四川盆地高石梯~磨溪构造带震旦系储层位于川中古隆起平缓构造区。2011年，震旦系气藏勘探取得了重大发现，GS1井震旦系灯二储层试油测试产量超过100×104 m3/d。前期储层改造酸液体系的选择主要借鉴国内外成功的研究成果，没有开展针对震旦系储层岩性、物性条件下的酸液性能评价，缺少详细的数据支撑，没有形成系统性的储层改造液体选择技术，导致部分施工井难以从液体体系对施工效果的影响进行评价。从储层特征及改造技术难点出发，分析了影响储层改造效果的主要难点为：储层近井带污染、温度高、非均质性强等因素。评价了系列常用酸液体系性能：酸液滤失性能、降阻性能、酸岩反应速率及转向性能，初步形成了酸液体系的选择原则，在现场成功应用28井次。
震旦系气藏是目前四川盆地发现的最古老的碳酸盐岩气藏，气藏的形成和演化经历了长期复杂的过程。储集岩主要为砂屑云岩、藻凝块云岩、藻叠层云岩；储层类型主要为裂缝~孔洞型、裂缝~孔隙型、洞穴型；喉道类型以缩颈喉道和片状喉道为主，孔喉分选较差，非均质性强(图 1)。物性分析表明，平均孔隙度为3.21%，平均渗透率为2.19×10-3 μm2，总体表现为低孔隙度、低渗透率特征。气藏埋深5 000~6 200 m，温度150~160 ℃，H2S质量浓度达45.7 g/m3[1-2]。
通过对储层特征进行分析，存在以下改造难点：①储层以裂缝孔洞发育为主，容易受钻井液等外来流体侵入污染，酸液体系需要具有有效解除近井带污染的能力及较低的滤失性能。室内评价试验表明，钻井液侵入后，岩心的渗透率伤害率达到65.66%~99.60%，酸化后渗透率恢复到初始的3.86~13.72倍(见图 2及表 1)；②储层埋藏深，岩石弹性模量在(6.27~10.55)×104 MPa，多井次的施工压力达到115 MPa，井底压力超过160 MPa，要求酸液体系具有低摩阻、低滤失、深穿透等性能；③储层温度高，酸岩反应速率快，酸液有效作用距离短。试验评价表明，常规酸反应时间不到30 min即变为残酸，而现场施工酸液体系需要具有较长的酸岩反应时间；④储层非均质性强，均匀布酸困难，导致部分储层段无法贡献产气量，多数施工储层段纵向上不同程度发育，部分井储层段渗透率差值可达到百倍以上，厚度大于50 m，酸液体系需要具有良好的转向性能，保证酸液能够有效地进入污染严重储层段，改善储层渗透率[3]。
结合前人针对酸液的滤失性能评价开展的大量研究成果及震旦系储层特征，建立了滤失系统评价方法，即采用带搅拌罐岩心流动评价装置模拟酸液滤失试验，试验过程中设定注入压差，注入液罐中的酸液以一定的速度进行搅拌，记录每分钟酸液从岩心末端的滤失量，直到酸液突破岩心即结束试验；如果在120 min内没有突破岩心，即停止试验。数据处理时以时间的平方根为横坐标，滤失体积为纵坐标作图，回归曲线斜率，并求出同一压差下的滤失系数[4-7]。
采用国内外碳酸盐岩储层较为常用的胶凝酸、转向酸、交联酸和自生酸等4种酸液体系进行了试验评价。从评价结果可以看出，胶凝酸滤失系数达到10-5级，岩心的入口及出口都产生了较为细小的蚓孔(见图 3)；转向酸变黏后黏度最高达70 mPa·s，滤失系数达到10-4级，岩心出口端产生了一个主蚓孔和多个细小蚓孔(见图 4)；交联酸的滤失系数与转向酸基本相当，滤失系数达到10-4级；自生酸滑溜水与自生酸基液的滤失性能基本相当，滤失系数达到10-3级，滤失性能较大，适用于大规模压裂产生滤失、造复杂缝网。实验结果表明，胶凝酸、转向酸具有良好的控滤失性能，自生酸滑溜水可以形成复杂封网(见图 5)。
酸液的摩阻性能直接影响施工排量是否达到设计要求、施工能否成功压开储层，影响酸液的有效作用距离及裂缝导流能力。通常通过室内试验及现场测试获得酸液摩阻系数，室内摩阻测试装置可以获得液体体系摩阻变化趋势，但室内测试结果与实际值有一定的偏差；现场井底压力与施工压力测试可以获得液体的真实摩阻性能，但是成本较高，技术难度大。通过现场施工井井底压力和施工压力数据的分析，获得高石梯磨溪构造带不同液体体系摩阻性能，获得了4种酸液体系的现场摩阻系数。胶凝酸的平均摩阻系数为0.377 7，交联酸为0.366 4，转向酸为0.508 5，自生酸前置液为0.488 9(见图 6)。实验结果表明，胶凝酸、交联酸具有较低的摩阻，在相同施工压力条件下，可以获得更大的施工排量，有利于酸液实现深穿透[8]。
酸液耐高温、具有深穿透的性能可以通过酸岩反应速率、滤失性能等参数进行间接表征。虽然酸岩反应速率评价方法主要采用SY/T 6526-2002《盐酸与碳酸岩动态反应速率测定方法》，但此方法建立在模拟裂缝储层的条件下进行，实验设备、实验过程较为复杂，实际中较少采用此方法进行测试。目前，较为通用的做法为采用旋转圆盘进行评价，通过酸液浓度的变化来测定酸岩反应速率。由于自生酸反应原理为可逆反应，通过测定酸岩反应时间与体系中Ca2+浓度或溶蚀率的关系来表征酸与岩石的反应过程。
从酸岩反应速率结果可以看出，胶凝酸、交联酸的反应速率达到10-5级，具有较好的缓速性能，在地层条件下可以获得更长的反应时间，酸液穿透更远的距离(见图 7)。自生酸体系持续放酸达6 h，自生酸在1 h内的有效溶蚀率为47%，表明该自生酸在1~6 h内对碳酸岩均具有酸岩反应能力(见图 8)。实验结果表明，自生酸可以长时间保持酸液活性，实现深度穿透[9-10]。
对非均质性严重储层，改造技术的关键在于如何使酸液有效解除整个施工段的污染，恢复或提高储层渗透率，通过化学和物理转向剂的有机结合，提高了封堵基质储层、天然裂缝、人工裂缝及孔洞的能力，可以实现不同渗透率范围储层的转向，提高井底压力，实现层间及层内物理化学转向，提高均匀布酸效果[11-19]。
室内利用双岩心流动试验评价转向性能，采用渗透率差值分别为11.7倍、28.3倍、40.2倍的两块岩心同时进行改造。评价结果表明，转向酸体系可以对相差40倍渗透率储层实现有效转向，改善低渗透岩心渗透率(见图 9)。转向酸变黏时最大黏度值达到70 mPa·s，残酸破胶以后黏度降低为5 mPa·s以内，该变黏过程持续时间超过60 min，可以有效提高封堵效果(见图 10)。采用2 mm宽槽模拟缝(洞)储层，用纤维进行充填模拟封堵效果。评价结果表明，纤维可提高注入压力3.2 MPa以上。纤维在150 ℃下，2.5 h可以完全降解，现场施工后并不会对储层造成二次伤害(见图 11~图 12)。实验结果表明，转向酸对基质储层、纤维对缝(洞)储层可实现有效转向。
以上述液体的滤失、摩阻、酸岩反应速率及转向等4大性能评价结果为基础，结合导流能力、残酸伤害、储层特征及前人的研究成果，初步形成了针对性的选择原则[1-2, 20](见表 2)。
(1) 缝洞发育储层，以沟通缝洞为目的，根据解堵或大规模酸压工艺设计要求，采用胶凝酸解除污染并在近井带形成高导流能力渗流通道，如果施工井段较长，可以考虑采用转向酸+纤维进行全井段均匀布酸。
(2) 裂缝发育储层，以扩大改造体积，网状沟通裂缝为目的，根据大规模酸压工艺设计要求，采用自生酸前置液降温造缝，胶凝酸形成近井带高导流渗流通道。
(3) 缝洞不发育，溶蚀孔洞发育储层，以深度改造为目的，根据深度酸压设计要求，采用交联自生酸提高酸蚀裂缝长度，扩大渗流面积，胶凝酸形成近井带高导流渗流通道。
(4) 缝洞不发育，基质型储层，以扩大渗流面积、降低伤害为目的，根据深度酸压设计要求，采用自生酸体系形成复杂缝网，长时间保持酸液活性，刻蚀远井储层，配合交联酸或胶凝酸提高酸蚀裂缝长度及导流能力。
由于震旦系储层较为复杂，施工井储层较深，结合储层特征及施工工艺设计要求，需要对具体施工井进行针对性的液体技术研究，对摩阻、滤失、缓速及转向等性能综合考虑，提高储层改造效果。
通过对常用液体进行性能评价研究，明确了不同液体体系性能，针对具体施工井储层特征，形成了针对性的液体体系选择依据，在高石梯磨溪震旦系储层推广应用效果显著，有效地解决了震旦系高温、非均质性严重储层伤害及深度酸化技术难题，恢复或提高了油气井测试产量，明显提高了液体类型选择的针对性及有效性。
X施工井位于四川盆地乐山~龙女寺古隆起高石梯构造震顶构造高部位，施工段为震旦系灯二段，井深为5 300 m，施工段长度约90 m，储层温度约150 ℃，为裂缝~孔隙型储层，测井显示缝洞发育。综合分析表明，该井施工存在井深、温度高、井段长、非均质性强等特点，结合储层改造液体选择技术及工艺参数模拟计算，推荐采用耐高温、转向性能好的340 m3转向酸+600 kg纤维体系进行施工，实现均匀布酸、沟通远井缝(洞)系统。现场施工井底压力数据表明，酸液解堵效果明显，转向酸和纤维进入地层后转向效果明显，施工井底压力可提高5 MPa以上，施工后测试产量超过100×104 m3/d(见图 13)。
(1) 震旦系储层具有易污染、储层埋藏深、温度高、非均质性强等特征，整体表现为低孔隙度、低渗透率特征，酸液体系应具有污染解除能力强、摩阻低、耐温性能好、实现均匀布酸等性能。
(2) 酸液性能评价实验表明：胶凝酸、转向酸、交联酸及自生酸的滤失系数逐渐增大；胶凝酸与交联酸摩阻较小，转向酸与自生酸摩阻相对较大；自生酸、交联酸、胶凝酸、转向酸、常规酸的酸岩反应速率逐渐增大；转向酸可对相差40倍渗透率储层实现转向，变黏黏度达70 mPa·s，可降解纤维室内封堵压力大于3 MPa，且2.5 h可完全降解。
(3) 形成的液体选择技术表明：缝洞发育储层，推荐采用胶凝酸、转向酸+纤维体系；裂缝发育储层，推荐胶凝酸、自生酸前置液体系；缝洞不发育，溶蚀孔洞发育储层，推荐胶凝酸、交联自生酸体系；缝洞不发育，基质型储层，推荐交联酸(胶凝酸)、自生酸体系。
2016, Vol. 45 Issue (3): 51-56
2016, Vol. 45 Issue (3): 51-56