方优选级主要性能

通过对国内外类似储层压裂用工作液的实验评价和分析以及元坝地区、川科1井的成功经验, 决定采用胶凝酸酸化工艺, 通过室内实验, 优选出配方为:盐酸+胶凝剂+缓蚀剂+缓蚀增效剂+铁稳剂+助排剂+增效剂

1. 稳定性

将酸液置于90℃下恒温不同时间, 观察其稳定性, 试验表明酸液具有良好地稳定性, 溶液始终呈褐色均匀粘稠状液体 (120min) , 粘度变化不大。

2. 综合性能

参照相关实验标准, 对配方酸液的性能进行了评价。表1为配方酸液综合性能室内实验评价结果。

由表1可以看出, 酸液粘度、铁离子稳定能力、缓速率等性能均符合相关标准要求;静态腐蚀速率、动态腐蚀速率分别为3.93g/m2.h、65g/m2.h均到达国家一级标准;且酸液表面张力低 (28.15m N/m) , 酸液易于返排, 能够降低残酸对储层的伤害。因此, 酸液的各项性能整体较好, 符合施工要求, 为大范围的沟通储层和天然裂缝以及增加酸蚀裂缝长度, 实现储层深度酸压创造了良好的条件。

3. 缓蚀性能

采用挂片腐蚀法, 对配方酸液和P110油管在140℃条件下进行了酸液腐蚀实验, 实验结果见表2所示。

从缓蚀实验结果可以看出, 在140℃条件下酸液的腐蚀速率为32.74g/ (m2.h) , 符合行业标准, 满足施工要求。

4. 储层岩屑酸溶蚀率

对该区两口探井设计改造层段岩屑 (80-200目) 进行了酸液溶蚀性实验, 实验温度90℃, 酸岩反应时间120min, 液固比20:1, 为降低实验误差, 每个层段的岩屑做4组实验取平均值, 实验结果如表3所示。

实验结果表明, XNS-1井岩性为灰岩、白云岩为主, 溶蚀效果最好;XOS-1井5699-5706.5m层段岩性为白云质灰岩、灰岩, 溶蚀效果稍差, 5710.3-5724m层段岩性为白云岩、灰岩, 溶蚀效果较好;两井采用盐酸为主体的胶凝酸酸压改造完全能满足要求。

三、施工参数优化

1. 注酸排量优化研究

施工排量与泵注压力需尽量保证套管、油管、井口及地面高压管汇等井下工具与地面设备的安全使用。在对改造层段施工排量与井口施工压力预测计算时, 通过模拟改造层段在不同吸酸压力梯度, 不同排量时的井口施工压力, 得出施工排量应不大于4.0m3/min。再加上施工井为勘探井, 未知的一些因素也决定了不宜采用高排量, 所以最终优化施工排量为1.0-4.0 m3/min。

2. 酸蚀裂缝导流能力优化

不同类型的储层物性以及裂缝发育程度差别很大, 所以储层改造的目的也不相同。因此, 针对这Ⅲ类储层的改造目的、目标, 进行了酸蚀缝长以及裂缝导流能力优化研究, 优化结果如表4所示。

3. 酸压规模选择

储层物性差, 储层改造获得高产的关键在于获得更长的酸蚀裂缝, 因此, 应适当加大规模。但是考虑到储层施工难度大, 大部分储层均为气水同层或含气水层, 且施工井为勘探井, 故而施工规模又不宜太大。结合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层改造所需裂缝长度, 综合考虑, 胶凝酸闭合酸化规模为120~220m3, 图1为软件模拟的XNS-1井雷口坡组酸压规模与酸蚀缝长、动态缝长关系图。

4. 助排措施

由于储层改造层段低孔低渗, 为实现改造井酸化改造后残酸的快速返排, 以降低储层伤害, 采用全程液氮伴注, 同时在施工液体配方中加入了增效剂等强力助排的添加剂, 若排液困难时采用液氮气举或液氮吞吐等助排措施。

四、现场应用与工艺评估

此工艺技术在新场-孝泉海相共进行2井3层次的储层改造施工 (表5) , 改造井为孝泉构造XOS-1井和新场构造XNS-1井, XNS-1井获得了高产工业气流, 取得重大勘探突破。

采用压裂软件对两口勘探井进行了压后拟合分析, 两口井均为裂缝性储层, 由于都采用了酸岩反应速度慢、降阻性能好的胶凝酸酸液配方体系, 故最后获得的酸蚀裂缝半长都较长, 实现了对储层的深度改造。

五、结论与建议

1. 通过对储层与相关技术现状的分析研究, 优选出了改造工艺及酸液体系。并对酸液性能进行了评价, 对施工参数进行了优化, 初步形成了一套适合于新场-孝泉海相储层改造的酸压工艺技术, XNS-1井获得了45.611×104m3/d的产量。

2. XNS-1井5587-5605m层段以及XOS-1井改造效果不理想说明施工参数、返排技术以及控水技术还需根据层段特征进行进一步优化研究。

3. 针对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层根据改造目的、目标对酸蚀缝长及裂缝导流能力进行了优化设计, 初步形成了针对这些储层进行改造的压裂优化思路。为了均匀布酸, 建议在今后的技术优化中进行暂堵技术研究。

摘要：川西海相储层具有极大的勘探开发潜力, 通过先期几口勘探井的评价得出储层改造是该区获得工业气流的必要手段。针对储层改造面临的主要问题, 结合国内外相关改造经验以及现场情况, 采用了胶凝酸闭合酸压工艺技术。并优化、评价了酸液体系, 同时对施工参数也进行了优化研究。初步形成了一套适合于川西海相储层改造的酸压工艺技术。现场应用2井3层次, 其中XNS-1井获得了高产工业气流 (45.611m3/d) , 取得了勘探开发上的重大突破。为气藏下一步高效、经济开采奠定了技术基础。

关键词：海相储层,胶凝酸,闭合酸,酸压