塔河油田酸压工艺分析

摘 要：塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏埋藏深、地层温度高、非均质性强，比较了目前酸压施工使用的酸液体系及各自的特点，介绍了塔河油田主要应用的七种酸压施工工艺——闭合酸压、前置液酸压、多级交替注入酸压、混氮气酸压、加砂酸压、分段酸压、复合酸压工艺。

关键词：塔河；酸压；酸压液体

1 塔河油田储层特征

塔河油田奥陶系油藏以碳酸盐岩缝洞型油藏为主，裂缝、溶洞是主要的储油空间和流动通道。除上统桑塔木组有较多碎屑岩之外，其余各组均为碳酸盐岩。其碳酸盐岩油藏是一个在大型古隆起上经过多期构造岩溶作用形成的风化壳，该风化壳顶面总体呈由西南向北东抬升的斜坡形态，顶面产状平缓，其东南侧呈缓斜坡，北西则较陡。由于塔河油田的油藏成藏条件复杂，缝洞储集体形态多样、油气分布复杂，油藏类型极其特殊，使得该油藏完全不同于国内外已有的陆相砂岩油藏，也不同于已有的裂缝型或孔隙型的海相碳酸盐岩油藏，具体体现在以下4个方面：

①油藏埋藏深：塔河油田碳酸盐岩油藏埋藏深度一般在5300～7000m，是世界上目前已开发的较深碳酸盐岩油藏之一；

②油藏储集空间多样：塔河油田碳酸盐岩油藏几乎涵盖了所有的碳酸盐岩储集空间类型，包括大型溶洞、溶蚀孔洞、溶蚀孔隙、构造裂缝等，其中大型溶洞是最主要的储集空间，溶蚀孔隙只在局部地区发育，裂缝是主要的连通通道，不同类型的储集空间以不同的组合方式形成了三类主要储集体——溶洞型储集体、裂缝—溶蚀孔洞型储集体和裂缝型储集体；

③油藏非均质性极强：塔河油田碳酸盐岩油藏具有很强的分隔性，不同储集类型在空间上相互交织组成了连通程度各异的缝洞单元，各缝洞单元具有不同的压力系统和油水界面；

④具有高温、高压、超稠、超粘、高含硫的特点：由于塔河油田碳酸盐岩油藏埋藏深、成藏年代早等原因，油藏内的温度高达140℃，平均油藏压力在60MPa以上，同时油藏还具有高含H2S的特点。

2 酸压工艺发展现状分析

酸压是指在高于储层破裂压力或天然裂缝闭合压力下，将酸液注入储层，在储层中形成裂缝，同时酸液随着裂缝延伸方向流动，在流动过程中不均匀刻蚀缝壁，所以当裂缝闭合时，仍能保持形成的导流通道，最终形成一条具有一定几何形状和导流能力的人工裂缝。裂缝的有效长度由所用酸量、酸岩反应速度和酸液滤失系数等参数来确定。酸压施工的有效性基本上由刻蚀裂缝的长度和裂缝导流能力来决定。

酸压的优点为：净压力低，形成裂缝长；能获得较好导流，无脱砂风险，无支撑剂回流问题。适合酸压工艺处理的碳酸盐岩储层包括：①地层天然裂缝发育，将导致加砂压裂的复杂性；②地层孔隙度和渗透率具有非均质性，有利于酸液在裂缝壁面不均匀刻蚀；③地层具有均质性，但不想破坏水层或气层的应力边界；④地层渗透率相对较高或地层存在伤害带；⑤地层压开后的裂缝闭合应力过大，将压碎支撑剂。

2.1 酸液体系及特点

2.1.1 胶凝酸

稠化酸是在普通酸液中加入线性高分子增稠剂，以增加酸液的黏度和改变其流变性。由于稠化酸黏度较高，能够降低H+传递扩散速度、降低流体滤失、延缓酸岩反應速度、增加裂缝宽度和长度、增加活性酸的穿透距离；同时能降低管柱摩阻（为清水的40%～60%），为提高施工排量创造条件，从而达到储层深度酸压的目的。胶凝酸体系是目前塔河油田酸压改造的主要工作液体系，胶凝剂的发展由最初的10%的乳剂加量，到2%～2.5%粉剂加量，发展到今天0.6%～0.8%～1.0%粉剂加量，有机聚合物的成分进一步降低，酸液性能逐步提高。

2.1.2 乳化酸

乳化酸是一种油包酸乳化液，由连续相（外相）油和分散相（内相）盐酸及乳化剂组成，具有较高的粘度，滤失量小；具有较好的缓速性、破乳性和配伍性。乳化酸进入地层后，被油膜所包围的酸滴不会立即与岩石接触反应，可以进入地层深部，扩大了酸压处理的半径，达到对地层深度改造目的。随着施工的进行，乳化酸吸收地层热量，温度升高而逐渐破乳与岩石反应，反应生成的氯化钙促进乳化酸破乳，由于破乳是一个渐进的过程，盐酸在裂缝中与地层岩石反应形成不均匀的刻蚀，从而提高了裂缝的导流能力。

乳化酸体系适宜于需要深穿透改造的单井，与前置液酸压和闭合酸压等复合工艺相结合，可达到深穿透改造的目的。但由于目前多为超深高温储层，乳化酸的耐温有限（120℃以内），摩阻相对较高，且现场配置酸液的稳定性有待进一步提高，不利于超深井酸压现场作业，因此近年来应用较少。

2.1.3 泡沫酸

泡沫酸是将加入起泡剂和稳定剂等添加剂的酸液与气体（N2或CO2）在地面泡沫发生器中混合，形成稳定泡沫。泡沫流体具有视黏度高、调剖能力强、封堵能力随渗透率的增大而增大、遇水稳定、遇油消泡等性质，适用于低压、多层非均质地层、气井、水敏性地层及老井的重复酸压。由于乳化酸摩阻较普通酸高20%，限制了施工排量的提高，目前多用于基质转向酸化中。

2.1.4 变黏酸

温控变粘酸体系是在酸液进入地层后，酸岩反应过程中通过反应环境条件的改变实现酸液粘度的增高，从而使得酸液具有较低的滤失速度和反应速度。变粘酸的变粘、降滤失性能：①胶凝剂在酸性介质中，在一定温度和活化剂的条件下发生二次聚合反应，此时胶凝剂分子质量增大，液体开始交联，粘度升高，使该体系具有缓速和降低酸液滤失能力；②温度继续升高，胶凝剂分子断链降解，使酸液粘度又开始变低。变粘酸的上述粘度转变过程，可以实现酸液酸液深穿透的目的，达到有效增加酸蚀缝长的效果。变粘酸体系适宜于140℃以上微裂缝发育、滤失较大储层的深穿透酸压改造，结合多级注入酸压工艺可沟通120m以内缝洞储集体。

2.1.5 地面交联酸

塔河油田超深井，在高闭合应力下酸蚀裂缝容易闭合，导致酸蚀裂缝导流能力降低快，影响了施工效果及有效期；同时裂缝性储层酸压改造过程，酸液滤失量大，形成的有效酸蚀缝长较短。为此利用冻胶酸携砂压裂，冻胶酸的高温流变性能接近羟丙基瓜胶压裂液冻胶的性能，同时具备造缝、酸蚀和携砂三种功效，能够形成比酸压更长的裂缝，压裂砂的加入可形成长期导流能力的支撑裂缝，酸液又可以改善基质渗流能力，从而实现深穿透的酸压改造目标。冻胶酸具有高粘、缓速、低滤失、破胶快、耐温性能好等特点，适宜于需要深穿透改造的单井。与携砂压裂结合，可以将加砂压裂和酸压两种工艺的优点结合起来，最大限度的增加支撑裂缝缝长和提高导流能力，达到深度酸压的效果。

2.1.6 转向酸体系

塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏非均质性严重的长裸眼段酸压，特别是侧钻水平井（施工井段达到200m以上）酸压，改造时酸液先进入高渗流储层及裂缝带发生酸压反应，高渗透层被改造而渗透率增大，后续酸液更容易进入高渗透层，使得低渗层和被污染严重的层段得不到相应的改造。因此开发出一套针对储层裂缝发育特征，实现长裸眼段储层均匀改造的转向酸酸液体系。

转向酸转向机理：在高浓度的鲜酸中不能缔合成胶束，以单个分子存在，不改变鲜酸粘度，酸液与储集层岩石发生幻雪反应后，生成大量的钙镁离子，同时使酸液酸度大幅度降低，导致表面活性剂分子在中间余酸中首先缔合形成柱状或棒状胶束；由于大量钙镁离子的存在，对极性亲水基团产生吸附，使柱状或棒状胶束形成集合体，并互相连接形成巨大的體型结构，从而导致余酸体系的粘度急剧增大。余酸粘度的大幅度增加，能够有效阻止后续鲜酸进入已经改造层段，而转向进入其它未被改造的层段，提高了鲜酸的波及范围，从而提高酸压改造效果。转向酸体系适宜于裂缝-溶洞型储层及长裸眼段水平井等非均质储层的均质酸压改造以及直井控缝高酸压改造。通过转向酸与其他酸液复合酸压，从而实现控缝高及深穿透改造。

2.2 酸压工艺

2.2.1 前置液酸压

前置液酸压工艺是先向储层注入高黏非反应性前置压裂液压开地层，形成裂缝，再注入酸液对缝壁进行不均匀刻蚀，形成沟槽，沟通地层深部的裂缝发育带，达到酸压增产的目的。前置液用来起裂裂缝和降低裂缝周围温度，一般为冻胶压裂液，可以降低酸岩反应速度，增大酸的穿透距离；同时由于2种液体的黏度差存在黏性指进现象，使酸蚀裂缝具有足够的导流能力。前置液酸压工艺可采用多种酸液类型搭配，前置液除了与常规盐酸搭配使用外，还可与胶凝酸、乳化酸或泡沫酸进行搭配使用。

该工艺的优点：能显著增大酸穿透距离；缺点：前置液造缝是一次性的，遇到高滤失地层滤失量大，在地层形成的裂缝短。采用大前置液量酸压工艺可以提高裂缝宽度，从而提高酸液流速和裂缝导流能力，达到深度酸压的目的。其优点是动态穿透距离远，缺点是缝高难控制。前置液酸压工艺是目前塔河油田主要的酸压工艺。

2.2.2 多级交替注入酸压

多级交替注入酸压是指将数段前置液和酸液交替注入地层进行酸压施工的工艺技术。其原理为：①用前置液造缝，同时在缝面上形成滤膜，降低酸液滤失，降低地层温度，从而便酸岩反应速度降低，增长酸液有效作用距离；②依靠前置液与酸液的黏度差，酸液可在缝内产生指进现象，产生刻蚀沟槽，可提高裂缝导流能力，进而提高增产效果。根据地层的特性和施工需要，可以将前置液与稠化酸、乳化酸、变黏酸等不同特性的酸液相组合，构成不同目的、不同类型、不同规模的多级注入酸压技术。该项技术主要应用于低渗、特低渗的碳酸盐岩储层，更适用于重复酸压井。

2.2.3 混氮气酸压

混氮气酸压是指通过液氮泵车在地面将液氮转变为25℃左右的氮气，和酸液混合一起注入地层的工艺技术。其作用原理包括：

①降滤作用：氮气分散于酸液中形成气泡使混合流体的黏度增加，提高了酸液降滤能力；

②缓速作用：氮气与岩面的接触减小了酸岩有效接触面积，抑制了H+与岩面的交换，延缓了酸岩反应速度；

③清缝作用：氮气的增能助排作用利于清洁缝面，提高导流能力；

④助排作用：压缩氮气在卸压后体积膨胀，推挤和携带残酸流入井筒，避免了残酸对储层的二次污染；

⑤保护油层作用：用液氮作降滤剂，易于返排，避免了使用粉陶降滤对储层造成的堵塞伤害。

增产措施中混注氮气的一般程序为：试压─挤注前置氮气─与前置液混注氮气─与主体液混注氮气─关井反应（压力扩散）─返排。另外，注液氮具有阶段性，主体酸处理阶段应作为混注液氮的重点。

2.2.4 加砂酸压

冻胶酸采用延迟交联技术，其高温稳定性能优于普通非交联酸液体系。采用冻胶酸携砂复合技术可以将加砂压裂和酸压两种工艺的优点有机结合起来，最大限度地增加支撑裂缝缝长和提高导流能力。酸液以冻胶状态进入地层，大幅度降低酸液滤失，增加酸液有效穿透距离，同时携带裂缝支撑剂，主要用以造长的高导流能力裂缝。

施工工艺：根据目前碳酸盐岩储层改造现有的工艺技术，结合冻胶酸体系独特的酸液流变性能，对酸压施工工艺进行了优化组合，体现了冻胶酸的优点。

①前置液+冻胶酸+胶凝酸酸压工艺：由于冻胶酸具有压裂液造缝的性能，可以显著提高深穿透距离，后期采用线性追加破胶剂，快速破胶利于返排；近井筒采用普通胶凝酸闭合酸压工艺，有效提高缝口导流能力。

②冻胶酸+胶凝酸多级交替注入工艺：冻胶酸具有良好的高温流变性能，可作为前置液实现压裂施工中的造缝作用，同时溶蚀地层，冻胶酸与胶凝酸交替注入，可以真正实现多级注入酸压，彻底解决了瓜胶压裂液不耐酸的缺点。现场可以根据地层情况，通过改变交联剂的用量，得到不同泵送性能、流变性能和滤失性能的冻胶酸，破胶剂在不交联的基酸中加入。

③冻胶酸携砂压裂工艺：对于裂缝不发育、孔隙型储层，为提高酸压后酸蚀裂缝的导流能力，可以采取冻胶酸携砂压裂。支撑剂充填在酸蚀裂缝中，防止其闭合，可以有效地提高酸压效果。

2.2.5 复合酸压

针对碳酸盐岩缝洞型油藏酸压液体滤失量大，酸蚀裂缝穿透距离有限；单一储层改造工艺改造区域有限，控制范围不理想；常规酸压技术不能实现长裸眼井段均质改造等难题。因此由单一酸液体系向复合酸液体系发展，酸压工艺已由单级注入向多级交替注入发展，实现碳酸盐岩储层改造技术手段多元化，从而达到深度酸压、均质改造、转向酸压的效果，进一步提高酸压建产率。

清洁转向酸+常规酸复合工艺技术：清洁转向酸体系具有良好的暂堵转向功能，能够有效解除大段非均质储层的污染，同时暂堵酸岩反应所形成的酸蚀蚓孔，对近井地带高渗层实现有效封堵，达到大段碳酸盐岩裂缝性储层均匀布酸、均质改造的效果。但就转向酸本身而言只适合对近井地带的均匀改造，达不到深度改造的效果。通过后续提高排量，注入其他低滤失、缓速性能良好的酸液体系进行深度酸压改造，能够更有效地达到沟通远井地带裂缝或溶洞油气储集体的效果。具体施工工艺如下：

①单级注入：清洁转向酸酸压设计与闭合酸酸压施工设计方法基本相同，待酸蚀裂缝闭合后注入一定数量的闭合酸，以提高缝口导流能力。

②多级注入：可根据需要采用转向酸+胶凝酸/ 变粘酸等进行交替多级复合注入。由于酸液反应速度慢、无伤害，可关井1～2h，然后开井排液。液体复合酸压对储层较发育井、非均質较强的大斜度井、水平井长裸眼段均质改造、增产作业具有较强的适应性。采用转向酸+胶凝酸/ 变粘酸复合酸压，转向酸初期低排量起到暂堵均匀布酸作用，后续提高排量注酸又能达起降滤深度酸压的目的，通过两种酸液体系的复合既能达到均匀布酸，有效改造全裸眼井段，形成高导流能力酸蚀裂缝，又能达到控制缝高避免沟通底部水体，达到深度酸压目的。

3 区块酸压工艺技术展望

塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层基质渗透率低，无储集能力，油气渗流通道主要为裂缝，80%左右的油井完井后无自然产能，只有通过储层改造措施，形成一定长度、高导流能力的酸蚀裂缝，沟通、连接油气渗流通道和储油空间，才能保证碳酸盐岩缝洞型油藏储层油井的正常生产。

目前酸压技术已经建立了定性的酸压选井选层标准，一是形成了高温深井碳酸盐岩储层酸压酸液体系系列，目前成熟应用胶凝酸、乳化酸、变粘酸、转向酸、冻胶酸五种酸液体系及适应各类储层条件的压裂液体系，液体性能稳步提高。通过提高酸压工作液性能，在一定程度上提高了酸压穿透深度，增加酸蚀裂缝的导流能力，提高了酸压改造的有效率；二是形成了高温深井碳酸盐岩储层酸压优化设计技术、高温深井碳酸盐岩储层深度酸压工艺技术和深井酸压管柱优化与配套技术，结合酸压压前效果定量预测结果，根据测井、钻井、录井和地球物理勘探资料，特别是应用地震时间剖面，建立了酸压改造地质模型。对影响酸压效果的因素进行权重分析，运用地质模型进行选井选层，确定酸压层位、酸蚀有效作用距离、酸液体系以及酸压工艺和规模。

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作者简介：

张慎，工程师，中石化华北石油工程有限公司井下作业分公司HB-YL201压裂队副队长，2011年7月毕业于长江大学石油工程学院石油工程专业。