碳酸盐岩储层酸压和基质酸化工艺技术

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30
小结
5 酸蚀裂缝导流能力
寻求 技术
降低滤失的物质和技术 延缓反应速度的物质和技术 获得非均匀刻蚀的物质和技术
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6 碳酸盐岩基质酸化工艺及其适应性
酸化 基质酸化也称为常规酸化或解堵酸化，是指施工压力
小于储层岩石破裂压力的条件下，将酸液注入地层 适用范围
9
2 裂缝的形状
裂缝参数－韧性控制：
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10
2 裂缝的形状
2.2 拟三维维扩展模型
Van Eekelen
模型
Advani 垂直截面 扩展模型
在垂向上流压不变，将高度延伸近似看成具有当量弹性 模量的均质油层中裂纹的延伸
用有限元法处理应力分布，找出裂缝高度、宽度、压 力及缝尖应力强度因子间关系，由选取的缝高和计算 的压力校正缝宽，用体积平衡式求新的缝长
定大小和长度的酸蚀蚓孔
➢ 这些蚓孔绕过污染区，扩大井
wormholes Acid
眼有效半径，达到增产的目的，
Carbonate Reservoir
从而获得增产效果
伤害带
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6 碳酸盐岩基质酸化工艺及其适应性
常用工艺： ➢常规盐酸酸酸化 ➢泡沫酸酸化 ➢乳化酸酸化 ➢胶凝酸酸化 ➢转向酸酸化
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7 碳酸盐岩储层酸压工艺
单一液体体系应用的酸压技术 普通酸酸压——————常规酸压技术 稠化酸（胶凝酸）酸压 化学缓速酸酸压 泡沫酸酸压 乳化酸酸压 高效酸（地下交联酸、滤失控制酸）酸压 粘弹性酸酸压
椭圆 模型
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7
2 裂缝的形状
裂缝参数－粘性控制：
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2 裂缝的形状
❖理论上描述裂缝宽度，长度与地层性质的关系式：
WW L
i
EhL2
0.25
❖使裂缝增宽的措施： 采用高粘前置液 提高排量 加大液量 加入降滤剂降低滤失速度
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4 有效作用距离
注酸排量的影响
有效作用距离(m)
140
120
100
80 60 40 20
0 0
裂缝宽度2.5mm H=15m T=93℃ C/C0=0.1 28%HCl
白云岩
灰岩
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
泵注强度(m^3/m/min)
泵注速度对有效作用距离的影响
有效作用距离 裂缝导流能力
酸岩反应速度 酸液滤失
酸浓度 酸类型 温度
岩石类型 酸液流速 面容比
粘度 降滤剂
同离子效应
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酸浓度 酸类型 岩石类型 酸液流速 酸液用量 闭合应力
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3 控制酸压效果的因素
❖理想的导流能力的计算：
wk
f
max
7.81012
wa 12
3
wk f max 8.41010 wa3
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5
2 裂缝的形状 直线延伸裂缝的示意图
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6
2 裂缝的形状
2.1 二维扩展模型
GDK 模型
平面应变发生在垂直剖面上 其状态不受邻近平面的影响 裂缝延伸时，裂缝垂直剖面为 椭圆形
PKN 模型
均质、各向同性 水平面上承受平面应变载荷的 无限大弹性体 裂缝的垂直剖面为矩形
Cleary与 Settari 模型
Palmer 完善拟 三维模型
以广义PKN模型描述裂缝水平面延伸，以广义GGDD 模型描述裂缝垂直剖面延伸，完整的完全耦合的拟三 维模型
用PKN模型压降方向描述缝中压力分布，用断裂力学 裂纹延伸判别(K判据)建立裂缝高度方程，缝高和缝内 净压的缝宽分布方程，与连续性方程联立求解
❖Novotny将Nierode和Kruk的导流能力预测与由Nierode
和Williams所研制的酸反应模型结合起来得到了改进的酸化
模型
❖该模型以溶解岩石量及岩石嵌入强度和闭合应力为函数， 预测了在沿裂缝不同部位处的裂缝宽度
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3 控制酸压效果的因素
酸蚀缝宽(mm)
酸蚀缝宽随径向距离的变化
由于页岩的易碎，或者为了保持天然液流边界防止水、 气采出，而不能冒险进行酸压时，一般最有效的增产措施 就是基质酸化
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6 碳酸盐岩基质酸化工艺及其适应性
酸化机理
➢ 碳酸盐岩基质酸化的重要特征 是 酸 蚀 蚓 孔 (Wormhole) 的 形 成，增产机理与蚓孔密切相关
➢ 通过形成由井眼径向辐射的一
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4 有效作用距离
地层岩石类型的影响 在所有情况下酸在白云岩地层的有效作用距离大于石灰岩 这主要是酸与其反应的反应速度不同所致
酸液类型的影响
不同缓速酸都据有不同程度的缓速作用，可以延缓酸岩反 应速度 缓速酸液在变为残酸之前向地层深部推进的距离更大，即 有效有效作用距离更大
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均质性，包括储层非均质性及其物理尺寸和化学成分、溶蚀 率、孔隙度
裂缝闭合应力：当获得差异刻蚀后，裂缝导流能力可能随闭
合应力的增大而降低，同时，它的降低也取决于储层硬度， 支撑面积和刻蚀面积的比值
储层硬度
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5 酸蚀裂缝导流能力
岩石溶蚀量及其影响
岩石溶蚀量或酸接触时间效应的示意图
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4 有效作用距离
温度的影响
有效作用距离(m)
140
120
裂缝宽度2.5mm
100
H=15m
Q=1.6m^3
80
60
40
20
0 30
28% 白云岩 15% 白云岩 28% 灰岩 15% 灰岩
40
50
60
70
80
90
100
温度(℃)
温度对酸液有效作用距离的影响
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用酸强度、注酸排量，酸液滤失速度、酸岩反应速度、酸
岩反应温度
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5 酸蚀裂缝导流能力
小结
❖酸压过程中酸液的滤失问题通常考虑从滤失添加剂和工艺两 方面着手 ❖降低酸岩反应速率是从缓速剂的使用及工艺上来进行 ❖缓速作用只在低速下有效，在正常的酸压施工中是无效的 ❖工艺上，建议注酸前先注一段不反应的前置液(即前置液酸压) ❖乳化也是减缓反应速度的常用方法 ❖醋酸与甲酸有时用于缓速，可与盐酸联用
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5 酸蚀裂缝导流能力
闭合应力与导流能力关系曲线
酸蚀裂缝导流能力 (um^2.m)
0.6
0.4 溶蚀量117.77g
溶蚀量93.58g
溶蚀量103.06g
溶蚀量51.38g
0.2
溶蚀量38.64g
溶蚀量55.01g
溶蚀量39.73g
溶蚀量70.19g
0
0
10
20
30
40
50
60
70
闭合压力 (MPa)
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小结
5 酸蚀裂缝导流能力
研究 焦点
提高有效作用距离Lef 提高酸蚀裂缝导流能力WKf
❖影响上述两参数的各种影响因素分为两类
不可控因素：储层的地质构造、岩性、渗透率、孔隙度、
产层厚度、岩石力学性质、流体特性等
可控因素：深度酸压工艺技术类型、酸液体系和浓度、
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4
1 酸化压裂机理分析
酸压与加砂压裂的对比 ❖酸压和加砂压裂相比，某些优缺点是由支撑剂和施工复 杂程度以及能否获得预定的导流能力引起的 ❖对于多裂缝油藏的加砂压裂，支撑剂的充填很困难 ❖在施工时，酸压较加砂压裂复杂性小，但费用昂贵 ❖加砂压裂的穿透深度和支撑剂分布容易控制。酸压时， 酸液滤失是一较大的问题，而且是很难控制的。且形成” 酸蚀孔道”以及天然裂缝的扩张 ❖酸压裂缝的最终导流能力小于那种通常所计算的值。生 产期间，酸压的导流能力损失可能更严重
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6 碳酸盐岩基质酸化工艺及其适应性
常规盐酸酸酸化
原理: 利用酸液溶解地层岩石孔隙及裂缝中堵塞物,形成酸 蚀蚓孔，扩大油气渗流通道.
技术关键: ➢蚓孔生长发育规律研究 ➢最佳注酸速度研究 ➢最佳注酸强度研究 ➢关井时间及返排速度研究 ➢孔隙型,裂缝型及复合型地层基质酸化工艺技术研究
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2
1 酸化压裂机理分析
酸压机理 ❖酸压是一种增产增注措施，通过酸与裂缝壁的非均匀反应， 使闭合后裂缝本身支撑了开口，那些未溶解部分起着支撑 的作用，溶解较多的区域成为开口通道 ❖所以当裂缝闭合时，通常仍能保持形成的导流通道
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3
1 酸化压裂机理分析
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4 有效作用距离
酸液滤失的影响
酸液有效作用范围
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4 有效作用距离
裂缝宽度的影响
有效作用距离(m)
100
80
60
Q=1.6m^3/min
40
H=15m
T=93℃
C/C0=0.1
Hale Waihona Puke 2028%HCl白云岩
灰岩
0
0
2
4
6
8
裂缝宽度(mm)
裂缝宽度对作用距离的影响
❖ 影响因素： 酸液滤失（Leakoff）的影响 裂缝宽度的影响 注酸排量的影响 温度的影响 地层岩石类型 酸液类型
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4 有效作用距离
酸液滤失的影响
酸压过程中的滤失分为两类： 非反应性流体(如压裂液)的滤失
➢主要的滤失控制是压裂液的造壁性，造壁性的好坏直 接关系着压裂液的滤失性大小
7
6
5
4
3
2
1
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
径向距离(m)
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3 控制酸压效果的因素
地层渗透率对酸压的影响
McGuire和Sikora电模拟增产效果预测图版
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4 有效作用距离
❖ 有效作用距离（Effective Pentration Distance） 酸液由活性酸变成残酸之前所流经裂缝的距离
工作液：15％－20％盐酸＋酸液添加剂 工 艺：简单，连续注入酸液
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7 碳酸盐岩储层酸压工艺
常规酸化 高浓度酸酸化 混合酸酸化 泡沫酸酸化 乳化酸酸化 胶凝酸酸化
酸化工作液类型
降阻酸酸化 延迟酸酸化 固体酸酸压工艺 地下交联酸、滤失控制酸 清洁滤失控制酸(VES-AC)
伸，如图所示
Least Principal Stress
❖控制压裂造缝形状的因素有：
Least Principal Stress
地层岩石的弹性
裂缝延伸压力
流体注入流速
Horizontal fracture
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Vertical fracture
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3 控制酸压效果的因素
控制酸化效果的因素
酸压与加砂压裂的对比
❖完全不同的两种工艺（传统增产措施） ❖使用的液体不同 ❖形成高渗透裂缝的原理不同
差异在于如何实现其导流性
加砂压裂：砂或其它的支撑剂置于裂缝中以防止当
恢复压力之时的闭合
酸压：一般不使用支撑剂，但是它依赖于酸刻蚀裂
缝以提供所需的导流能力 ❖对地层的适应性不同（酸压只用于碳酸盐岩储层） ❖增产原理相似 ❖使用的施工工艺相似 ❖使用的设备相似
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5 酸蚀裂缝导流能力
❖酸蚀裂缝导流能力（Acid Etched Fracture Conductivity） 酸蚀裂缝宽度和酸蚀裂缝渗透率的乘积
❖导流能力影响因素： 动力学参数：主要是影响溶蚀岩石量，不仅总量重要，而且
对裂缝中各元素的相关溶蚀量也不可忽视。
储层特性：有决定性影响，其矿物成分决定了裂缝刻蚀的非
碳酸盐岩储层酸压和基质酸化工艺
(Acid fracturing and acidizing for Carbonate)
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主要内容
酸化压裂机理分析 裂缝的形状 控制酸压效果的因素 有效作用距离 酸蚀裂缝导流能力 碳酸盐岩基质酸化工艺及其适应性 碳酸盐岩储层酸压工艺 碳酸盐岩储层基质酸化模拟技术与设计
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2 裂缝的形状
❖裂缝沿造缝做功量最小的方向延伸
❖由于上覆地层的重力及构造运动产生的诸作用力影响，地下 岩石承受多种压缩应力，故裂缝的延伸方向与最小主压缩应力 的轴向相垂直
❖在浅井(一般指井深小于650米)，有时水平应力会大于垂直 应力，裂缝可能沿水平方向延伸
❖垂直应力通常大于各个方向上的水平应力，故裂缝沿垂向延
➢其次为压裂液粘度控制的滤失性，认为压裂液的粘度 高时即可有效地降滤
反应性流体(如酸液)的滤失 ➢酸沿缝壁孔隙的滤失 ➢酸沿缝壁微裂缝的滤失 ➢酸反应产生蚓孔的滤失
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4 有效作用距离
酸液滤失的影响
在碳酸盐岩酸压中，酸液不停地溶蚀裂缝，选择性地形成 蚓孔，使得滤失面积越来越大 一般造壁性流体很难沉积出一层有效的滤饼 一旦蚓孔形成，几乎全部酸液都流进裂缝壁内的大孔内， 在裂缝壁上渗滤的少，沿裂缝反应流动的酸也大大减少 蚓孔的产生、分枝以及天然裂缝的扩大，进一步加剧了滤 失