前置酸加砂压裂新技术研究与应用

前置酸加砂压裂新技术研究与应用长庆油田油气工艺研究院一、研究背景二、技术思路三、前置酸加砂压裂技术研究（一）增产机理研究（二）前置酸酸液配方的优选（三）工艺及参数的优化四、现场应用及效果评价五、认识与结论汇报内容长庆油田油气工艺研究院一、研究背景随着石油勘探开发的不断深入，近年来油田增储上产速度不断加快，致密储层所占比例越来越大，采用常规水力压裂工艺试油产量低，需要对压裂工艺进行新的探索，提高单井产量。致密储层与常规低渗透储层相比，有以下几个特点比较突出：孔喉半径小，排驱压力高；孔渗性差；填隙物含量高。长庆油田油气工艺研究院项目中值半径（μm）中值压力(MPa)排驱压力(MPa)白B区（致密储层）0.116.991.64董A区（常规低渗）0.323.510.62图1白102井长4+5压汞曲线0.010.1110100020406080100饱和度（%）压力(MPa)0.0010.010.11101001000020406080100汞饱和度(%)压力(MPa)岩芯压汞数据统计表白A井岩芯压汞曲线镇A井岩芯压汞曲线一、研究背景孔喉中值半径小，排驱压力高，流体通过储层的渗流阻力大。长庆油田油气工艺研究院粒间孔（%）面孔率（%）长715.40.120.061.0长721.70.140.40.5长719.90.130.61.2长615.10.392.643.72长6313.370.120.751.65长6113.350.1671.632.85平均16.470.181.011.82长6111.672.994.235.82长8111.81.512.884.73平均11.742.253.565.28孔隙类型常规低渗层位填隙物含量（%）渗透率(10-3μm2)储层类型致密储层致密储层填隙物含量较高，外来液体易对储层渗透性产生伤害；储层渗透性差、面孔率低、压裂液返排阻力增大。储层填隙物及孔隙特征统计数据对比表一、研究背景长庆油田油气工艺研究院一、研究背景通过技术调研和理论研究，巧妙地将砂岩酸化和加砂压裂结合起来，利用酸溶酸蚀工艺可以消除部分影响因素，提高地层与裂缝间以及裂缝内部间的连通性，由此创造性地提出了前置酸加砂压裂工艺。长庆油田油气工艺研究院一、引言二、技术思路三、前置酸加砂压裂技术研究（一）增产机理研究（二）前置酸酸液配方的优选（三）工艺及参数的优化四、现场应用及效果评价五、认识与结论汇报内容长庆油田油气工艺研究院地层与裂缝连通性近裂缝地层渗透性地层粘土矿物膨胀压裂液滤饼裂缝内部连通性影响因素影响因素压裂液残胶铺砂浓度支撑剂性能技术对策酸溶、酸蚀酸液体系优选方法工艺参数优化施工工艺优化酸液性能评价方法前置酸加砂压裂工艺工艺研究工艺优化二、技术思路长庆油田油气工艺研究院一、研究背景二、技术思路三、前置酸加砂压裂技术研究（一）增产机理研究（二）前置酸酸液配方的优选（三）工艺及参数的优化四、现场应用及效果评价五、认识与结论汇报内容长庆油田油气工艺研究院增产改善地层与裂缝之间连通性改善裂缝内部间连通性酸岩溶蚀反应可改善裂缝附近地层的渗透性酸液具有抑制粘土矿物膨胀的作用残酸在返排阶段可溶解压裂液滤饼和裂缝壁面残胶返排阶段残酸的降解作用可提高破胶程度返排阶段残酸对支撑裂缝具有清洗作用三、前置酸加砂压裂技术研究（一）增产机理研究长庆油田油气工艺研究院三、前置酸加砂压裂技术研究土酸溶蚀率：14.12%～33.58%；有机酸溶蚀率：6.22%～6.55%。序号酸液浓度岩粉重(g)滤纸重(g)反应后滤纸+岩粉重(g)岩粉失重(g)溶蚀率(%)11%HCl+2%甲酸+4%乙酸4.99401.02275.70600.31076.2221%HCl+2%甲酸+6%乙酸4.99881.02265.70120.32026.4131%HCl+2%甲酸+8%乙酸5.00301.00565.68760.32106.4241%HCl+2%甲酸+10%乙酸4.99551.02285.69130.32706.55岩粉与有机酸溶蚀实验结果序号酸液浓度岩粉重(g)滤纸重(g)反应后滤纸+岩粉重(g)岩粉失重(g)溶蚀率(%)110％HCl+0.5%HF4.99951.00105.29480.705714.12210％HCl+1.0%HF4.99841.00055.07140.927518.56310％HCl+2.0%HF4.99861.00154.76701.233124.67410％HCl+3.0%HF5.00071.00184.32351.679033.58岩粉与土酸溶蚀实验结果（1）酸岩溶蚀反应对地层渗透性影响评价长庆油田油气工艺研究院00.0020.0040.0060.0080.0102468101214161820222426累计注入PV数滲透率（10-3μm2）酸化后酸化前岩芯流动实验结果表实验表明：有机酸在较大程度上改善了岩芯渗透率，主要原因是岩芯中酸溶性矿物成份与有机酸发生反应，使岩石孔道扩大，提高了渗流能力。三、前置酸加砂压裂技术研究结论：酸岩溶蚀反应可改善裂缝附近地层的渗透性。岩芯流动实验岩心号酸配方K/K0伤害程度1#砂岩有机酸11.04无伤害2#砂岩有机酸11.20改善3#砂岩有机酸21.37改善4#砂岩有机酸21.22改善5#砂岩土酸10.54伤害6#砂岩土酸20.50伤害长庆油田油气工艺研究院SEM分析:有机酸酸化前后岩石微观形态岩芯经过酸化流动实验后，明显发现部分填隙物被酸液溶蚀，在一定程度上恢复或扩大了孔隙的连通性。（溶蚀前）三、前置酸加砂压裂技术研究（溶蚀前）（溶蚀后）（溶蚀后）长庆油田油气工艺研究院（2）酸液的防膨性能评价实验取膨润土5ml，置于不同PH值的溶液中，在温度为60℃时进行实验，实验时间为48小时，实验结果见下图：PH值越小，膨润土膨胀率越低。不同PH值下膨润土的膨胀率1321622260501001502002502345678PH值膨胀率（％）三、前置酸加砂压裂技术研究长庆油田油气工艺研究院酸液类型配方酸液24小时膨胀率(%)终膨胀率降低值(%)淡水/97.8/有机酸盐酸＋有机酸＋添加剂60.438.3室内用WZ-1型页岩膨胀仪测试了有机酸和淡水的膨胀率，实验结果显示，防膨效果明显。膨胀率测试实验结果表三、前置酸加砂压裂技术研究实验表明：酸性环境下具有抑制粘土矿物膨胀的作用。长庆油田油气工艺研究院实验表明：残酸在返排阶段可溶解部分压裂液滤饼和裂缝壁面残胶。三、前置酸加砂压裂技术研究（3）酸液溶解滤饼实验溶解前溶解后滤饼溶解实验结果表酸液体系滤饼实验前重(g)滤饼实验后重(g)溶解速率（g/m2h）有机酸2.7822.53936.186备注：实验温度：45℃反应时间：2hr长庆油田油气工艺研究院（4）酸液对压裂液破胶影响评价压裂液破胶室内测试实验结果序号胍胶基液粘度（mPa·s）交联剂实验温度（℃）实验酸液压裂液与酸液比例破胶液粘度（mPa·s）145硼砂70有机酸5：11.51245硼砂70有机酸5：11.67345硼砂70有机酸5：11.65备注：反应时间1hr实验表明，与常规压裂液破胶粘度（约5～10mPa·s）相比，其破胶液粘度明显低。胍胶压裂液是通过邻位顺式羟基与金属离子交联形成网状结构，所以加入酸液会迅速破坏这种刚性结构，使其降解。结论：返排阶段残酸的降解作用可提高破胶程度。三、前置酸加砂压裂技术研究长庆油田油气工艺研究院实验条件：模拟填砂裂缝：用压裂石英砂制成人造裂缝(石英砂28MPa下压实)压裂液基液：改性胍胶+助排剂+KCl+粘土稳定剂+杀菌剂有机酸：乙酸+甲酸+HCl酸液添加剂：缓蚀剂+助排剂+粘土稳定剂+铁离子稳定剂三、前置酸加砂压裂技术研究（5）酸液对支撑裂缝清洗作用评价长庆油田油气工艺研究院清洗结果：有机酸对支撑裂缝清洗实验结果(石英砂1#)有机酸残酸清洗后支撑裂缝渗透率有较大提高，渗透率提高率33%。结论：返排阶段残酸可以溶解裂缝内压裂液残渣，对支撑裂缝具有清洗作用。0.00.20.40.60.81.01.20510152025孔隙体积K/Ko地层水有机酸残酸压裂液破胶后基液地层水三、前置酸加砂压裂技术研究长庆油田油气工艺研究院岩矿填隙物特征分析、含量测试酸液配方初选（多个）酸岩溶蚀反应研究岩芯流动实验研究酸液综合性能评价实验储层物性、孔喉特征分析前置酸配方优选方法流程图最终确定配方确定单个配方（二）前置酸配方优选三、前置酸加砂压裂技术研究长庆油田油气工艺研究院三、前置酸加砂压裂技术研究前置酸配方初选基本原则填隙物中酸溶性矿物含量低、高岭石含量低的储层，采用盐酸＋氢氟酸为主的无机酸体系；填隙物中酸溶性矿物含量高、铁矿物含量低的储层，采用以盐酸为主的无机酸体系；填隙物中酸溶性矿物含量高、铁矿物含量高的储层，采用有机酸体系；•温度高的储层以甲酸为主•温度低的储层以乙酸为主长庆油田油气工艺研究院储层物性、孔喉特征分析三、前置酸加砂压裂技术研究前置酸加砂压裂试验区储层特征综合数据表油层中值半径小，毛管力大，流体流动阻力大。区块层位埋深m厚度m油层温度℃孔隙度％渗透率×10-3µm2中值压力MPa中值半径μm镇A长8228513.968.011.31.766.740.11DC长6164532.152.012.51.585.470.17白D长6218018.069.711.90.524.820.16侯E长6141011.347.711.90.965.120.14长庆油田油气工艺研究院区块层位填隙物含量（％）酸溶性填隙物含量（％）主要矿物成分含量（%）方解石铁方解石绿泥石浊沸石高岭石水云母长石质镇A长812.327.431.63.82.0/1.01.90.0DC长69.805.400.60.84.02.9/0.60.2白D长615.3511.530.66.134.8/0.63.42/侯E长616.009.30.71.37.36.3/0.3/前置酸加砂压裂试验区储层填隙物组成表◆填隙物特征分析各区均含有酸敏矿物绿泥石，酸液优选难度高。三、前置酸加砂压裂技术研究长庆油田油气工艺研究院配方优选结果三、前置酸加砂压裂技术研究对各个试验区酸液配方进行了优选评价，确定了与各试验区储层相适应的酸液配方。区块层位填隙物含量（％）酸溶性填隙物含量（％）主要矿物成分含量（%）酸液主体酸方解石铁方解石绿泥石浊沸石高岭石水云母长石质镇A长812.327.431.63.82.0/1.01.90.0X%乙酸＋Y%甲酸＋Z%盐酸DC长69.805.400.60.84.02.9/0.60.2白D长615.3511.530.66.134.8/0.63.42/侯E长616.009.30.71.37.36.3/0.3/前置酸加砂压裂试验区酸液体系优选结果以有机酸为主，一是防止酸蚀能力过强损坏岩石骨架；二是反应速度慢，残酸仍具有酸蚀能力，可溶解压裂液滤饼、残渣和清洗裂缝。长庆油田油气工艺研究院增产机理酸岩反应溶解压裂液滤饼、残胶技术要求酸液首先与储层接触酸岩反应速度慢，残酸仍具有酸蚀能力降解裂缝内压裂液粘度技术要求粘土防膨酸液首先与储层接触技术要求技术要求技术要求残酸不失效，溶解压裂液滤饼和残胶清洗裂缝（三）工艺及参数优化三、前置酸加砂压裂技术研究长庆油田油气工艺研究院技术做法前置酸隔离液前置液加砂低替坐封顶替前置酸加砂压裂施工工序三、前置酸加砂压裂技术研究中等排量注酸，延缓酸岩反应时间，确保残酸浓度；注入隔离液，避免压裂液提前破胶；缩短关井时间，较大排量放喷排液，充分利用返排残酸降解作用和清洗作用。长庆油田油气工艺研究院根据各试验区块储层特征、最优水力缝长等参数，应用全三维压裂酸化模拟软件GOHFER优化了前置酸用量和排量。模拟裂缝导流能力图参数优化三、前置酸加砂压裂技术研究长庆油田油气工艺研究院前置酸酸液用量优化结果为14～20m3；注酸排量设计在1.4～1.6m3/min。区块层位填隙物含量酸液主体酸有效厚度m渗透率10-3um2优化缝长m优化酸量m3注酸排量m3/min镇A长812.32X%乙酸