碳酸盐岩酸蚀裂缝导流能力试验研究

段明峰

(中国石油集团川庆钻探工程有限公司井下作业公司)

0 引言

酸压是改造碳酸盐岩储层的重要手段。由于碳酸盐岩储层在酸压改造过程中，既会发生酸-岩反应，又会形成一定规模的人工裂缝，这比常规的酸化解堵或单纯的加砂压裂要复杂得多。酸压施工设计受许多因素的影响和控制，如储层特征、酸液种类、浓度及添加剂的使用等，但是最主要的两个因素是酸蚀裂缝长度和酸蚀导流能力[1-3]。裂缝的酸蚀导流能力是很难预测的，导流能力的大小取决于一个随机的过程[4]。它不仅与岩石本身的酸岩溶蚀率有关，而且受岩石表面酸溶性矿物的随机分布控制[5]。为了深入认识裂缝中的酸液流动特性，实验考察了岩石类型、裂缝宽度、驱替排量、实验温度、闭合压力及测试流量等多种因素对酸蚀导流能力的影响，获得了规律性认识，可作为酸压施工设计的重要参考。

1 实验仪器、材料及方案

1.1 实验仪器与材料

实验仪器：酸蚀裂缝导流仪(海安石油科研仪器有限公司产品)

酸液体系：20%HCl+1.5%SD1-3(缓蚀剂)+1.0%SD1-32(转相剂)+2.5%SD1-15(酸液稠化剂)+1%SD1-11(铁离子稳定剂)+1.0%SD2-14(缓速增效剂)+1.0%SD2-9(助排剂)

测试介质：蒸馏水

岩石材料：天然大理石、人造大理石、灰岩露头(大理石由市场上购得，灰岩露头为飞仙关组飞四段岩石露头)

样品规格：长×宽×高=17.8×3.8×2.5(cm3)

1.2 实验方法及参数的确定

实验以平行岩板设定一定的缝宽来模拟储层裂缝进行酸液流动实验，然后进行导流能力的测定，分析酸液流动对裂缝导流能力的改善效果，以及各种因素对酸蚀裂缝导流能力的影响。实验参照常用的酸化施工设计中的模拟参数，设计裂缝缝宽1.0～3.0mm、注酸排量60ml/min～160ml/min来进行酸液流动实验，模拟人工裂缝中0.01m/s～0.1m/s流速下的酸液流动过程；裂缝导流能力的测定采用10ml/min的测试流量，闭合压力范围为10 MPa ～90MPa。

2 实验结果与讨论

2.1 裂缝缝宽对导流能力的影响

分别对多个裂缝缝宽(1.0～3.0mm)下的人造大理石和灰岩露头岩板进行酸蚀裂缝导流能力实验，一套岩板只进行一个缝宽下的实验。实验条件：温度60℃，用酸量2000ml，注酸排量100ml/min，测试流量10ml/min，闭合压力10 MPa ～50MPa。实验结果见图1、图2。

图1 人造大理石在不同裂缝缝宽下的酸蚀裂缝导流能力

图2 灰岩露头在不同裂缝缝宽下的酸蚀裂缝导流能力

从实验结果可以看出，人造大理石和灰岩露头岩板，在相同测试闭合压力下，导流能力均随实验设置缝宽的增加而降低；而随着测试闭合压力的增加，导流能力则快速下降。在30MPa的闭合压力下测试，灰岩露头1.5mm缝宽下的酸蚀裂缝导流能力为11.4μm2·cm，而其在1.0mm缝宽下的酸蚀裂缝导流能力为89.1μm2·cm，远高于其1.5mm缝宽下的实验结果。因此，若能适当控制酸压过程中的缝宽，将有利于提高施工效果。

在用酸总量及注酸排量相同的条件下，岩板裂缝宽度的增加使酸液在裂缝中流过的速率降低，同时也降低了鲜酸与岩石壁面的有效接触。酸液流速低不利于形成冲蚀沟槽，而接触不够也降低了酸液的有效利用。从而导致了相同实验条件下，缝宽小的岩板要强于缝宽大的岩板的酸蚀裂缝导流能力。

2.2 注酸排量对导流能力的影响

分别以60ml/min～160ml/min范围内的多种注酸排量进行酸蚀裂缝导流能力实验，一套岩板只进行一种注酸排量下的实验。实验条件：温度60℃，用酸量2000ml，裂缝缝宽1mm，测试流量10ml/min，闭合压力10～50MPa。实验结果见图3、图4。

由图3、图4，随着注酸排量的增加，大理石和灰岩露头岩板的酸蚀裂缝导流能力均增大。其中，灰岩露头岩板经过60ml/min、100ml/min、120ml/min、160ml/min四种流速下的酸液流动后，在30MPa闭合压力的测试条件下，其裂缝导流能力依次为2.4μm2·cm、8.0μm2·cm、16.4μm2·cm、27.6μm2·cm、62.3μm2·cm，低酸液流速下的裂缝导流能力已经极低，而160ml/min流速下的酸蚀裂缝则保持较高的导流能力值。酸液流速增加对形成冲蚀沟槽极为有利，但同时也会降低酸液与岩石的有效接触时间。从实验结果看，显然冲蚀沟槽对酸蚀裂缝导流能力的影响更大。

图3 人造大理石在不同注酸排量下的酸蚀裂缝导流能力

图4 灰岩露头在不同注酸排量下的酸蚀裂缝导流能力

2.3 实验温度对导流能力的影响

分别对人造大理石和灰岩露头进行20℃、40℃、60℃、80℃、90℃下的酸蚀裂缝导流能力实验，一套岩板只进行一个温度条件的实验。其它实验条件：用酸量2000ml，注酸排量100ml/min，裂缝缝宽1mm，测试流量10ml/min，闭合压力10MPa。实验结果见图5。

明代新昌地图右上方的“水自金庭来”，既说明古金庭位于新昌境内的东北角，又说明古金庭是一河流的发源地，从图中河流看，为古剡黄泽江上游的一个源头。这刚好与王罕岭位置合。

图5 温度对酸蚀裂缝导流能力的影响

从图5可以看出，人造大理石岩板的酸蚀裂缝导流能力随温度的升高而增大。温度的升高大大增加了酸岩反应速率，提高了对大理石壁面的非均匀刻蚀，从而提高了裂缝导流能力。至于灰岩露头岩板的酸蚀裂缝导流能力受温度的影响，从实验结果来看，其测得值较为凌乱，变化规律不明显。

2.4 测试闭合压力对导流能力的影响

闭合压力对酸蚀裂缝导流能力的影响非常大。从图1～图4均可以看出，随着闭合压力的增加，测试导流能力快速下降，在30MPa附近下降幅度趋于平缓，且相同实验条件下灰岩露头的导流能力要远低于人造大理石。通过观察实验岩板，发现实验后的人造大理石壁面比较干净，而反应后灰岩露头表面则留有大量不溶于盐酸的膏状物，且壁面较软。反应后变软的裂缝壁面会使裂缝支撑点的支持效果大大降低，同时留下的膏状物则会堵塞通道，使导流能力下降。这表明，储层闭合压力是酸压施工后影响油气产量的最重要因素之一。

2.5 测试流量对导流能力的影响

分别以2.5ml/min、5.0ml/min、10ml/min的测试流量对灰岩露头酸蚀裂缝进行导流能力测试实验，闭合压力10 MPa ～50MPa。实验结果见图6。

图6 测试流量对导流能力的影响

由图6实验结果，随着测试流量的增加，导流能力值呈下降趋势。在测试过程中，介质流速越大，其流动阻力越大，也越容易携带反应残留物和压碎的小颗粒物堵塞通道，导致导流能力降低。根据实验结果，施工完成后放喷排液阶段，在裂缝闭合后应适当降低排液速度，以降低排液过程对储层导流能力的损害。

2.6 不同岩板的酸蚀裂缝导流能力差异性分析

从上述实验结果可以看出，裂缝宽度、注酸排量、闭合压力等因素对人造大理石和灰岩露头岩板的酸蚀裂缝导流能力的影响规律存在着一致性。但在相同实验条件下的导流能力测试值，则存在较大差异，尤其在高闭合压力下，露头岩板的裂缝导流能力明显低于大理石岩板。

图7天然大理石图8人造大理石图9灰岩露头

3 结论及建议

利用酸蚀裂缝导流仪，对大理石岩板及灰岩露头进行了酸蚀裂缝导流能力实验分析。实验结果表明，增加酸液在裂缝中的流速，有利于形成高导流能力通道；温度的升高提高了大理石裂缝导流能力，而灰岩露头由于其非均质性及反应产生的不溶物不利于裂缝导流能力的提高；闭合压力的增加使得裂缝闭合及裂缝表面相互咬合嵌入，导流能力快速下降，其中灰岩露头在闭合压力高于30MPa后有效导流能力下降至极低；测试流量的增加也会使裂缝导流能力测试值下降。

由此可见，通过工艺适当控制酸压过程中的裂缝宽度或提高泵注排量，将有利于提高闭合后的裂缝导流能力；在施工放喷排液阶段及油气生产过程中，可适当控制气液流速，以降低对储层导流能力的二次损害。至于闭合压力对裂缝导流能力的影响，可在施工工艺上进行优化和创新(比如酸液携砂)，以克服类似问题。

1 郭静，李力，彭辉.川东石炭系影响白云岩酸蚀裂缝导流能力因素的试验研究[J].钻采工艺，2003，26(3)：39-41.

2 李年银，赵立强，张倩，等.酸压过程中酸蚀裂缝导流能力研究[J].钻采工艺，2008，31(6)：59-62.

3 蒋卫东，汪绪刚，蒋建方，等.酸蚀裂缝导流能力模拟实验研究[J].钻采工艺，1998，21(6)：33-36.

4 王兴宏，操红梅，谢政，等译.酸化压裂导流能力的系统实验研究[J].国外油田工程，2001，17(2)：6-9.

5 付永强，郭建春，赵金洲，等.复杂岩性储层导流能力的实验研究-酸蚀导流能力[J].钻采工艺，2003，26(3)：22-25.