超深井重复酸压技术

超深井重复酸压技术一.重复酸压理论研究1.重复酸压的方式[1]~[3]1.1层内压出新裂缝前次酸压失败后,在同一层段新层位压裂或同井新层段压裂。实质上,这是对重复酸压的早期认识,应当属于多次酸压或分层酸压的技术范畴。1.2延伸老裂缝在油田开发过程中,由于压力、温度等环境条件的改变,导致原有裂缝堵塞或闭合;另外,酸压改造规模不够、酸蚀裂缝短、裂缝导流能力低,这类井必须加大酸压规模,延伸原有裂缝,提高酸蚀裂缝导流能力,这是一般意义上的重复酸压概念。1.3堵老缝压新缝转向重复酸压储层已处于高含水期,原有裂缝控制的储量已接近全部采出,老缝成了水的主要通道,但全井尚有剩余控制可采储量,这时实施堵老缝(永久堵、暂时堵)压新缝重复酸压技术,这是真正意义上的重复酸压概念。2.重复酸压的造缝酸蚀机理[4]、[5]酸压裂缝的方位取决于地层应力状态及地层天然裂缝发育方位,酸压在目的层所形成的裂缝初期主要为地层天然裂缝的张开和延伸,而在缝隙不发育地层有人工裂缝形成的可能;酸液主要是对主裂缝及连通的缝隙系统起到刻蚀疏通作用,裂缝在规模上不再增大,其几何形状受地层天然裂隙发育形状,岩石力学性质及施工参数控制。重复酸压产生的裂缝方向依然取决于应力状态,因此研究前次酸压后地应力场的变化是很重要的。2.1酸压裂缝诱发的应力场酸压裂缝的存在能改变近井地带地应力的方向和大小,从而影响裂缝走向。这已从现场及室内实验得到了证实。由于酸压产生的不整合裂缝可在地层中诱发应力场,在两水平方向均诱发压应力,最大诱发应力大于等于裂闭合后作用于支撑点(不整合壁面的凸起部)上的净压力,并且在垂直于酸压主裂缝方向上附加的诱发应力大,裂缝方向上附加诱发应力小,有可能使原来的最小主应力大于原来的最大主应力,从而改变以前的应力状态,但随着裂缝距离的增加,诱发应力迅速减小,很快地应力场变为原来的状态,因而在井筒附近有可能改变重复酸压后的主裂缝方位,但距井筒一段距离后仍沿原来方位延伸,复酸压有形成新主裂缝和建立新连通的可能。2.2生产诱发的应力场油井由于生产和其他作业,导致地层孔隙压力的变化,而且在裂缝周围孔隙或裂隙压力存在一定的梯度。在裂缝附近,平行或垂直于缝面上都会产生由于孔隙压力的变化而诱发的张应力。多次的重复压裂及酸压施工的破裂压力及生产测试证实,随孔隙力的下降,各向地应力值也相应降低。孔隙压力虽然不能改变地应力场的方向,但改变了地应力的大小,必然会对重复酸压的施工压力产生影响。2.3酸蚀机理目前酸压工艺条件下,酸压作业前期主要是造缝,中后期为酸液的酸蚀作用,以沟通主裂缝附近的缝洞系统和强化酸蚀连通,而获得或提高产能。酸压效果主要取决于是否有效沟通了油储集区。重复酸压可通过造新的主裂缝,建立新的有效酸蚀裂缝网格,或是恢复和进一步改善原有连通状态来实现增产目的,提高酸液在主裂缝深处的有效活性,则会增大有效沟通储集系统,获得产能的机会。综上所述,酸压裂缝、孔隙压力的变化都将改变。地应力场的状况,而且有可能改变最大和最小主应力方向。重复酸压存在造新缝,建立新的有效酸蚀裂缝系统的可能,张开原有裂缝系统的井也可以通过新工艺及酸液体系恢复原有连通,并实现更深层酸蚀沟通的可能,因此对于那些酸蚀裂缝失效井,可通过重复酸压重新恢复或提高产能。3.重复酸压测试与评价[6]实施重复酸压前,必须对初次酸压的动态缝长、有效缝长、导流能力、地层渗透率、油藏压力及生产层段的某些参数进行评价,主要解决三个方面问题:(1)考虑初次酸压后生产历史,确定油层能力及可采储量;(2)评估初次酸压裂缝的有效程度及失效原因;(3)进行初次酸压及油藏生产历史模拟。系统的酸压评价技术包括:酸岩反应模拟、施工曲线分析、净压力双对数曲线分析、裂缝净压力拟合、酸压压力降落解释技术、酸压前后FMI测井解释、油藏数值模拟以及压力恢复试井解释等。进行油藏及酸压模拟的目的在于评价初次酸压作业以下参数:(1)产层内的酸蚀缝长;(2)酸蚀缝高;(3)酸蚀裂缝导流能力及油藏有效渗透率。对比压力恢复及数值模拟结果,确定重复酸压关键因素:(1)地层是否具备期望的生产能力;(2)累积产油及期望的采收率;(3)地层是否具有足够的能量(地层压力等);(4)裂缝导流能力大小,确定酸蚀裂缝的有效状况;(5)改造层段的酸蚀缝高是否适当等。对重复酸压施工过程及压后的压力降落与压力分析,结合施工前后动态裂缝监测可以确定地应力的改变和缝的几何参数,通过酸压后试井分析和油藏数值模拟,可以确定酸蚀裂缝在生产过程中的动态变化,结合实际生产情况可以判断重复酸压的合理性和科学性。二.重复酸压技术内容1.重复酸压工艺的技术难点1.1重复酸压作业的高风险性重复酸压的目标是增加酸蚀裂缝长度,沟通更多天然裂缝和溶洞,扩大油气渗流面积,连通更多油流通道。相比初次酸压,重复酸压更具技术挑战性,在确认酸压施工井层生产潜能的基础上,工艺实施过程必须克服和摆脱初次酸压工艺实施过程中的不足,酸蚀裂缝长度必须更长,沟通必须更远。但是裂缝-溶洞型碳酸盐岩储层的非均质性,储层分布的纵横向差异都使重复酸压比初次酸压具有更大的风险性。1.2重复酸压工作液的选择及性能提高依赖于重复酸压工作液的选择,目前在轮南油田使用的深度酸压工作液主要是胶凝酸体系、乳化酸体系,进一步挖掘两种酸液体系的潜力(胶凝酸的增粘缓速及乳化酸的降阻)是重复酸压的技术难点。1.3施工工艺优选及施工参数的优化重复酸压工艺的应用及实施,不是对初次酸压的简单重复,必须在充分认识储层,分析初次酸压无效(低效)原因基础上,优化选择最佳施工工艺及施工作业参数,这是重复酸压取得效果的根本保证。1.4裸眼完井方式对注酸效果的影响轮南油田大多为裸眼完井,对于实施重复酸压具有极大的影响,大段的裸眼井段,使有效层段的用酸强度可能变得很小,这本身就可能是初次酸压无效或低效的原因。对裸眼段进行的初次酸压,无疑会造成裸眼段的扩径及裸眼段中的泥岩夹层的松散和垮塌。因此,在重复酸压施工中,必须有效控制裸眼井段的长度,减少长裸眼段笼统酸压施工过程中长裸眼段对酸液的过多消耗,通过回填无效裸眼段,控制裸眼井段长度,根据储层的地质情况确定合理的酸压规模。同时采取对有效储层段进裸眼射孔引流,用裸眼封隔器封隔松散垮塌泥岩层段等措施来保证酸压施工层段的针对性。1.5重复酸压井口及注入方式要求高重复酸压工艺的实施,必须较初次酸压改造范围更大,因而更须遵循/大液量、大排量、高泵压0技术路线。在此条件下,又对施工作业装备提出了更高的要求,需要在高泵注压力下长时间施工,设备能力的保障就显得尤为重要。2.选井原则要进行成功的重复酸压,必须根据油井生产历史、地层评价结果及油田开发动态综合分析,认真选井。以下是建议轮南油田进行重复酸压选井应考虑的几个因素:(1)油井必须有足够的剩余储量及地层能量,这可以通过在整个开发期间的采油量、产水量及储量有关参数计算分析得到;(2)前次酸压由于施工工艺限制造成的改造无效,在对工艺技术进一步提高的前提下酸压,会获得成功;(3)前次酸压成功,但产量下降快,必须摸清楚产量下降原因,以便采取相应措施。如果是酸压规模、强度或连通水层,可通过重复酸压增产。总之,当油井在酸压改造后无效或达不到经济开采时,就应考虑重复酸压改造施,针对问题存在的根本原因,采取相应的酸压处理措施。3重复酸压工作液的选择及性能提高自1988年,轮南酸化(压)作业中使用的酸液体系大致经历了两个阶段,第一阶段是1988~1993年以常规酸为主的酸液体系,施工工艺小型解堵酸化为主;第二阶段是1995~2005年以胶凝酸为主的酸液体系。第二阶段应用液体类型较多,酸液体系有常规酸体系、胶凝酸系、乳化酸体系、表活酸体系、变粘酸体系,其施工工艺较前一阶段更加复杂。除了常规酸酸化和酸压外,还采用胶凝酸酸压、多级注入前置液胶凝酸酸压、前置液乳化酸+胶凝酸酸压、多级注入变粘酸酸化、前置液乳化酸酸压、多级注入表活酸酸压和闭合酸化等工艺技术。实践证明,自1998年,在该包块开采的大规模重复酸压及工业性应用,取得了显著的增产效果[6]。三.现场应用实践重复酸压技术是具有较高风险性发的作业。在2003-2009年塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层共进行了25井次的重复压裂施工，有效率仅为44%，前期酸压规模小不能有效沟通储集体；同时压裂液体粘度较大规模施工易使缝高失控、沟通底水且储层非均质性强，分布横向差异大，改造已沟通近井部分缝洞，使得重酸压工作液滤失加剧；些因素使得此类重复酸压比第一次酸压具有更大的改造风险[7-8]。超大型酸压改造是碳酸盐岩储层增储上产的重要手段。总结前期酸化压裂研究成果的基础上结合室内实验优化的超大型酸压技术现场实施后达到了储层再次改造的目的。超大型酸压工艺技术优化室内实验研究表明（见图一）不同施工方式下导流能力随闭合压力变化有如下规律：1）酸化压裂和清水加砂压裂的导流能力较大而随闭合压力的增加减小较快。这是由于酸化压裂裂缝壁面较脆，在高闭合压力条件下，裂缝壁面容易坍塌，使导流能力损失较大；清水加砂压裂由于闭合压力的增大，支撑剂破碎率随之增大，导流能力也会明显下降。2）清水压裂导流能力很低而受闭合压力的变化影响较弱。3）在低闭合压力条件下酸化压裂的导流能力大于清水加砂压裂的导流能力；在高闭合压力条件下，酸化压裂的导流能力小于清水加砂压裂的导流能力。通过对比优化超大型酸压主体应采用“滑溜水携粉陶+酸液”复合改造工艺施工。图1不同施工方式导流能力随闭合压力变化关系曲线泵注程序优化1）大排量油套混注：在Ø117.8的套管回接的情况下，采用油套混注的方式来降低摩阻，在减低施工泵压的同时可提高井底有效压力!促进井底人工裂缝大幅度延伸。2）前置液粉陶段塞：在前置液中加入一定质量度的粉陶（100目）注入地层。一方面粉陶在天然裂缝与水力裂缝相交处形成桥堵!降低天然裂缝滤失量；另一方面，粉陶支撑远端的微裂缝!提高裂缝的沟通能力；最后部分粉陶的下沉能够有效地控制裂缝高度。3）酸液过顶替：由于酸压大多数情况下是在酸液进入地层后通过酸蚀蚓孔沟通新的储集体。因此，为了提高酸液进入裂缝远端后沟通新储集体的几率；同时增加裂缝远端的导流能力，泵注程序设计时，在酸液进入地层后用大排量清水将酸液顶至裂缝远端。4）多级交替注入酸压：通过前置液的不断降温，可以冷却地层，降低裂缝内温度减缓酸岩反应速度，从而延长酸液作用时间，同时酸液在前置液中指进，可进一步提高酸液有效作用距离。施工规模和参数优化根据振幅变化率、地震时间剖面、等资料，可初步确定有利储集体展布的范围及井筒与储集体分布边界的距离。由此确定超大规模酸压需要形成的缝长见图（2）同时将第一次酸压施工、压后生产及注水等情况作为依据，进行综合分析，优化施工规模。还要针对具体情况，对施工排量等进行优化[9]。图2压裂液用量优化曲线截至2011年3月，塔河油田共进行超大规模酸压作业27次，有效24井次，有效率达88.9，累计增油15×104t，取得了显著的经济效益。下面以一口典型井为例：A井一间房组6143.8~6228m井段，第一次酸压（前置液300m3，高温胶凝酸300m3）后自喷期较短，后期因地层供液不足关井。分析认为，第一次酸压沟通的溶洞储集体规模较小，与邻井情况相比该井重复酸压仍具有较大的增产潜力。2010年1月27日，对A井成功实施了近7小时连续超大规模重复酸压(前置液1600m3，变黏酸430m3，顶替液500m3，粉陶27t)施工，停泵后压力从13.5MPa降至10.5MPa（见图3）。压后开井排液106m3后即见油，后平稳自喷生产，产量在140t/d以上。图3塔河油田A井重复压裂施工曲线[1]王志刚,孙玉玲.影响低渗透油田重复压裂效果的研究[J].石油学报,1990,11(3).[2]胡永全,赵金洲,蒲万芬.堵老缝压新缝重复压裂技术[J].西南石油学院学报,2001,22(3).[3]胡永全,等.重复压裂技术研究[J].天然气工业,2004,24(3).[4]王鸿勋,张仕诚.水力压裂设计数值计算方法[M].石油工业出版社,1998.[5]ElbelJC,MackMG.Refr