石油与天然气化工  2013, Vol. 42 Issue (3): 283-286
大牛地气田多级注入酸压工艺优化研究与应用
徐兵威 , 何青 , 王德安 , 李国锋 , 张永春     
中国石化华北分公司工程技术研究院
收稿日期：2012-09-13
基金项目：鄂尔多斯盆地大牛地低渗气田勘探开发示范工程(2011ZX05045)
作者简介：徐兵威(1985-)，男，河南周口人，工程师，2011年毕业于西南石油大学，现从事油气藏增产理论与技术研究工作。地址：(450006)河南省郑州市陇海西路199号中石化华北分公司工程技术研究院。电话：0371-68619212。E-mail：xubingv@163.com.
摘要：在分析多级注入酸压酸岩反应原理基础上，针对大牛气田下古生界碳酸盐岩储层特性，以数值模拟为依据，优化研究了多级注入酸压改造强度和注入级数，并通过实验分析不同注入级数下的酸压改造效果，最后将研究成果应用于大牛地气田，取得无阻流量3.82×104 m3/d的酸压改造效果。
关键词：多级注入    酸压    白云岩    注入级数    
Research and application of the multiple injection acid fracturing technology in Daniudi gas field
Xu Bingwei , He Qing , Wang Dean , Li Guofeng , Zhang Yongchun     
Research Institute of Engineering and Technique, Huabei Sub-Company, Sinopec, Zhengzhou 450006, Henan, China
Abstract: Based on analysis of the mechanics of acid rock reaction and characterization of Palaeozoic carbonatite gas reservoir of Daniudi gas field, an optimal research of the reform strength and series of multiple injection acid fracturing were carried out by numerical simulation. The acid fracturing modification effect under different injection stages by the experimental data was analyzed, and the result showed that the multiple acid fracturing technology was feasible, and the absolute open-flow could reach 38 200 m3/d in the Daniudi gas field.
Key Words: multiple injection    acid fracturing    dolomite rock    injection series    

大牛地气田下古生界奥陶系风化壳碳酸盐岩储层为典型的低压、低孔、低渗致密储层，理论和实践证明，深度酸压是有效解决该类气层的关键技术之一[1-5]。截止2012年9月，大牛地下古生界碳酸盐岩储层累计酸压施工95井103层次，改造层位主要为Ⅰ、Ⅱ类碳酸盐储层，先后试验了普通酸酸压、多级注入酸压、闭合酸压、前置酸酸压、多级注入加砂酸压等工艺，其中多级注入酸压现场应用29井31层次，8层次获得工业气流，针对物性较差的Ⅱ类储层取得了一定的改造效果(表 1)。

表 1    不同酸压工艺改造效果统计 Table 1    Technological transformation effects of different acid fracturing in lower palaeozoic erathem

多级注入酸压工艺是大牛地气田目前常用的酸压工艺技术之一，但目前施工设计多是根据经验来决定阶段液量、注入级数等施工参数，尚未开展过针对性的理论、实验研究工作[6-7]。

1 多级注入酸压工艺原理及优点
1.1 多级注入酸压工艺原理

多级注入酸压工艺在注入主体酸前先以高于地层吸收能力的排量注入非反应性前置液，然后交替注入主体酸和前置液，减缓酸岩反应速度，实现深度酸压，从而形成具备高导流能力的流动通道，最终达到增产的目的[8-9]。

由于大牛地气田下古生界风化壳碳酸盐岩储层为低渗致密气藏，且存在施工压力高的特点，多级注入酸压工艺实际施工过程中结合了前置酸化和闭合酸压工艺，达到降低破裂压力、改善近井地带导流能力的目的[9-11]。

(1) 依靠前置液造缝并在裂缝壁面形成滤膜，用以降低酸液滤失，同时降低酸岩反应面容比，减缓酸岩反应速率。在酸液延伸至一定距离后，局部滤膜受到破坏，通过注入后一级高黏前置液填充酸蚀蚓孔，抑制酸液进一步滤失，增加酸蚀作用距离[11-12]；

(2) 依靠前置液和酸液的黏度差，酸液在高黏前置液中形成黏性指进，最终在裂缝壁面形成非均匀刻蚀沟槽，提高酸蚀裂缝导流能力，达到提高酸压增产效果的目的[11]；

(3) 每一级预先注入的前置液可以达到降低裂缝壁面温度，延缓酸岩反应速率，增大有效酸蚀裂缝作用距离的效果[12]。

1.2 多级注入酸压工艺优点

相对普通酸压、前置酸压等工艺，大牛地气田多级注入酸压工艺结合了前置酸化和闭合酸压工艺，该工艺技术主要存在以下几方面的优点[12-14]:

(1) 前置酸与近井筒碳酸盐岩快速反应，降低了近井地带碳酸盐岩岩石强度，减小了井口施工压力；

(2) 前置液能够冷却地层，降低裂缝壁面温度，减缓酸岩反应速度，延长酸液有效作用时间；

(3) 高黏前置液在裂缝壁面形成的滤膜，能够降低酸液滤失，增大了酸液作用距离；

(4) 酸液在高黏前置液中形成黏性指进，在裂缝壁面形成不均匀刻蚀，进一步提高了酸液有效作用距离；

(5) 在裂缝闭合阶段注入的闭合酸进一步加大了裂缝壁面不均匀刻蚀程度，保证近井筒地带产生相当高的裂缝导流能力。

2 多级注入酸压注入级数优化

针对多级注入酸压工艺特点及现场施工效果，以大牛地气田下古生界风化壳碳酸盐岩储层特性为主要参数，分别采用数值模拟和室内实验的方式对注入级数和阶段液量进行研究，优化多级注入酸压泵注程序。

2.1 数值模拟优化研究

采用FracproPT 2007软件对注入液量不同和注入级数不同两种情况的酸压规模进行模拟计算，并通过相应的室内实验验证模拟结果。

(1) 注入级数相同，注入液量不同。采用大牛地目前施工中常用的3级注入、4 m3/min排量等参数，模拟风化壳白云岩段30 m厚度碳酸盐储层在不同注入量下的施工效果。

由模拟结果(图 1)可知：酸液量越大，酸蚀裂缝越长，裂缝导流能力越高。当施工酸液用量达到180 m3后，酸蚀缝长增长变缓，导流能力也趋于稳定。综合考虑，采用180 m3液量施工效果较优。

图 1     不同注入酸量下的模拟结果曲线 Figure 1     Simulation results curve under different amount of injection acid

(2) 注入级数不同，注入液量相同。以优化的酸压施工液量为依据，在酸液和前置液总注入量相等的情况下，软件模拟2-8级5种不同的注入方式，优化酸压注入级数。

对比分析风化壳白云岩段酸压数值模拟结果(图 2)可知，随着注入级数的增加，酸蚀缝长增长，但是酸蚀裂缝导流能力和酸蚀缝高变化不明显；注入级数达到5级以后酸蚀缝长增长变缓。结合大牛地气田实际施工经验，多级注入酸压工艺优化注入级数为3-5级。

图 2     不同注入级数下的模拟结果曲线 Figure 2     Simulation results curve under different injection series

2.2 室内实验优化研究

酸蚀裂缝壁面刻蚀形态和裂缝导流能力是表征酸压改造效果的直接反应，采用相似准则，实验分析不同注入级数下的酸压改造效果。

从多级注入实验结果(图 3)可以看出：2级注入酸压存在明显的酸蚀渗透率停滞增长阶段，表明前置液和酸液泵注阶段过长，液体效率未得到合理应用；3、4级注入酸压曲线中存在一定的渗透率增长变缓阶段，表明酸液刚指进突破滤膜后前置液得到了及时补充，且渗透率得到有效改善；5、6级注入酸压施工中渗透率呈快速上升趋势，表明前置液量设计过少，裂缝壁面滤膜较薄，酸液快速突破后继续溶蚀裂缝。

图 3     不同注入级数下的实验效果 Figure 3     Test results curve under different injection series

观察多级注入酸压后酸蚀裂缝壁面可知，白云岩4级注酸后，酸蚀壁面刻蚀沟槽较深，并且未刻蚀部分形成了较好的桥墩状支撑，保持较高的酸蚀裂缝导流能力；泥质白云岩注酸后同样能形成主裂缝，酸蚀壁面存在少量泥质，但刻蚀沟槽相对较浅(图 4和图 5)。

图 4     4级注入酸压下白云岩刻蚀情况 Figure 4     Etching conditions of pierite under 4 level injection acid

图 5     4级酸压注入下泥质白云岩刻蚀情况 Figure 5     Etching conditions of argillaceous dolomite under 4 level injection acid

3 现场试验

参照多级注入酸压优化结果，该工艺分别在物性相似的1#井、2#井和3#井进行相应的现场试验。其中2#井储层厚度31.5 m，采用3级注入酸压工艺改造后，无阻流量达3.82×104 m3/d，取得了较好的改造效果。

表 2    现场试验井设计参数 Table 2    Design parametric statistics of field test wells

4 结论

(1) 风化壳碳酸岩储层多级注入酸压采用3、4级泵注程序能够取得较好的改造效果；

(2) 30 m左右厚度的碳酸岩储层酸压用酸量180 m3较合理，即风化壳碳酸盐储层酸压改造强度约6 m3/m；

(3) 白云岩组分含量越高的碳酸岩储层酸蚀裂缝刻蚀沟槽相对较深，导流能力越高。

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