随着全球对石油和天然气需求的日益增长和油气勘探开发水平的不断提高，低渗透白云岩储层已成为勘探开发的重要目标。在我国的陕甘宁盆地和四川盆地白云岩储层中均已探明出巨大的油气储量[1, 2]。白云岩储层通常具有岩性致密、基质渗透率低、天然微裂缝及溶蚀孔洞发育等特点[3]，普遍采用酸化技术来解除钻井污染，保证正常投产和较长时期高产稳产。
白云岩基质酸化时，酸液优先进入流动性能较大的区域，即大孔隙、孔洞或天然裂缝，并逐渐扩大和延伸这些孔洞形成酸蚀蚓孔。研究表明[4-8]，酸蚀蚓孔的渗透率要远远高于白云岩基质，能极大改善渗流条件，解除近井地带污染，因此在酸化过程中形成尽可能长的深穿透酸蚀蚓孔，是提高低渗白云岩储层酸化效果的关键。但在酸化实施中，白云岩储层多为低孔低渗储层，酸岩反应的面容比大。普通酸液自身粘度低，进入地层后与岩石反应速度过快，影响了酸液在地层中的穿透深度，不利于蚓孔的形成和提高酸化效果[9]。本试验选用缓速性能较好的稠化酸进行实验，分析了酸岩反应特征和蚓孔发育影响因素，有利于白云岩储层酸化施工参数与液体性能优化，提高酸后增产效果。
取白云岩岩心制成直径和厚度相同的圆柱体薄片，在温度为30 ℃、常压条件下分别与80 mL的20%HCl溶液和20% HCl+1.8%稠化剂溶液进行反应，隔一定时间测定酸液对岩样的溶蚀率。
实验结果表明：在相同的时间点，稠化酸液对岩样的溶蚀率远低于没有加稠化剂的酸液对岩样的溶蚀率；并且随着反应时间的延长，这种差异更加明显。普通盐酸对岩样的溶蚀速度随反应时间的延长而迅速下降，而稠化酸的溶蚀速度随时间的增加下降很小；当反应时间为20 min时，20%盐酸对岩样的溶蚀率接近100%，而稠化酸对岩样的溶蚀率还不到12%。
图 2为两种酸液体系的缓速性能评价曲线。空白盐酸比稠化酸的反应速度快，在约20 min时盐酸浓度便下降到残酸范围；稠化酸浓度呈现均匀递减趋势，且在相同时间酸液浓度远远大于空白盐酸的浓度。以上两组实验均说明稠化剂对减缓酸岩反应速度的作用十分明显，有利于增加酸化深度和促进蚓孔的形成，提高白云岩储层酸化效果。
为了直观再现酸蚀蚓孔在低渗白云岩的形态特征，分析蚓孔发育影响因素，评价酸液对储层的解堵酸化效果，自行设计了一套模拟蚓孔在天然裂缝中形成规律的实验方法，力求深化对白云岩储层酸化增产机理的认识。
白云岩储层多发育溶孔和裂缝，为了模拟蚓孔在天然裂缝中的形成，观察酸后的蚓孔形状，酸化前先将岩心沿轴向剖开，端面加工规则平滑，从而模拟流体在天然裂缝的渗流特征。选取同一层段同一深度的岩心进行蚓孔的影响因素分析。
(1) 岩心准备：钻取直径约为2.5 cm岩心若干，将岩心利用人工剖缝(岩心重新合上时能较好闭合)。实验时将岩心两面边缘捆绑在一起，尽量不留空隙。在一定围压下，基本可以认为岩心将会重新完全闭合。
(2) 酸液制备：用36%的工业盐酸和稠化剂，并加适量蒸馏水，配制三种不同粘度的酸液各1 000 mL，配制0.3% KCl溶液1 000 mL备用。
(1) 将岩心正向置入岩心夹持器中(将流进地层方向定为反向，流出地层方向定为正向)，在常温下，排空气泡后，用0.3%的KCl溶液测定岩心在不同围压条件下的酸化前渗透率，围压的变化范围0 MPa~40 MPa。
(2) 改流程为反向过液，加围压30 MPa，在一定的温度条件下，排空气泡后，过酸，记录酸液总量、流压、过酸时间、温度。
(3) 改流程为正向过液，在常温下用0.3%的KCl溶液正向测定岩心在不同围压下的渗透率。
(4) 换用另一岩心，改变注酸排量、注酸量、温度及酸液粘度等注酸条件，重复1~4步骤。
实验结束后，对比酸化前后岩心端面上溶蚀的不均匀程度，观察不同注酸条件下蚓孔是否产生以及蚓孔的形状和扩展长度，并根据实验过程中记录的排量和压力等数据计算酸化后岩心渗透率的变化。岩心酸化后的渗透率采用平行板渗透率计算方法，见式(1)。
式中：K为平行板渗透率，10-3μm2；Q为通过平行板的流量，mL/min；μ为液体的粘度，mPa·s；L为平行板的长度，cm，即岩心长度；A为平行板的面积，cm2；△P为平行板两端的压差，MPa。
在天然裂缝存在条件下，分别改变酸液粘度、反应温度、注酸排量和用酸量来分析蚓孔发育的影响因素。在实验条件允许的范围内，产生的蚓孔类型为占优势的主干蚓孔，没有观察到多分枝蚓孔现象。
图 3表明，酸液的粘度增大可以减小酸液突破时的酸量；酸后都形成了蚓孔，粘度较低的酸液与岩心端面的反应程度较高，但酸液的穿透距离有限，形成的蚓孔较浅，其酸后岩心在低围压下的渗透率较高，但随围压的增加而快速下降至较低的水平。而使用粘度较高的酸液形成的蚓孔较深，酸后渗透率较高且对围压不敏感。
图 4表明，在70 ℃下，岩心酸化后渗透率比20 ℃和90 ℃时的酸化渗透率稍高一些。酸岩反应温度高，其产生的渗透率不一定就高，这与是否能形成蚓孔状穿透有关。温度越高，表面反应速度越高，反之亦然。当表面反应速度与传质速度相当时易产生蚓孔，较高温度使得酸岩反应速度受传质控制，且使更多的酸液消耗在通道的壁面，使得突破时的酸液用量增加，不利于蚓孔的扩展。
实验在室温下进行，图 5表明：以0.5 mL/min的速度注酸产生的蚓孔并不明显，岩心端面基本上为均匀溶蚀。以1.0 mL/min和5.0 mL/min的速度注入时，产生了明显的酸蚀蚓孔。以较高排量注入突破时的用酸量比低排量下的小，但当排量增大到9.0 mL/min时，注入压力持续迅速上升，超过了25 MPa，使酸液无法持续注入岩心，造成注酸时间短、注入酸量小，未起到酸化效果，其酸化后的岩心渗透率与以最小排量注入的岩心渗透率一样，都随围压的增加而显著降低。实际酸化施工中，过大排量造成的高压可能压裂地层，使酸液主要沿裂缝流动，无法形成以井眼为中心的网状蚓孔，达不到井眼周围地层全面酸化改造的目的。
图 6为酸量对酸化后渗透率的影响曲线。实验在室温下进行，当酸液用量很小时(10 mL)，形成的蚓孔长度非常有限且未能突破岩心，酸后渗透率随围压增加而迅速下降到很低水平。当酸量为30 mL时酸液突破岩心，随围压的增加渗透率下降幅度较小。当酸液突破岩心后继续增加酸量到60 mL，酸液沿阻力很小的蚓孔进入，扩大已经形成的蚓孔，而不会形成新蚓孔，因此渗透率增幅甚微。对于实际酸化施工而言，应充分考虑酸液的有效作用距离和蚓孔的形成与扩展情况，将酸量控制在充分扩展蚓孔的程度即可，过量的酸量注入增加了施工成本，造成浪费。
(1) 稠化酸较高的粘度有利于增加酸液有效作用距离和酸蚀蚓孔的扩展，提高酸化增产效果。在实验条件允许的排量范围内，产生的蚓孔的类型为占优势的主干蚓孔，没有观察到多分枝蚓孔现象。
(2) 形成蚓孔后的岩心渗透率普遍达到了1 μm2甚至更高，所以酸化过程中蚓孔的形成对岩心渗透率的改善起着至关重要的作用。增加酸液粘度有利于增加酸液有效作用距离和蚓孔的扩展，从而提高实验岩心的酸后渗透率。
(3) 在低渗白云岩储层中，酸岩反应温度高，其酸化后岩心的渗透率不一定就高。温度过高时，酸液对慢反应矿物和快反应矿物失去了选择性，易形成均匀溶解。并且高温造成反应速率过快，不利于蚓孔的延伸。因此，温度过高的地层在酸化前，可采取降温措施来延长酸液有效距离，提高酸化施工对地层渗透率的改善效果。
2012, Vol. 41 Issue (1): 66-69
2012, Vol. 41 Issue (1): 66-69