维普资讯 http://www.cqvip.com 新 疆 石 油 科 技 ２００２年第２期（第ｌ２卷） ・２ｌ・ 提高塔河油田奥陶系 碳酸盐岩储层酸压效果方法探讨 唐世春 新疆西北石油局勘探处，８３００１１新疆乌鲁木齐北京路２号 摘 要 影响碳酸盐岩储层酸压效果的主要因素，其一是最终酸压裂缝的有效长度，其二是酸压后酸蚀裂缝的导流能力。文章简 要地分析了酸液滤失、注酸速度和注酸强度对酸蚀裂缝长度和酸蚀裂缝导流能力的影响，，并推荐了几种较为成熟的酸压工艺。 主题词碳酸盐岩酸压导流能力注酸速度注酸强度 １ 前言 碳酸盐岩储层酸压增产措施，其控制酸压成功的 应力、酸的溶解力、酸岩反应的刻蚀型态、酸对岩石的 绝对溶解量等的影响，对于碳酸盐岩储层，并不是注 酸速度越高，注酸强度越大，酸液的有效作用距离就 越长、酸化效果就越好。下面就这两方面的问题，谈几 点看法。 主要因素有两个，其一是最终酸压裂缝的有效长度， 其二是酸压后酸蚀裂缝的导流能力。有效裂缝长度是 受酸液滤失性、酸岩反应速度以及酸在缝中的流速、 酸液类型等的影响。酸蚀裂缝的导流能力受闭合、酸 的溶解力、酸岩反应的刻蚀型态、酸对岩石的绝对溶 ２酸液滤失对有效作用距离的影响 酸压过程中酸液的滤失直接关系到酸液有效作 用距离和酸压裂缝长短及裂缝最终导流能力。对于碳 酸盐岩地层，在酸压过程中，滤失分为两种：一种是前 解量等的影响。因此碳酸盐岩储层酸压改造为提高酸 化效果，追求的两个主要目标就是较长的酸蚀裂缝长 度和较高的酸蚀裂缝导流能力。 塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏储层埋深５ ４００～ ５ ６００ｍ，地层温度１２０－１３０ｏＣ，为巨厚碳酸盐岩储 层。储层非均质性强，储集空间主要以溶洞、溶孔和裂 置液（或非反应性流体）的滤失，另一种是酸液的滤失， 前者直接影响到压开裂缝的几何尺寸，后者直接影响 酸穿透距离及裂缝导流能力，酸压期间，大部分酸液 消耗在裂缝面形成的酸蚀和溶蚀孔（称之为“蚯蚓 隙为主，孔喉配合度低，连通性差。基质渗透率低，油 气渗流通道主要为裂缝。裂缝分布多变，不同裂缝并 存，钻井完井后大多无自喷能力，实践证明，对于这类 缝、洞较发育，但连通性较差的碳酸盐岩储层。只有通 过酸压改造，形成一定长度的具有一定导流能力的酸 孔”）上。蚯蚓孔的形成增加了实际滤失面积，从而降 低了酸液的作用，因为溶蚀孔一旦形成，大部分的酸 液滤失首先出现在这些溶蚀孑Ｌ上，而不是均匀地进人 裂缝面。对于碳酸盐岩储层，蚯蚓孔的发育对基质酸 化较为有利，蚯蚓孔可以穿过污染带，但对于酸压，蚯 蚀裂缝，沟通油气渗流通道后，才能保证油井正常自 喷生产。 从酸压效果来看，只要是沟通了远井地带天然裂 缝的，酸压效果一般均比较好，反之较差。因此，如何 蚓孑Ｌ的发育，使得酸液滤失增大，酸液的有效作用距 离变短。因此酸压过程中，如何有效地降低酸液的滤 失，也是提高酸压效果的关键因素之一。因此，我们认 为，采用降滤酸压和多级注人酸压对塔河油田奥陶系 碳酸盐岩油藏储层的酸压改造是比较有利的。 延长酸蚀裂缝的有效距离，提高酸蚀裂缝的导流能力 就显得极为关键。以往的研究都认为，只要酸液不断 地注人，酸液的有效作用距离就会增加，数值模拟的 结果也是如此，但事实并非如此。酸液的有效作用距 离是受酸液滤失性、酸岩反应速度以及酸在缝中的流 速、酸液类型等的影响。酸蚀裂缝的导流能力受闭合 ３ 注酸速度和注酸强度研究 理论研究和国内外众多的酸化实践已证明，注酸 速度和注酸强度对酸化效果有很大影响。 每米有效厚度油层的用酸量，即注酸强度。如果 作者简介：工程师，１９８９－０７毕业于南京大学钻采工程找矿专业 维普资讯 http://www.cqvip.com ・２２・ 新 疆 石 油 科 技 施工用酸量过大，在前沿酸达到残酸浓度后，仍继续 注酸，将会把前缘的残酸液推到地层深部更难以排 出，而后面注入的活性酸液则会很快滤失进前缘酸液 作用的酸蚀孔洞中，先扩大孔洞。显而易见，进入地层 的酸液越大，排液就越困难，地层中残留的液体越多， 对地层的伤害就越大，酸化效果就越不明显甚至没有 效果。因此有必要对注酸强度作出优选。 对压裂酸化来说，除了存在残酸液向地层深部漏 失，难以返排等问题外，通过对酸化增产机理研究表 明，有必要对注酸速度和注酸强度范围作优选。早期 的观点认为，只要酸液不断注入，有效作用距离就会 增加，数值模拟结果也是如此。但事实并非如此。酸液 注入地层由裂缝向深部的流动过程，就是不断与裂缝 壁面反应且向深部地层扩散的过程。但是酸液有效作 用时间有限，注酸时间超过有效作用时间后，酸液变 —ｇ一 隧 酞 键 为残酸失去活性，继续注入的酸只能继续溶解前面一 ６ ４ ２●Ｏ＆６ ４ ２Ｏ 段裂缝壁面，提高其导流能力，对增大有效作用距离 已经没有实际意义。这样注入过多的酸一是不经济， 二是会造成排液困难的问题，还会导致对裂缝端口部 分的过量溶解，使其支撑部分减少，裂缝闭合后在闭 合应力的作用下被压合，从而导致酸蚀裂缝导流能力 的严重降低。 ３．１储层条件对注酸强度和注酸速度的影响 ３．１．１敏感性影响 通过碳酸盐岩储层岩心模拟裂缝速敏实验研究 结果表明：当裂缝小时，速敏、酸敏严重，而且随流量 的增加，渗透率下降；但当裂缝宽时，两种流体的速 敏、酸敏都较弱。 小裂缝容易出现速敏、酸敏现象的原因是在水动 力学作用下脱落下来的微粒，由于裂缝小，易被卡在 某个位置上造成堵塞，而大裂缝却不易卡住脱落的微 粒，这些微粒在排酸时随残酸排出，故渗透率上升。 ３．１．２天然裂缝分布对注酸强度的影响 通过建立酸液在基质和天然裂缝中的渗流模型、 反应模型和温度场模型，综合考虑地层温度，反应热 及同离子效应等因素的影响，摸拟了天然裂缝中酸分 布对注酸强度和注酸速度的影响，并对影响酸液穿透 距离的一些因素（注入速度，注酸强度，天然裂缝分布 等）作了研究。 ３．１．２．１裂缝频度影响 图１是在注酸强度一定的条件下裂缝频度对酸 液穿透深度的影响，由图１可以看出随天然裂缝频度 增加，酸液穿透距离下降。这是因为裂缝频度增加会 ２００２年第２期（第１２卷） 导致酸液在缝中的流速降低、面容比增大、反应速度 加快，使得有效穿透深度降低。 ７Ｏ℃灰岩 １５％ＨＣ１，０．０１ｍ３／ｍ／ｗｉｎ １Ｉ＿注酸强度＝Ｏ．５ｍ３／ｍ 乇 注酸强度＝ｌ＿０ｍ３／ｍ 注酸强度＝２．０ｍ ／ｍ 注酸强度：５．０ｍ３／ｍ Ｏ．１ ｌ ｌ【Ｊ 裂缝频度（条／ｍ） 图１ 裂缝频度对酸穿深度的影响 由此可见，由于天然裂缝的频度升高，降低了酸 液流速使得穿深度降低，为了使酸液穿透深度提高， 可提高注酸强度。 图２是在酸液穿透距离，注酸速度等一定条件 下，注酸强度随裂缝频度变化关系。由图可见，要达到 一定的穿透距离，若天然裂缝频度较高，则必须提高 注酸强度。 裂缝频度（条／ｍ） 图２裂缝频度对注酸强度的影响 ３．１．２．２裂缝宽度的影响 图３表示裂缝宽度与酸穿透距离的关系。在注酸 强度一定的条件下，裂缝宽度越大，酸液有效作用距 离加大，在注酸速度不同时，酸液有效作用距离不同。 ｌＯ ◆注酸速度０．２ｍ３／ｍｉｎ／ｍ ｇ ｅ注酸速度０．１ｍ３／ｍｉｎ／ｍ 键 ｌ 注酸速度０．０５ｍ３／ｍｉｎ／ｍ ■注酸速度０．００５ｍ３／ｍｉｎ／ｍ 一注酸速度０．００１ｍ３／ｎｌｉ￣６ 钛 地层温度７Ｏ℃ 键 Ｏ．１ ｌ５％ＨＣ１，灰岩 注酸强度ｌｍ３／ｍ Ｏ 裂缝频度ｌ条／ｍ ．０１ Ｏ．０００ｌ ０．００ｌ 【Ｊ．【Ｊ１ 裂缝宽度（ｍ） 图３裂缝宽度对酸液穿透距离的影响 图４是裂缝宽度对注酸速度的影响。在注酸强度 一定的条件下，要达到相同的有效作用距离，则缝宽 越大，所需的注酸速度越小。反之，当缝宽较小时，欲 维普资讯 http://www.cqvip.com 提高塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层酸压效果方法探讨 ・２３・ 达到较大的有效作用距离应在一定范围内提高注酸 速度。图５也说明的是这种关系。 ｇ ｇ 憾 注酸强度（ｍ３／ｍｉｎ） 图４裂缝宽度对注酸速度的影响 言 ’量 邑 甾 裂缝宽度（ｍｍ） 图５裂缝宽度对注酸速度的影响 因为当裂缝较宽时，扩大Ｈ 的交换距离，会降低 缝中的反应速度，而且缝宽酸液受到的流动阻力较 小，酸液能够深入到地层中更深的地方。所以在其它 条件相同时，天然裂缝愈宽，有效作用距离越大；在穿 透相同的深度时，所需的注酸速度则较小。 图６表示了在不同注酸强度条件下酸液穿透距 离与注酸强度的关系曲线。可以看出，在注酸量超过 一个值之后，酸液穿透距离几乎不再增加。这主要是 盐酸与灰岩反应速率较大，其有效作用时间较短，当 反应时间超过有效作用时间后，后面注入的酸，只能 继续溶解已经被溶解过的裂缝表面，提高其导流能 力，鲜酸不能深入地层深部。当酸液穿透深度刚刚不 再随注酸强度增加时的注酸强度称为最佳注酸强度。 注酸强度若超过此值，不但不经济，还会导致岩石过 分溶蚀和酸液返排困难等问题。由图还可见，随注酸 强度提高，有效穿透深度增大，说明较高的排量对酸 化效果的提高是有利的。 由前面研究和分析，可得到如下结论： 酸液穿透深度（ｍ） 图６酸穿深度对注酸强度的影响 （１）天然裂缝频度越大，则注酸强度和注酸速度 应适当提高； （２）天然裂缝宽度越小，则注酸强度应适当增大； （３）欲想获得较大的酸液有效穿透深度，则在设 备和井身质量允许的条件下，加大排量，快速挤酸； （４）塔河油田碳酸盐岩储层，注酸强度应根据具 体储层条件（岩性、温度、压力、天然裂缝的分布等）、污 染程度重复酸化次数、现场施工经验等确定。 ３．２酸岩反应速度对注酸强度和速度的影响 通过对酸岩反应动力学的理论研究和室内研究 表明，酸岩反应速度对酸化作业时的酸液用量和注酸 速度有很大影响。因而可把酸岩反应速度（或反应有 效时间）作为优选用量和排量的一个准则。 塔河油田碳酸盐岩与常规盐酸的反应动力学参 数，测定结果见表ｌ，计算结果见表２。不同温度和不 同的酸型，酸液有效作用时间不同。 表ｌ 酸岩反应动力学参数测定结果 酸型 缝宽 酸浓度 酸浓度 有效作用时间（ｍｉｎ） （ｍｍ） （％）（ｍｏＬ／Ｌ）８０￣Ｃ ＩＯ０￣Ｃ １２０￣Ｃ 由此可见，在裂缝宽度较大（２ｍｍ）ｔ￣，酸化时酸液 有效作用时间为２０．６－５９．７ｍｉｎ，在裂缝宽度较小 维普资讯 http://www.cqvip.com ・２４・ 新 疆 石 油 科 技 （１．Ｏｍｍ）￣，有效作用时间则分别为４．９－２９．８ｍｉｎ。若取 酸液流动状态下的超越反应过程及酸液的消耗附加 ５０％的作用时间，综合各种因素考虑，则酸液的平均 有效作用时间大致在３５ｍｉｎ左右。因此，实际中应按 酸蚀缝宽和排量的大小最终确定酸量的使用。 通过上述分析，取得以下结论： （１）当酸液和岩石性质确定后，酸岩有效作用时 间主要取决于注酸排量和面容比（或裂缝宽度），总体 上随注酸排量的增大而增大； （２）当注酸强度确定后，则注酸时须在酸岩有效 作用时间内注完酸。即注酸排量≥注酸强度。否则先 注入的酸已经成为残酸，只能被后续的酸推入地层深 部；后继的酸也只能对已经溶蚀过的地层继续溶蚀， 不会增大有效作用距离； （３）根据塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层与酸液 反应特性，酸岩有效作用时间大致为： ・常规酸：约２０ｍｉｎ，一般小于３０ｍｉｎ； ・胶凝酸：约３５ｍｉｎ，一般小于５０ｍｉｎ； （４）考虑到余量，注酸排量取３．Ｏｍ３／ｍｉｎ，对应的 注酸量一般为： ・常规酸：约６０ｍ ，注酸量一般小于９０ｍ ； ・胶凝酸：约１０５ｍ ，注酸量一般小于１５０ｍ 。考 虑到酸压中前置液的降温和降滤措施及其它缓速和 降滤措施，可适当增加注酸量。 ３．３酸液滤失对注酸强度和速度的影响 在碳酸盐岩酸压、天然裂缝酸化过程中，穿过碳 酸盐岩裂缝面的酸液不断地溶蚀其表面，向储层滤 失。在大多数酸处理过程中，酸液最初的注入压力高 于水力裂缝开启要求的压力。但继续注酸时，处理压 力通常降到较低水平，且在整个处理期间连续下降。 有时把这种现象视为措施取得成功的标志，实际上却 是酸液过量滤失的标志。这种滤失，使得最初形成的 水力裂缝无法延伸，或使裂缝中某些部位无法向动态 裂缝深部推进。最终限制了有效作用距离。 因此酸化过程中应尽可能控制酸液滤失，且保持 注酸速度大于滤失量，保证水力裂缝正常延伸，各处 的酸液能向裂缝深部推进。 ３．４最佳注酸速度和强度范围的确定 ３．４．１注酸强度的确定 塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏储层温度较高 （１２０￣Ｃ），针对储层条件，从酸岩反应和溶蚀角度考 虑，最佳注酸强度范围约为２．５－３．４ｍ ／ｍｉｎ。 ３．４．２注酸速度的确定 ２００２年第２期（第１２卷） 综合考虑储层条件，酸岩反应机理，注酸速度，酸 液滤失等确定最佳注酸速度。 在储层条件等一定的情况下，注酸强度一定时， 注酸速度越大，酸液穿透距离就越大，处理效果就越 佳。因此酸压作业时，只要地面设备和井的质量可以 承受，尽可能地提高排量。 排量在一定范围的提高会对处理效果提高，但并 非可无限制的提高，提高到一定程度后继续提高处理 效果得以改善的程度很小，但往往是使施工费用增 大。通过对酸化过程的全面分析，认为只要在酸岩反 应有效时间内注完酸液，且在注酸过程中让注入量大 于滤失量，即保证动态缝在注酸过程不闭合，这样随 酸液的不断注入，有效处理范围就会继续增大。在此 基础上若继续提高排量，意义不大（见图７）。因此要 求在有效作用时间内注完酸液，且保证注入速度大于 滤失量。 图７注酸速度范围示意图 ４推荐采用的几种酸压工艺及其特点 前期酸压改造实践证明，对于这类缝、洞较发育， 但连通性较差的碳酸盐岩储层，只有通过大排量、高 泵压的进攻性酸压改造措施，尽可能扩大酸蚀裂缝长 度，形成一定长度的具有一定导流能力的酸蚀裂缝， 沟通油气渗流通道后，才能保证油井正常自喷生产。 为此推荐以下几种工艺。 ４．１多级交替注入酸压工艺 该工艺特点是利用前置液与酸液交替注入，形成 较长的且导流能力较高的酸蚀裂缝，从而提高酸化效 果。该工艺的主要优势在于作用范围大，可以获得较 长的酸蚀裂缝穿透距离，酸液滤失低，酸蚀裂缝的导 流能力高。目前已成为实现深度酸压的主流技术。 国外美国在棉花谷低渗白云岩储层、卡顿伍注湾 油田在大型重复酸压中采用了该项技术，油藏模型表 明有效酸蚀裂缝长度达到９１～２４４ｍ，增产效果显著， 进行酸压和重复酸压均获良好增产效果。国内在长庆 维普资讯 http://www.cqvip.com 提高塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层酸压效果方法探讨 ．２５． 气田、大港千米桥高温深井的增产改造中取得了显著 效果。为获得理想的酸液有效作用距离，有时交替次 数多达８次。 前期塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层酸压改造结 果也表明了多级交替注入酸压工艺良好的适应性，建 议在塔河油田酸压中使用。 ４．３多级注入闭合酸压工艺技术 该工艺综合应用了多级交替注入和闭合酸压的 优点，利用交替注入实现较深部的酸化，利用闭合酸 压改善裂缝特别是近井地带裂缝的导流能力，改善油 气向井内的渗流条件。 该工艺适合于油气柱高、含油面积大、储层物性 差的碳酸盐岩储层酸压改造，有望大幅度提高油气井 产能。建议采用该项技术。 ４．３延迟酸地层深部酸化工艺技术 原理：针对高温（１００￣Ｃ以上）深井储层或微裂缝酸 化，酸岩反应速度特快，很难达到深度酸化目的，使用 延迟酸，让其在地层某一温度下才逐渐释放酸液，实现 在地层深部产生溶解反应，从而达到深度酸化目的，增 大酸液有效作用距离的作用。 关键技术： （１）据不同地层要求确定延迟剂类型及起始酸 释放温度； （２）延迟酸液配方确定（见表３）； （３）延迟酸化工艺技术参数优化设计； （４）延迟酸化工艺与其它工艺技术的配合运用。 延迟酸体系主要由延迟主剂、辅剂及活性引发剂 组成，酸压时三种物质在现场加水配置成延迟酸，在 地层温度下，可缓慢释放出ＨＣ１，从而达到延迟酸岩 反应速度，增加酸液穿透深度的作用。可实现地层深 部酸化处理。 表３延迟酸产生ＨＣ１与温度的关系 可见，在低于８０℃下，有少量ＨＣｌ产生，超过 ８０℃后，随温度的升高，延迟酸的酸性增强，温度超过 １００ｏＣ后延迟酸可达到１５％以上盐酸的酸性。 ４．４乳化酸酸化工艺技术 乳化酸在油中呈分散状，酸滴直径为几微米～几 百微米，其反应速度主要取决于酸滴大小和孔道大小 的比值及油包酸乳状液的稳定性。与常规酸相比，乳 化酸在以下几方面是较优的： （１）反应速度低，有利于酸液向地层的深穿透。 由于油相的存在，在酸与岩石间建立起屏障，阻 止酸与岩不接触，因而乳化酸体系反应速度较低，比 常规酸的低１个数量级，故能实现深穿透； （２）乳化酸有较高的粘度，乳化后酸液粘度可达 ８０－２００ｍＰａ．Ｓ，酸液滤失低，也有利于酸液向地层的深 穿透。而且乳化酸遇水增粘，遇油降粘，对于含水层， 酸液进入地层后，尽可能地溶蚀油流通道，酸化油层， 而不酸化水层。对于油田进入中低含水期后油井的酸 化更为有利； （３）乳化酸液腐蚀性小，可以大大减轻高温下对 设备的腐蚀； （４）对地层伤害小。 由于乳化酸上述独到的特性，现已得到较为成功 应用，但对塔河油田奥陶系深井高温地层的酸压改 造，乳化酸存在的一个致命的缺点就是摩阻高。因为 摩阻高，从另一方面又限制了酸液的深穿透，使得乳 化酸在高温深井油藏酸压改造中实施的难度很大，可 能会对现场实施制造诸多的不利因素。推荐在塔河油 田奥陶系基质酸化中使用。 ５结论及认识 （１）当酸液和岩石性质确定后，酸岩有效作用时 间主要取决于注酸排量和面容比（或裂缝宽度），总体 上随注酸排量的增大而增大； （２）当注酸强度确定后，则注酸时须在酸岩有效 作用时间内注完酸。即注酸排量≥注酸强度。否则先 注入的酸已经成为残酸，只能被后续的酸推入地层深 部；后继的酸也只能对已经溶蚀过的地层继续溶蚀， 不会增大有效作用距离； （３）天然裂缝频度越大，则注酸强度和注酸速度 应适当提高；天然裂缝宽度越小，则注酸强度应适当 增大； （４）欲想获得较大的酸液有效穿透深度，则在设 备和井身质量允许的条件下，加大排量，快速挤酸。可 适当增加注酸量； （５）降低酸液滤失，将有利于酸液的深穿透； （６）塔河油田碳酸盐岩储层，注酸强度应根据具 体储层条件（岩性、温度、压力、天然裂缝的分布等）、污 染程度重复酸化次数、现场施工经验等确定。 责任编辑：张怀文 收稿日期：２ｏｏ２一Ｏ５—２１