酸液对酸蚀裂缝导流能力影响的研究

王明星，吴亚红，孙海洋，陈盼盼，贾旭楠

(1.中国石油新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834099； 2.中国石油大学(北京)，北京 102249；3.中国石油长庆油田分公司，陕西 西安 710200； 4.国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津 300304)

0 引 言

碳酸盐岩油气藏采用酸化压裂或复合酸化压裂施工，酸与裂缝面的可溶矿物接触，发生酸岩反应，形成对裂缝面的刻蚀，酸蚀裂缝的导流能力与酸化压裂优化设计和酸化压裂效果紧密相关[1-4]。酸蚀裂缝导流能力取决于酸的不均匀刻蚀程度，酸与岩石在地层中的反应是一个随机过程，因此，酸蚀作用形成的裂缝导流能力很难预测。选择合理的酸液体系和施工参数，形成长效高导流能力的不均匀酸蚀通道，可以大幅度地提高油井产能[5-6]。此次研究通过改变高温胶凝酸、变黏酸和自转向酸的体积分数、用量、温度、组合方式，进行导流能力实验，评价不同影响因素下酸蚀裂缝导流能力的变化规律和导流能力保持率(在地层闭合压力作用下，裂缝导流能力的剩余值与初始值的比值，称之为导流能力保持率)，在此基础上优化酸化压裂的施工参数，为现场施工提供决策依据。

1 实验方案设计

主要实验设备为酸蚀裂缝导流仪，实验试剂主要为变黏酸、高温胶凝酸和自转向酸，实验岩板使用塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩的岩心制作。酸液体积分数设置为10%、15%、20%、25%，用量设置为300、500、700、900、1 000 mL，温度设置为60、80、100、120 ℃。实验目的：一是评价不同酸液体积分数、酸液用量和温度条件下，变黏酸、高温胶凝酸和自转向酸的酸蚀裂缝导流能力的变化规律；二是评价2种酸在不同组合下的酸蚀裂缝导流能力的变化规律(酸液体积分数为20%，酸液用量各为250 mL)。

2 实验结果分析

2.1 酸种类对酸蚀导流能力的影响

酸液注入速率为10 mL/min，酸液体积分数为20 %，酸液用量均为1 000 mL，酸蚀导流能力实验结果见图1。由图1可知：随着闭合压力的增加，3种酸液的酸蚀导流能力均逐渐降低，其中，高温胶凝酸导流能力下降幅度最大，变黏酸下降幅度最小；在相同的闭合压力下，高温胶凝酸的导流能力保持率最低，变黏酸的导流能力保持率最高；尽管高温胶凝酸导流能力保持率最低，但其导流能力始终高于变黏酸和自转向酸。

观察酸蚀后岩板表面的刻蚀情况可知(图2)，3种酸液体系对岩板刻蚀程度明显不同，高温胶凝酸不均匀刻蚀程度较强，自转向酸和变黏酸不均匀刻蚀程度较弱。

图1 不同酸液种类对酸蚀导流能力的影响

2.2 酸液体积分数对岩板导流能力的影响

酸液体积分数分别为10%、15%、20%、25%，酸液用量均为1 000 mL，注入速率为10 mL/min，评价酸液体积分数对岩板导流能力的影响(图3)。由图3可知：随着酸液体积分数的增加，3种酸液的酸蚀导流能力均增加；随闭合压力升高，3种酸液的酸蚀导流能力均逐渐下降。其主要原因是随着酸液体积分数增加，溶蚀能力越强，增加了酸液对岩石矿物的溶解量以及不均匀刻蚀程度，同时，酸液黏度也随着酸液体积分数增加而增加，降低了酸液的滤失量；酸液体积分数增加，降低了酸岩反应速度，有利于长时间保持酸液中的有效成分，酸液向地层深部穿透，增加了有效作用距离。总之，酸液体积分数的增加，提高了酸液的作用效果和酸蚀裂缝的导流能力[7-9]。

观察不同体积分数的3种酸液酸蚀后的岩板(图2)可知：随酸液体积分数的增加，岩板表面的不均匀刻蚀程度越来越明显；相同体积分数下，高温胶凝酸的不均匀刻蚀程度最强，自转向酸其次，变黏酸最弱。岩板的刻蚀程度与酸蚀裂缝导流能力有较强的正相关性，岩板的刻蚀程度越强，导流能力越高。

由图3a可知，变黏酸的导流能力保持率与其体积分数并不是完全呈现一一对应关系，不同体积分数的导流能力保持率曲线出现交叉现象，这是由于不同体积分数的变黏酸的刻蚀程度不同，刻蚀的强度、深浅和均匀性等导致其支撑裂缝的能力也不同，在高闭合压力作用下，导流能力的下降幅度受这几种因素的共同作用，没有表现出明显的规律性。但总的来看，变黏酸体积分数在15%和20%时，导流能力的保持率较高[10-12]。由图3b可知，高温胶凝酸体积分数在20%和25%时，导流能力保持率最大[13-15]。由图3c可知，在闭合压力小于80 MPa时，自转向酸体积分数为15%时的导流能力保持率最高，闭合压力达到90 MPa时，酸液体积分数为20%时的导流能力保持率最高。这是由于自转向酸作用机理所致，随注入量和注入压力增加，表现出了明显的变黏增压转向作用，从而更加有效地改造非均质储层[16-19]。因此，在实际应用中，综合考虑经济成本，推荐最佳酸液体积分数为15%～20%。

图2 岩板酸蚀实验(从左至右酸液体积分数分别为10%、15%、20%、25%)

2.3 酸液用量对酸蚀导流能力的影响

酸液注入速率为10 mL/min，酸液体积分数为20%，酸液用量为300、500、700、900 mL，评价酸液用量对导流能力的影响(图4)。由图4可知：随酸液用量的增加，酸蚀裂缝的导流能力提高，这是由于酸液用量增加，增强了对裂缝壁面的刻蚀程度，从而提高了导流能力；随闭合压力的增加，酸蚀裂缝导流能力大幅度下降。由图4a、b可知，变黏酸和自转向酸用量为900 mL时，酸蚀导流能力最大，但随着闭合压力增大，其下降幅度也是最大的。因此，在酸化压裂设计时，变黏酸和自转向酸的用量应根据储层特征和酸化压裂井段长度，考虑初始导流能力以及导流能力下降幅度等因素综合优化。由图4c可知，高温胶凝酸用量为900 mL时，酸蚀导流能力下降的幅度最小。因此，在考虑成本的情况下，应尽可能增大高温胶凝酸的用量，以获得良好的增产效果。

2.4 温度对酸蚀导流能力的影响

实验注入速率为10 mL/min，酸液用量为500 mL，温度分别为60、80、100、120 ℃，研究温度对导流能力的影响(图5)。由图5可知：温度对酸蚀裂缝导流能力的影响较大，不同酸的导流能力变化规律不同，高温胶凝酸在80 ℃时导流能力最大，变黏酸和自转向酸在100 ℃时的导流能力最大；低闭合压力下，酸蚀导流能力越高，则在高闭合压力下，其下降幅度也越大。

由图5a可知：高温胶凝酸在80 ℃时酸蚀导流能力最大，120 ℃时次之；随着闭合压力增大，酸蚀导流能力不断下降，闭合压力达到90 MPa时，无论是80 ℃还是120 ℃，导流能力仍能维持在4 μm2·cm左右，对酸蚀裂缝是比较理想的一个数值，说明高温胶凝酸适合高温高闭合压力储层的酸化压裂施工。

图3 不同酸液体积分数对酸蚀导流能力的影响

由图5b、c可知，不同温度下变黏酸和自转向酸的酸蚀导流能力变化规律相似。当温度为60 ℃时，导流能力较低，闭合压力对导流能力的影响较小；温度升至100 ℃时，酸蚀导流能力最大，继续升高温度，酸蚀导流能力下降。综合分析可知，在一定范围内，温度升高加快了酸岩反应速度，有利于酸对岩板的溶蚀，提高了酸蚀导流能力。但温度过高，酸岩反应速度过快，导致岩板不均匀刻蚀程度严重，有效酸岩反应距离缩短，反而不利于保持较高的导流能力。因此，变黏酸和自转向酸适用温度为100 ℃左右。

图4 酸液用量对酸蚀导流能力的影响

2.5 组合酸对酸蚀导流能力的影响

实验注入速率为10 mL/min，酸液体积分数为20%，每种酸液的用量为250 mL，评价组合酸对导流能力的影响(图6)。由图6可知，在相同闭合压力下，组合酸酸蚀导流能力的大小顺序依次为：高温胶凝酸和自转向酸组合、高温胶凝酸和变黏酸组合、变黏酸和自转向酸组合；组合酸导流能力介于高温胶凝酸和变黏酸之间，偏向高温胶凝酸一侧。

图5 不同温度对酸蚀导流能力的影响

图6 组合酸对酸蚀导流能力的影响

组合酸综合了2种酸的优点，不仅有利于保持较高的导流能力，还有利于维持较高的导流能力保持率，因此，采用交替注入组合酸的方式，可以获得更高的导流能力，从而提高增产效果。

3 应用实例分析

根据3种长效酸对酸蚀导流能力变化规律的实验评价，在塔里木盆地碳酸盐岩储层开展了不同酸液体系的酸化压裂施工现场应用。针对不同储层类型，采用相应的液体体系，并对酸化压裂施工参数进行了优化。

在塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩储层采用高温胶凝酸施工的20口井，均获得了良好的施工效果。以A井酸化压裂施工为例，酸化压裂目的层为奥陶系中下统鹰山组，酸化压裂井段为6 687.94～6 780.00 m，近井地带储层发育及油气显示一般。该井酸化压裂施工设计采用340 m3冻胶压裂液和330 m3高温胶凝酸进行酸化压裂，设计动态缝长为110.2 m，缝高为68.5 m，酸蚀缝长为92.7 m。

施工曲线表明，泵注前期地层顺利压开，泵注冻胶260 m3，压力平稳；正挤高温胶凝酸295 m3，油压为65.9～84.0 MPa，套压为17.9～28.1 MPa，排量为5.4～6.0 m3/min。压裂后数值模拟动态缝长为129.7 m，缝高为69.3 m，酸蚀缝长为107.6 m，酸化压裂施工参数合理，施工成功，表明采用的高温胶凝酸液对地层酸蚀效果良好，为增产增储提供了良好的技术保障[20]。

4 结 论

(1) 通过3种酸液的导流能力实验评价和岩板刻蚀观察，酸蚀裂缝导流能力和酸蚀强度由强到弱依次为高温胶凝酸、自转向酸、变黏酸。高温胶凝酸和自转向酸形成的刻蚀纹理在岩板上分布均匀性较差，变黏酸形成的刻蚀纹理均匀性较好，有利于进行深部酸化。

(2) 随着酸液体积分数增加，3种酸液的酸蚀导流能力和刻蚀程度均增加，酸液体积分数在15%～20%时，酸蚀导流能力保持率最高。综合考虑储层特征和施工成本，酸化压裂设计最优体积分数为15%～20%。

(3) 对变黏酸和自转向酸，随着酸液用量的增加，酸蚀导流能力也增大；随着闭合压力增大，酸液用量最大的，其下降幅度也最大。因此，在酸化压裂设计时，酸液用量应考虑初始导流能力以及导流能力下降幅度等因素进行综合优化。高温胶凝酸用量越大，酸蚀导流能力也越大，适合进行大规模酸化压裂施工。

(4) 随温度的升高，3种酸液的酸蚀导流能力总体是增大的；温度对变黏酸和自转向酸的酸蚀导流能力保持率的影响较小；高温胶凝酸随着温度增加，酸蚀导流能力也增大，但在高闭合压力作用下，其下降幅度也大。

(5) 高温胶凝酸和自转向酸组合，酸蚀导流能力最高，高温胶凝酸和变黏酸组合，酸蚀的导流能力次之，变黏酸和自转向酸酸蚀后的导流能力最低。对于裂缝发育的储层可以采用高温胶凝酸和自转向酸的组合进行酸化压裂施工；对于基质孔隙型储层，可以采用高温胶凝酸和变黏酸组合进行酸化压裂施工。

(6) 现场实例应用高温胶凝酸酸化压裂施工，对地层的酸蚀效果较好，形成了高导流能力的裂缝，获得了良好的酸化压裂效果，为增产增储提供了技术保障。