裂缝性碳酸盐岩储层体积酸压技术精细化研究

何春明才 博唐邦忠刘 哲

(1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院 2.中国石油华北油田公司)

裂缝性碳酸盐岩储层体积酸压技术精细化研究

何春明1才 博1唐邦忠2刘 哲1

(1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院 2.中国石油华北油田公司)

紧密围绕如何实现裂缝性碳酸盐岩储层高产、稳产的系列难题,以储层改造对象精细化研究为切入点,通过压汞实验、核磁共振实验以及电镜扫描实验,明确了储层的储集空间和渗流通道,通过岩石力学实验认识了储层可压裂性。以储层特征为基础,提出了针对脆性较强、裂缝发育段“先疏后堵、主缝沟通、支缝补充”的体积酸压改造模式,结合“大排量、大液量及高低黏酸液组合”的改造工艺,研究成果在大牛地气田X井进行了现场试验,压后试气产量达到5.2×104m3/d,是周围直井的10倍以上,这为同类型储层体积酸压改造提供了很好的借鉴思路。

裂缝性碳酸盐岩 脆性 体积酸压改造 低伤害

我国碳酸盐岩油气资源量占总资源量30%以上,是油气增储上产的重要领域。我国碳酸盐岩储层基质物性差,次生成岩作用所形成的缝洞系统是主要储集空间和渗流通道,但富油气缝洞发育不连续,使得我国碳酸盐岩油气藏90%是通过酸化酸压才获得重大发现,80%以上开发井需要酸化酸压才能获得规模效益[1-2]。

裂缝性碳酸盐岩油气藏作为一类常见的碳酸盐岩储层,在我国塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地广泛分布,此类油气藏按照常规大规模酸压模式所能沟通的裂缝系统较少,酸液波及体积小,通常能够获得一定的初产,但产量递减快,稳产难度大[3-4]。故急需探索出一套适合裂缝性碳酸盐储层的酸压改造技术措施。为此,在借鉴北美致密油气成功开发经验的基础上,创新了水平井分段改造+体积酸压的改造模式,并在某裂缝性碳酸盐岩储层进行了先导性试验,取得了较好的效果。

1 储层改造对象的精细化研究

1.1 储层储集空间及渗流通道研究

明确储层改造对象的储集空间和渗流通道是储层改造模式选择的基础,从图1和图2可以看出,储层基质非常致密。压汞实验表明,基质岩样岩心的喉道半径很小,主要分布在0.1μm左右。核磁共振T2谱分析表明,储层的可动流体饱和度为2.18%～15.69%。综合分析,本区块基质岩样的储渗能力极差,裂缝是本区块主要的储集空间和渗流通道。

为了进一步认识储层微观特征,通过电镜扫描实验对岩样的孔喉特征及微裂缝发育特征进行了研究。如图3所示,基质岩样在放大5 000倍后依然难以观察到可流动的孔喉通道,但岩样微裂缝较为发育,裂缝多处于充填和半充填状态。电镜实验进一步证实,裂缝系统是主要的储集空间和流动通道。酸压改造的目的就是最大程度地沟通更多的天然裂缝系统,建立起裂缝流动网络,以实现裂缝沟通体积最大化为设计目标。

1.2 储层岩石脆性特征研究

由页岩储层体积压裂改造的经验可知,要实现储层体积改造,除要求储层天然裂缝发育外,更重要的是储层必须具有较强的可压裂性(脆性)。为此,室内对储层不同改造井段的可压裂性进行了系统研究,为改造模式选择提供依据。

首先通过取心后全直径岩心破碎特征定性分析岩石的脆性特征,观察发现X井水平段不同改造段的岩石破碎特征存在较大的差异,如图4所示。左侧钙质含量高的岩样取心后岩心完全破碎,具有明显的脆性破坏特征,有利于实现体积压裂改造;而右侧泥质含量较高岩样,虽有部分颗粒脱落,但破碎特征不明显,酸压改造不利于网络裂缝的形成和相互沟通。

在对破碎特征观察的基础上,通过全应力应变曲线分析,更为准确地描述岩心脆性特征。图5为取心岩样的三轴力学测试曲线。从图5可以看出,钙质含量高的岩样(图5(a))在达到抗压极限后承压能力发生突变,表现出较强的脆性特征。而泥质含量较高的岩样(图5(b))在达到抗压极限后岩石继续变形,破裂特征不明显,具有较强的塑形特征。借鉴页岩储层改造思路,对于具有不同脆性特征的储层,其改造模式应该有所差异,以提高储层改造的针对性。

2 储层改造工艺的精细化研究

储层研究表明,碳酸盐岩储层水平井改造段的裂缝发育程度、岩石脆性特征差异较大,这就要求酸压设计应该坚持“一缝一策”的设计思路。

对于以裂缝为主要渗流通道和储集空间的储层,如何实现裂缝改造体积最大化是酸压改造的核心,摒弃了以往“大排量+大液量+高黏度”降滤失、深穿透的常规酸压改造模式,充分利用酸液滤失对裂缝系统的溶蚀和沟通作用,提出“先疏后堵、主缝沟通、支缝补充”的体积酸压改造模式。体积酸压改造首先利用低黏酸液在裂缝系统的渗滤和溶蚀反应形成酸蚀通道,使裂缝系统相互贯通。裂缝系统的沟通包括:储层深部的沟通(裂缝延伸方向的沟通)以及裂缝侧向的沟通,然后注入转向酸(或暂堵材料)对溶蚀通道暂时封堵,最后再次注入低黏酸液对储层深部裂缝网络沟通,最终实现裂缝改造体积最大化的目标。

本研究采用岩心滤失实验以及岩板酸刻蚀实验相结合的方式对实现体积酸压改造的工艺技术措施进行了系统研究。

2.1 岩心滤失实验测试

采用岩心动态流动实验装置,对不同黏度酸液的滤失特征以及酸岩反应特征进行了系统的实验测试。为了与实际储层接近,选用含有天然裂缝的岩样进行实验测试,实验前通过电镜扫描以及CT扫描相结合的方式对裂缝开度、充填程度进行表征[5-6]。图6和图7为典型的低黏酸与转向酸滤失特征。

从图6和图7的对比可以看出,低黏降阻酸体系的酸液滤失速率以及酸岩反应速率快,天然裂缝作为主要滤失通道在酸液进入后快速反应使得裂缝开度大幅度增加,在恒定的滤失压差下,酸液滤失速率快速增加。而对于转向酸,其酸液黏度较高,同时具有的变黏特征,使得酸液在天然裂缝区域渗滤较小,未能形成贯穿天然裂缝的流动通道,而是使岩心端面大面积溶蚀,说明酸液滤失控制能力较强,酸液对裂缝的沟通能力较差,更趋向于均匀刻蚀。

2.2 岩板酸刻蚀实验测试

岩心实验能够从局部反映酸液滤失特征及酸液对天然裂缝的沟通特征,为了更为全面地认识不同类型酸液在裂缝内流动过程中对天然裂缝沟通能力,采用岩板酸刻蚀实验进一步开展研究。

从图8和图9的对比可以看出,转向酸在天然裂缝区域的溶蚀反应并未使裂缝开度出现明显变化,滤失管线的流量变化较小,而降阻酸在裂缝区域的溶蚀产生了多个大尺寸的酸蚀孔洞,使得酸液的侧向流动能力增加,滤失管线流量随时间大幅度增加。

岩板实验进一步说明,转向酸具有较好的滤失控制能力,而低黏降阻酸对裂缝系统具有更好的沟通能力。两者相结合,首先注入降阻酸对天然裂缝系统深度沟通,然后注入转向酸对溶蚀通道暂时封堵,最后再次注入降阻酸实现更远区域裂缝系统的深部沟通,最终实现“先疏后堵、主缝沟通、支缝补充”的改造思路。

3 酸压施工参数及规模优化

由于目前还没有适合体积酸压改造的优化设计软件,因此采用FracPT压裂酸化优化设计软件进行施工参数及规模优化,但考虑到体积酸压的侧向沟通和滤失问题,在优化规模下适当增加用酸量。

体积酸压强调的是“先疏后堵、主缝沟通、支缝补充”的设计理念。为此,采用不同黏度流体交替注入的注入模式。体积酸压要求大排量施工,但由于管柱内径仅76 cm,受管柱尺寸以及封隔器截流的影响,施工排量受限,模拟按5.0 m3/min排量注入,实际施工采用限压不限排量的泵注思路,模拟数据见表1。

表1 X井体积酸压模拟计算结果Table 1 Simulation results of volume acid fracturing in X well

通过模拟,决定采用100 m3转向酸+180 m3降阻酸的规模,采用80 m3降阻酸+100 m3转向酸+100 m3降阻酸的交替注入模式,以最大限度地提高储层深部以及横向天然裂缝的沟通体积。

4 体积酸压改造配套措施研究

4.1 测试压裂技术充分认识储层

通过测试压裂了解储层的闭合应力、天然裂缝发育状况、近井摩阻情况。同时,认识储层的吸液能力,认识储层实施体积酸压改造的适应性,并为后续施工方案的调整提供依据。

4.2 优化返排技术

考虑到储层压力系数较低(仅0.8～0.9),为了提高酸液的返排能力和返排速率,采用自身返排和强化助排两种模式。自身返排主要通过增加返排液活性,降低返排液摩阻;强化返排通过全程液氮伴注、压后快速返排,充分利用酸岩反应产生的CO2膨胀能助排。

4.3 防应力敏感的排液生产技术[7]

体积酸压改造流动通道主要由裂缝网络建立,具有较强的应力敏感性。因此,在排液过程以及后期生产过程中都应当遵循前期慢、后期快的策略。

5 现场实施与分析

X井为本区第一口酸压水平井,为了进一步提高酸压设计的针对性以及准确性,在改造前用活性水进行了小型测试压裂。

图10的测试压裂结果表明,储层吸液能力极强,在2.5 m3/min排量下未能压开储层,关井测压降15 min内压力降低近7 MPa,进一步说明储层滤失较大,吸液能力很强,表明储层天然裂缝发育,为体积酸压改造创造了好的条件。

主压裂阶段为充分压开储层将排量大幅提高到7 m3/min。从体积压裂施工曲线(图11)可以看出,在降阻酸注入阶段,随着酸液的注入,施工压力逐渐降低,表明酸液滤失较大,较好地沟通了裂缝系统,转向酸阶段初期压力保持稳定,后期压力逐渐增加,最后注降阻酸阶段,在排量小幅增加的情况下,施工压力大幅增加。本井采用裸眼分割器完井,共完成9级酸压改造,注入转向酸1 302 m3,注入降阻酸898 m3,施工压力最高74.7 MPa,施工最高排量7.2 m3/min。虽然本井异常低压,但返排率依然达到56.5%,试气产量达到5.2×104m3/d,产量达到周围直井的10倍以上。考虑到致密层段对产能基本没有贡献,说明对于裂缝发育段实施体积酸压改造获得了好的改造效果。

6 结论与建议

(1)低黏酸液体系在天然裂缝内的渗滤更有利于天然裂缝的溶蚀及相互沟通,高黏酸液的滤失控制作用会阻碍裂缝系统的沟通。

(2)对于裂缝发育、可压裂性较强储层提出的“先疏后堵、主缝沟通、支缝补充”的改造思路能够实现储层裂缝改造体积最大化。

(3)水平井体积酸压改造在X井应用后,产能达到周围直井10倍以上,取得了很好的改造效果,建议后续可以采用“大规模滑溜水+低黏降阻酸+转向酸”的改造工艺,进一步扩大裂缝的沟通体积。

[1]夏新宇,陶士振,戴金星,等.中国海相碳酸盐岩油气田的现状和若干问题[J].海相油气地质,2000,5:6-11.

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Detailed study on volume acid fracturing technology for fractured carbonate reservoirs

He Chunming1,Cai Bo1,Tang Bangzhong2,Liu Zhe1
(1.Langfang Branch of Research Institute of Petroleum E&D,Langfang 065007 Hebei,China) (2.PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu 062550)

This paper focused on the theme of how to achieve high and stable productivity for fractured carbonate reservoir.Taking the object of detailed reservoir research as the breakthrough point,through the mercury penetration experiment,NMR experiment and SEM experiment,the reservoir storage space and seepage channel were clear,and by the rock mechanics experiment, the brittleness of the reservoirs was understood.On the basis of reservoir characteristics,we put forward for the volume acid fracturing mode of“first communicate and later block,main fracture communicating,branch fracture supplement”,and with the technology of“high injecting rate, large injecting scale and the combination of high and low viscosity acid”for brittleness and fractured reservoirs,the research result has been conducted in X well of Daniudi gas field.The gas production reached 52×103m3/d after acid fracturing stimulation,which was more than 10 times of vertical well.The breakthrough of this well could provide a new thought for similar reservoir volume acid fracturing treatment.

fractured carbonate reservoirs,brittleness,volume acid fracturing,low damage

TE357.2

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2014.05.015

2014-01-10;编辑:冯学军

中国石油重大专项“华北油田上产稳产800万吨关键技术研究与应用”(2014E-35)。

何春明(1985-),男,博士,2013年毕业于西南石油大学油气田开发专业,工程师,主要从事油气藏储层改造工作。地址:(065007)河北省廊坊市广阳区万庄镇石油分院压裂酸化中心D楼。E-mail:hcm8898533@163.com