转向酸化技术

1 转向分流问题的提出

碳酸盐岩储层压裂酸化改造主要目的是解除近井地带的污染以及产生新的流动通道（酸蚀蚓孔）绕过污染带以增加储层与井筒的连通性，提高油气井的产能或注水井的注入能力。对于非均质性很强的碳酸盐岩储层，压裂酸化改造成功的关键在于能否使酸液在整个产层合理置放，使所有层段都能吸入足够的酸以达到解除近井地带污染，恢复或增加油气产量的目的。由于储层非均质性很强，注入的酸液将主要进入高渗透层或污染较小的层段，而低渗透层或污染较大的层段改造力度较小或未被改造，尤其是注水开发后期的油气井，注水采油使各层渗透性进一步增大，使得均匀布酸非常困难，即使储层相对均质，由于污染程度的差异同样可能造成酸液难以合理放置。

碳酸盐岩储层酸改造过程具有很多特殊性，在基质酸化、酸压施工过程中，由于酸与储层岩石的非均匀反应，在井筒壁面或裂缝壁面产生大量酸蚀蚓孔，酸蚀蚓孔的形成使该区域的注入能力进一步增加，即使较为均质的储层，在形成酸蚀蚓孔后也会造成渗透率差异进一步加大，使得碳酸盐岩储层转向相比于砂岩储层来说更为困难，难以达到纵向均匀改造的目的。

图1.1碳酸盐岩储层酸化改造过程

图1.2碳酸盐岩储层酸压改造过程

因此，为突破常规酸化作业方式对碳酸盐巨厚储层改造时难以取得理想效果的技术难题，必须开展纵向转向分流改造技术与配套工艺、作业体系的研究。

2 转向酸化压裂技术原理

对于非均质储层来说，常规的转向酸液体系通常优先穿透储层的某些大孔道或高渗部分，即从储层的大孔道或高渗部分发生指进，酸液很难作用于储层的低渗透部分，而低渗透储层正是需要改造的部分。普通盐酸酸化碳酸盐岩地层时，在基岩中由酸溶蚀形成一些主要通道，酸液就会沿着这些通道流动，而不能对其它的岩层进行酸化处理。这时，如果向普通酸中添加转向剂，转向剂就会暂时堵住这些通道，改变注酸流动剖面，使酸液进入相对低渗透区域，与未酸化的储层部分反应。即通过对储层的大孔道或高渗透带进行暂堵，迫使酸液转向低渗透带，以达到对储层高渗透带和低渗透带的同时改造，这就是转向酸化技术。

自二十世纪三十年代，国内外开始了转向酸化技术的研究和应用，几十年来，国内外已经研究开发出了封隔器转向酸化技术、暂堵颗粒转向酸化技术、泡沫转向酸化技术、高聚物胶联转向酸化技术等。大多数转向酸化技术都是在特定条件下，利用转向剂对条件的改变而产生的特殊性能，来对储层的高渗透带进行暂堵，迫使酸液转向低渗透带，达到对非均质低渗透储层均匀酸化的目的。

3 机械转向酸化技术

机械转向主要分为封隔器转向和堵球转向。封隔器转向是通过水力或者机械作用，借助机械在酸化过程中将酸化目的层与其它层隔开，从而对目的层进行酸化施工的技术。

20世纪40年代，发明了探测酸液和油层的接触面的技术，可以使同时注入的两种液体的接触面在恒定的高度，因此可以选择性地封隔某一井段，进行酸化。

3.1 封隔器转向

封隔器分隔转向酸化技术通常被认为是最可靠的转向手段，目前技术已经较为成熟，使用较多的有可回收式封隔器、可回收式桥塞以及可多层坐封的膨胀式或跨式封隔器，它允许酸液在某段时间注入有限的处理层段，可以同时对多个层段进行酸化改造。但由于需要多层坐封以及上提管柱等复杂操作非常浪费时间，而且使用成本也很高，加之施工结束后，还须要通过压井以回收封隔器以及桥塞，会对储层造成附加伤害影响酸处理的效果。

对于固井质量差的井，酸可能沿着固井水泥/地层接触面流动，而使封隔器转向失效。此外，对某些特殊结构井，如小井眼井，封隔器转向技术就难以使用。此外，对于高温、高压储层以及某些复杂结构井，存在封隔器坐封困难以及解封困难等问题。由于需要投球打开滑套，所以，封隔器的密封单元不能太多，若水平井段产层过长，由于分隔段数的限制，使得酸液很难在整个产层合理布置，对整个产层实现均匀改造。如果封隔器的每段封隔距离太长同样会影响布酸效果。

1950年，使用膨胀性封隔器作为跨式工具，在不改变完井结构的情况下，可处理封隔器以下、中间和以上三个井段，这使封隔器转向酸化技术进一步发展。1965年发明压裂挡圈及回收的封隔器，使得封隔器转向酸化施工费用降低。

图3.1 封隔器分段酸改造管柱

3.2 堵球转向

早在1956年堵球转向技术就开始运用于流体的分流施工，属于机械转向技术的一种。使用比射孔孔眼稍大的球（孔眼直径1.25倍通常的尺寸范围在5/8-11/4之间），密度范围在0.9-1.4之间，在酸化施工时，套管内封堵射孔眼的小球加入处理液中，并被液体带至射孔孔眼部位，封堵接收液体的孔眼。为了便于堵球顺利通过，要求注入管柱直径至少应是堵球直径的3倍，所以，要求泵注油管的尺寸最少不小于27/8。

堵球是一种主要的机械转向技术。在进行酸化处理时，将堵球加到酸化处理液中，液体将堵球带至需要暂堵的大孔道，进行封堵。然而，这需要有足够排量来维持堵球的封堵，大孔道的形状也会限制封堵有效性。

堵球转向成功的关键是需要足够排量来维持其通过孔眼的压差,使堵球有效座封，所以此方法对泵注排量要求很高，对某些排量受限井该方法使用效果不好或不能使用。除此之外，射孔孔眼形状及光滑程度对坐封效果也有很大影响，同时还必须考虑堵球与携带液的密度匹配关系，目前常用的堵球包括浮球和沉球，对于直井而言，从封堵使用效果上看，浮球比普通沉球效果要好，由于浮球浮力的

作用，它们不会留在井底口袋的静止液体中，而且更有利于座封。而对水平井，应该根据射孔孔眼的方位，选择不同密度的球队不同方位的孔眼进行封堵。在施工过程中，为了克服沉降，推荐连续泵如堵球，对于沉球投球数推荐泵如超过孔眼数200%，对浮球投球数推荐超过50%。携带液的粘度以及射孔孔眼数量同样会影响转向效果，在设计中必须加以考虑。

堵球转向技术具有局限性，仅适用于射孔完井的油气井，堵球转向技术在直井中使用较为广泛，在水平井中酸化井段长，注入排量低，堵球坐封困难，所以使用较少。

图3.2 投球分段酸改造技术

3.3 连续油管转向

连续油管广泛运用于油田的各项作业中，是改善布酸效果的非常有用的工具，可以处理大跨度井。其主要优点在于可以通过拖动连续油管，把酸注入到特定的位置（定点注酸），以达到很好的布酸效果。连续油管在水平井酸化中使用较多，从储层的端部开始拖动连续油管，针对储层伤害程度的差异，通过改变连续油管的拖动速率和停留时间来达到均匀布酸完全解堵的目的。目前，用于酸化的连续油管的管径普遍较小( 31.75~ 73.03mm) ，施工过程中摩阻较大，使施工排量难以