吐哈盆地致密砂巖氣藏醇基壓裂酸化技術(shù)與應(yīng)用

摘 要

摘要：針對吐哈盆地巴喀和紅臺兩個致密砂巖氣藏常規(guī)的壓裂液、酸化液水敏、水鎖傷害嚴重，對儲層的二次傷害大的實際情況，開展了醇基壓裂液、酸化液技術(shù)研究。室內(nèi)巖心實驗定量分
摘要：針對吐哈盆地巴喀和紅臺兩個致密砂巖氣藏常規(guī)的壓裂液、酸化液水敏、水鎖傷害嚴重，對儲層的二次傷害大的實際情況，開展了醇基壓裂液、酸化液技術(shù)研究。室內(nèi)巖心實驗定量分析了儲層水敏、水鎖傷害程度，確定了壓裂液及酸液中甲醇及各添加劑的最佳濃度和加量，建立了既能防水鎖水敏傷害、又能實現(xiàn)深部酸化的多氫酸+醇酸化液體系，給出了酸液體系中各酸型的推薦使用濃度，并最終研制出了適合該區(qū)致密砂巖氣藏儲層改造的醇基壓裂、酸化液體系，其性能指標優(yōu)于常規(guī)壓裂、酸化液體系?，F(xiàn)場20口井的試驗應(yīng)用取得了顯著的增產(chǎn)效果，說明自主研制的醇基壓裂液、醇酸酸液在該區(qū)具有很好的適應(yīng)性。
關(guān)鍵詞：吐哈盆地；致密砂巖氣藏；壓裂(巖石)；水鎖；傷害；醇基壓裂液；醇基酸化液
1 儲層改造難點分析
    吐哈盆地中國石油吐哈油田公司開發(fā)的致密砂巖氣藏儲層巖性致密、滲透性差、孔喉細小、毛細管壓力高、水鎖傷害嚴重；同時儲層黏土含量高，水敏性強，黏土水化膨脹傷害嚴重。在巴喀致密氣藏的前期壓裂酸化中，因常規(guī)水基壓裂液的水鎖和水敏傷害而嚴重影響壓裂效果，有些井甚至出現(xiàn)反效。因此，該類致密砂巖氣藏壓裂酸化改造中的儲層保護難度大，要求壓裂液在具備黏溫性能穩(wěn)定、低濾失、低摩阻、低殘渣、易返排、攜砂性好等多種優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上，具有更強的防水鎖、防水敏性能。
2 儲層水敏、水鎖傷害分析與評價
2.1 水敏傷害分析與評價
    柯21井X射線衍射全巖分析實驗測定表明，儲層巖石中黏土礦物含量為26.8%～27.1%，黏土中絕大部分為伊利石，含量在88%～92%之間，其次為伊蒙混層礦物。巖心樣品水敏試驗結(jié)果表明：使用蒸餾水測得的巖心滲透率為模擬地層水測得的巖心滲透率的48.8%，因此儲層段水敏程度為中等偏強。
2.2 水鎖傷害分析與評價
低孔低滲儲層中的少量水相通常占據(jù)小孔隙角隅，油氣位于孔隙中間部位。當外來液相侵入后，會在孔隙喉道中形成液相堵塞，其液-氣或液-油彎曲界面上存在著毛細管壓力，產(chǎn)生毛細管自吸效應(yīng)，使得孔隙結(jié)構(gòu)含水量急增，大大減少了儲層油氣通道的數(shù)量。形成水鎖傷害[1～2]。研究結(jié)果表明[3]，水鎖傷害是低滲透儲層最主要的傷害形式，損害率一般為70%～90%，特別是當儲層滲透率很低或原始含水飽和度低于外來液體入侵形成的束縛水飽和度時[4]，水鎖效應(yīng)會更加嚴重(圖1)。
 
    本文參考文獻[5]提出了預(yù)測水鎖嚴重程度(APTi)的評價標準：當APTi＞1.0，水鎖效應(yīng)不明顯；當0.8＜APTi＜1.0，有潛在水鎖效應(yīng)；當APTi＜0.8，水鎖效應(yīng)明顯。通過對KXX井巖樣進行水鎖損害評價，其結(jié)果表明：最大、最小水鎖指數(shù)分別為0.61和0.01，表明10塊巖樣均發(fā)生了嚴重水鎖損害。
3 醇基壓裂液配方研制與試驗評價
3.1 醇類優(yōu)選及濃度確定
    室內(nèi)對不同比例的醇類進行了表面張力測定，從測定結(jié)果可知，隨著醇濃度的升高，表面張力下降，表明醇類的加入具有良好的降低表面張力的作用；相同濃度下，乙醇的表面張力明顯低于甲醇，但是考慮到甲醇的成本較低，因此，首先選用甲醇作為醇基壓裂液的溶劑。另外，從測定結(jié)果還可看出，當醇濃度在30%以上時，表面張力下降趨緩，因此篩選醇濃度應(yīng)小于30%。
   通過實驗研究了中國石油吐哈油田公司常用羥丙基胍膠在不同甲醇濃度水溶液中的增稠性能。實驗結(jié)果表明：當稠化劑濃度不變時(羥丙基瓜膠濃度為0.4%)，甲醇濃度從0上升到20%，基液黏度上升，甲醇濃度上升到30%時，基液黏度下降為27mPa·s，配伍性變差。因此，甲醇濃度為20%時，羥丙基瓜膠在醇水溶液中具有最好的配伍性和增稠性，因此篩選最佳甲醇濃度為20%。
3.2 醇基壓裂液配方研制
   針對儲層實際特點，通過實驗優(yōu)選了各添加劑類型及加量，形成了適合吐哈油田致密砂巖氣藏的壓裂液配方如下。
   基液：0.4%瓜膠+0.3%殺菌劑+0.5%黏土穩(wěn)定劑+0.5%助排劑+0.3%Na2C03+20%甲醇+2%KCl。
   交聯(lián)劑：B：A=10：3，配方連續(xù)剪切90min之后孺度保持在80mPa·s以上，可以滿足施工要求。
3.3 醇基壓裂液-眭能實驗評價
室內(nèi)對研制的醇基壓裂液性能進行實驗評價，結(jié)果表明：①醇基壓裂液的表面張力低于26mN/m，低于水基壓裂液；②防膨率在80%以上，優(yōu)于水基壓裂液；③殘渣含量為462mg/L，低于550mg/L的行業(yè)標準；④用K2X井巖心實驗醇基壓裂液的傷害率在23.65%～27.7%之間，而水基壓裂液的傷害率在32.1%～36.8%之間，可見醇基壓裂液傷害率比常規(guī)壓裂液降低幅度約1/3(圖2)；⑤甲醇的加入有利于降低壓裂液的表面張力和黏度，從而有利于壓裂液施后的返排，降低了壓裂液對儲層的傷害。
 
4 醇酸酸化液配方研究與試驗評價
4.1 酸化酸型及濃度選擇
    針對吐哈盆地致密氣藏酸化改造特點，利用巴喀油田K2X井(3140m)儲層的巖粉與不同濃度的鹽酸、土酸、氟硼酸、多氫酸和3類醇酸進行了溶蝕實驗，通過實驗確定適用于該儲層的酸型及濃度。
    土酸溶蝕率在6.0%～14.0%之間，建議土酸酸化時選擇氫氟酸濃度為1.5%～2%；氟硼酸溶蝕率在9.0%～12.0%之間，建議氟硼酸酸化時選擇氟硼酸濃度為8.0%～12.0%；多氫酸溶蝕率在15.0%～17.0%之間，比鹽酸、土酸、氟硼酸溶蝕率高，建議多氫酸酸化時選擇SA602濃度為6%，SA702濃度為5.0%～7.0%；該區(qū)土酸+醇酸液可溶物較低，醇酸溶蝕率在8.74%～9.12%之間；氟硼酸+醇酸液溶蝕率在4.61%～6.42%之間；多氫酸+醇酸液體系溶蝕率在14.08%～15.45%之間，其中加入甲醇的酸液體系溶蝕效果好于乙醇和異丙醇，因此對吐哈盆地低滲致密氣藏建議采用多氫酸+醇酸化體系，醇類型優(yōu)先考慮甲醇。
4.2 配方酸液的配伍性評價與醇濃度確定
    實驗室在配方酸液中分別加入不同濃度的甲醇，在室溫和90℃溫度下靜置6h，觀察酸液反應(yīng)后的變化情況，以考察配方酸液與甲醇的配伍性。實驗結(jié)果表明：無論在常溫還是90℃恒溫6h后，配方中不加入甲醇的酸液體系所含沉淀較其他4種不同百分濃度甲醇酸液體系明顯增多；加入15%左右甲醇的酸液體系所含沉淀較其他4種不同百分濃度甲醇酸液體系少，說明醇類的加入能夠有效減少沉淀物的產(chǎn)生，改善酸液體系整體配伍性。酸液配伍性實驗中甲醇表現(xiàn)出了良好的配伍性和抑垢性，實驗表明：加入15%左右甲醇的酸液體系配伍性最好，因此推薦使用濃度為15%的甲醇。
4.3 配方酸液巖心酸化效果實驗評價
實驗選用K2X井巖心，酸化效果實驗結(jié)果見表1。巖心酸化流動效果評價實驗結(jié)果表明：采用加入醇類的多氫酸酸液體系處理巖心后，其最終滲透率為基準滲透率的3～5倍，取得了很好的滲透率增幅效果。
 
5 應(yīng)用情況與效果評價
    醇基壓裂酸化工藝技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用20井次，施工成功率100%，有效率87%，施工最高壓力92.6MPa，施工最高砂比50%，平均砂比32.5%，最大入井液量826.3m3，最大加砂量66.6m3，最大入地層酸液量120m3，甲醇最高濃度20%。最大增氣量55000m3/d，平均增氣量21000m3/d，最大增油量50t/d，平均增油量6.1t/a，醇基壓裂酸化效果統(tǒng)計見表2。
其中柯23井于2010年1月24日對井段3991.0～3999.0m進行射孔后無顯示，采用常規(guī)黏土酸酸化后在3mm油嘴條件下穩(wěn)產(chǎn)氣2494m3/a，產(chǎn)油1.8m3/a；后于3月6日對該井段采用羧甲基壓裂液進行加砂壓裂，入井總液量457.6m3，共加砂50.1m3，壓后累計返排出液281.4m3，返排率59%，在3mm油嘴條件下測氣產(chǎn)量為176m3/a，見油花，壓裂出現(xiàn)反效；后于4月23日采用醇基酸化液進行酸化改造，入井酸量120m3，甲醇濃度15%，酸化后自噴返排出液172.3m3，返排率143.6%，在3mm油嘴條件下測得穩(wěn)定氣產(chǎn)量為11600m3/a，油產(chǎn)量2.1m3/d，醇基酸化液取得了顯著的增產(chǎn)效果。
 
6 結(jié)論與認識
    1) 吐哈盆地中國石油吐哈油田公司開發(fā)的致密砂巖氣藏存在較嚴重的水鎖和水敏傷害，大大影響壓裂增產(chǎn)效果。
    2) 自主研制的醇基壓裂液體系，具有殘渣含量低、表面張力低、破膠液黏度低、儲層傷害率低、防膨效果好等特點，具有顯著的防水鎖、防水敏傷害的作用，能夠滿足上述致密砂巖氣藏的壓裂需求。
    3) 醇基酸液性能研究表明，甲醇與酸液各種添加劑有良好的配伍性，醇酸具有很好的解除水鎖、促進殘酸返排、降低二次傷害等作用。
    4) 醇基壓裂酸化技術(shù)通過在上述致密砂巖氣藏20井次的現(xiàn)場應(yīng)用，取得了顯著的增產(chǎn)效果，說明自主研制的醇基壓裂液、醇酸酸液對該區(qū)致密砂巖氣藏具有很好的適應(yīng)性。
參考文獻
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(本文作者：安耀清1 吳明江2 楊建委2 段萍2 張勇國2 1.中國地質(zhì)大學(北京)；2.中國石油吐哈油田公司井下技術(shù)作業(yè)公司)