一种多级暂堵深度网络酸压方法与流程

本发明涉及油气井增产改造技术领域，特别涉及一种提高碳酸盐岩油气井产能的多级暂堵深度网络酸压方法，用于老井重复改造和新井增产改造。

背景技术：

压裂酸化是碳酸盐岩油气藏重要的增产技术之一。在多层、厚层或水平井长井段的油气井中，由于各层段渗透率差别较大，常规多油(气)层全井酸化压裂只能对其中的某一薄弱层进行改造，因此需要分层进行改造，以保证改造渗透率低的层段。目前，使用的工艺包括封堵球分层酸压、封隔器酸压、暂时堵塞剂分层酸压等。首先，封堵球分层仅适用于射孔完井；其次，机械封隔设备操作复杂、耐腐蚀要求高、成本高，而暂时堵塞剂分层可克服以上问题。

另外，在保证各层都被改造的同时也要做到高效改造各层。酸压的增产效果与人工裂缝的长度和数量密切相关。由于碳酸盐岩基质渗透力低，因此在酸压过程中应尽可能地利用高密度人工裂缝形成复杂的裂缝网络，从而大幅度减小油气渗流阻力和流向裂缝的渗流距离。为了获得高密度的复杂裂缝，需要使用合适的裂缝缝内化学暂堵剂使压裂液在裂缝内局部架桥，以形成高于裂缝破裂压力的压差值，使压裂液进入高应力区或新裂缝层促使新缝的产生。目前常用的化学转向方法包括：泡沫转向、交联聚合物转向和粘弹性表面活性剂转向。上述化学转向方法均存在一定的局限性：泡沫转向不能用于油层，受温度影响大，在渗透率极高的储层中存在高渗漏现象，泡沫的有效性很小，且需要地面含氮设备；交联聚合物转向技术对地层损害较大，彻底破胶也存在困难；粘弹性表面活性剂转向成本高昂。

技术实现要素：

为了解决现有油气井分层酸化压裂存在的耐腐蚀要求高、机械封隔操作复杂及化学暂堵剂转向受限等问题，本发明提供了一种多级暂堵深度网络酸压方法，包括：使用缝内暂堵材料液在人工裂缝内形成桥堵，迫使人工裂缝形成多条分支裂缝，并使用主体酸刻蚀裂缝；使用缝口暂堵材料液在人工裂缝缝口形成桥堵，迫使裂缝在井壁新的位置起裂，实现层间转向。

所述方法具体包括：

向地层注入前置酸、压裂液和主体酸，形成人工裂缝；

向地层注入缝内暂堵材料液，在人工裂缝内形成桥堵，迫使人工裂缝形成多条分支裂缝；

向地层注入闭合酸和缝口暂堵材料液，在人工裂缝缝口形成桥堵，迫使裂缝在井壁新的层位起裂，实现层间转向。

所述前置酸和闭合酸均由10％～20％浓度的盐酸与缓蚀剂、降阻剂、胶凝剂混合组成。

所述主体酸包括以盐酸为主要成分的胶凝酸、地面交联酸、温控变粘酸、泡沫酸和乳化酸中的一种或几种的组合。

所述压裂液为弱酸条件下交联的超支化压裂液。

所述缝内暂堵材料液由缝内暂堵剂和弱酸混合组成；其中，所述缝内暂堵剂的浓度为3％～15％；所述缝内暂堵剂的性能指标为：粒径为0.125～1mm，耐温范围为120～180℃，完全降解时间为3～5h。

所述缝内暂堵材料液的排量为：

$Q_2=\frac{{10}^{-6}{Q}_1{A}_2}{A_1}$

其中：Q₂－缝内暂堵材料液的排量，m³/min；A₂－施工管柱内径截面积，m²；Q₁－缝内暂堵材料液室内实验注入流量，mL/min；A₁－室内实验管线内径截面积，m²；

所述缝内暂堵剂用量为：

M₁＝Q₂t₁N₁(1+η₁)

其中：M₁－缝内暂堵剂用量，kg；Q₂－缝内暂堵材料液的排量，m³/min；t₁－室内实验注入时间，min；N₁－缝内暂堵剂浓度，g/L；η₁－缝内暂堵剂损耗率，％。

所述缝口暂堵材料液由缝口暂堵剂和弱酸混合组成；其中，所述缝口暂堵剂的浓度为3％～15％；所述缝口暂堵剂的性能指标为：粒径为0.125～3mm，耐温范围为120～180℃，完全降解时间为4～8h。

所述缝口暂堵材料液的排量为：

$Q_4=\frac{{10}^{-6}{Q}_3{A}_2}{A_1}$

其中：Q₄－缝口暂堵材料液的排量，m³/min；A₂－施工管柱内径截面积，m²；Q₃－缝口暂堵材料液室内实验注入流量，mL/min；A₁－室内实验管线内径截面积，m²；

所述缝口暂堵剂用量为：

M₂＝Q₄t₂N₂(1+η₂)

其中：M₂－缝口暂堵剂用量，kg；Q₄－缝口暂堵材料液的排量，m³/min；N₂－缝口暂堵剂浓度，g/L；t₂－室内实验注入时间，min；η₂－缝口暂堵剂损耗率，％。

所述向地层注入缝口暂堵材料液的步骤具体包括：利用低浓度的缝口暂堵材料液在缝口处形成桥堵，包括利用1～3mm的暂堵材料架桥，利用0.125～1mm的暂堵材料降低架桥部位的渗透率，随着桥堵的形成缝内压力升高，裂缝会逐渐张开，宽度变大；提高缝口暂堵剂材料液浓度来完成缝口的封堵，从而获得足够的压力去压开低渗层。

本发明提供的多级暂堵深度网络酸压方法，具有工艺简单、操作方便等优点，能够通过液力自寻与人为调控相结合的原理，使碳酸盐岩中多层、厚层或水平井长井段不同渗透率带形成复杂裂缝网络，增大沟通油气区几率，减小油气渗流阻力，提高单井产量，使碳酸盐岩储层得到高效、经济地开发。本发明提供的多级暂堵深度网络酸压方法，既可用于直井增产改造施工，也可用于水平井、斜井等的增产改造施工。

附图说明

图1是本实施例多级暂堵深度网络酸压方法的直井压裂管柱结构示意图；

图2是本实施例多级暂堵深度网络酸压方法的人工缝网示意图；

图3是本实施例多级暂堵深度网络酸压方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。

参见图3，本发明实施例提供的多级暂堵深度网络酸压方法，包括如下步骤：

步骤S1：根据储层特征属性，设定前置酸的用量和排量，并向地层注入前置酸，以用于提高储层吸液能力。

储层特征属性主要包括储层厚度和孔渗特征等。根据储层厚度和孔渗特征等来设定前置酸的用量和排量。注入前置酸的目的是疏通近井地带储层，解除污染促进地层吸液，相当于一次简单的基质酸化，故按常规基质酸化解堵半径R＝1.2m，各储层厚度为h_i(i＝1、2、3、4、5)米，储层平均孔隙度为φ_i(i＝1、2、3、4、5)，对应渗透率K₁>K₂>K₃>K₄>K₅，故各储层前置酸用量V_前＝πR²h_iφ_i，其中i＝1、2、3、4、5，各阶段的注酸量按储层渗透率由高到低对应厚度计算注入。根据最小阻力原理，酸液会按渗透率由高到低依次进入各层段。前置酸的排量(即，前置酸输送泵的排量)在施工压力低于地层破裂压力的前提下尽可能的提高排量。前置酸的排量通过定压边界油层稳态流公式反向计算：

$Q_i=\frac{781.92K_i{h}_i(P_f-{\stackrel{\‾}{P}}_r)}{\mathrm{\μ}(\ln \frac{r_e}{r_w}-\frac{1}{2}+S)}$

其中：Q_i－前置酸排量，m³/min；K_i－储层渗透率，mD；h_i－储层有效厚度，m；P_f－各层位最小破裂压力，MPa；－井区平均储层压力，MPa；μ－前置酸粘度，mPa·s；r_e－油气井泄流半径，m；r_w－井眼半径，m；S－表皮系数(与完井方式、井壁污染等有关，由压力恢复曲线解释获得)。

在前置酸的用量和排量确定后，通过前置酸输送泵向地层注入前置酸。前置酸由10％～20％浓度的盐酸与缓蚀剂、降阻剂、胶凝剂混合组成。

步骤S2：向地层注入压裂液，对储层进行憋压，形成人工裂缝。

压裂液的排量根据储层特征属性和邻井生产动态特征结合三维压裂模拟设计系统Meyer来确定。首先计算不同排量下的井口压力，确定井口压力低于井口限压获得排量范围，再利用压裂软件计算不同排量和压裂液用量情况下的半缝长、缝高、上缝高、下缝高、平均缝宽。然后根据井区水层、天然裂缝、断层发育情况来确定是否需要控缝高，并根据控缝高需要的不同来优化压裂液的排量：①若不需要控缝高，则在井口承压范围内尽量提高压裂液的排量；压裂液的排量越大，相同体积压裂液所造缝越长，即得到相同长度缝所需压裂液用量最小；②若井区水体发育或相邻层位隔层较薄，则在确定顶底界限的前提下，模拟不同排量下的裂缝高度延伸情况，确保裂缝不会沟通下部水体或穿层，得到压裂液排量范围。最后进行优选，确定压裂液的排量和用量及其对应的最优半缝长、缝高、上缝高、下缝高、平均缝宽。在具体应用中，压裂施工管柱结构如图1所示；所用压裂液为弱酸条件下交联的超支化压裂液，其在弱酸条件下可保持交联，减少了施工过程中泵注隔离液的需要，节约了成本，简化了施工泵序。

步骤S3：向地层注入主体酸，以用于清除人工裂缝或已沟通天然裂缝内的岩石或污染物，刻蚀裂缝壁面，提高裂缝的稳定性和导流能力。

主体酸的用量利用Meyer软件模拟计算并优化得到。首先以酸液用量和排量为自变量，酸蚀缝长与导流能力为目标函数，通过软件计算不同酸液用量和排量下的酸蚀缝长，从而选取满足现场施工条件下能得到的最优酸蚀缝长和导流能力所对应的酸液用量和排量。在具体应用中，主体酸包括以盐酸为主要成分的胶凝酸、地面交联酸、温控变粘酸、泡沫酸和乳化酸中的一种或几种的组合。

步骤S4：向地层注入缝内暂堵材料液，缝内暂堵剂在人工裂缝内狭窄处形成桥堵，迫使人工裂缝在平面上形成多条分支裂缝。

缝内暂堵材料液的用量和排量是利用人工剖缝岩心通过室内实验模拟不同暂堵剂浓度在不同排量下封堵压力梯度随着注入时间的变化关系来确定，其中：岩心钻取直径为25mm，长度为30～80mm。

实验条件：闭合压力P_闭、实验温度T均为目标区块实际地层参数，裂缝宽度W₁为步骤S2中模拟得到的平均缝宽。通过配制不同浓度的暂堵材料液，将其在不同排量下持续地注入人工剖缝岩心内，测试入口压力梯度、封堵率(表征岩心封堵前后的渗透率变化)随注入时间的变化关系。根据现场所需的封堵压力梯度和封堵率选取对应实验条件下的暂堵材料液浓度N₁(单位为g/L)，合适的注入排量Q₁(单位为mL/min)，注入时间t₁(单位为min)，则根据运动相似准则原理，现场实际施工条件下的缝内暂堵材料液的排量为：

$Q_2=\frac{{10}^{-6}{Q}_1{A}_2}{A_1}---\left(1\right)$

式(1)中：Q₂－缝内暂堵材料液的排量，m³/min；A₂－施工管柱内径截面积，m²；Q₁－缝内暂堵材料液室内实验注入流量，mL/min；A₁－室内实验管线内径截面积，m²。

缝内暂堵剂用量为：

M₁＝Q₂t₁N₁(1+η₁) (2)

式(2)中：M₁－缝内暂堵剂用量，kg；Q₂－缝内暂堵材料液的排量，m³/min；t₁－室内实验注入时间，min；N₁－缝内暂堵剂浓度，g/L；η₁－缝内暂堵剂损耗率，％(缝内暂堵剂由于尺寸较小，在实际地层中会进入其他天然裂缝或井筒滞留造成损耗，一般取70～90％)。

在具体应用中，缝内暂堵材料液输送泵以所得排量向地层注入缝内暂堵材料液，缝内暂堵剂在人工裂缝内狭窄处形成桥堵，迫使人工裂缝在平面上形成多条分支裂缝或激发潜在天然裂缝，如图2所示。缝内暂堵材料液由缝内暂堵剂和弱酸(例如：甲酸等有机酸)混合组成；其中，缝内暂堵剂的浓度为3％～15％；缝内暂堵剂的性能指标为：粒径为0.125～1mm，耐温范围为120～180℃，完全降解时间为3～5h。在具体应用中，可以根据储层条件和实际需要重复实施步骤S2至S4多次，进而形成复杂缝网。

步骤S5：向地层注入闭合酸，进一步刻蚀裂缝壁面，加深壁面非均匀沟槽，稳定裂缝导流能力，提升已有人工裂缝的渗透性。

闭合酸用量需要结合现场地层情况及邻井施工效果来确定，通常闭合酸的用量为主体酸用量的20％～40％左右。闭合酸注入排量在满足注入压力低于裂缝闭合压力的条件下，将排量控制在1.0～3.0m³/min即可。在具体应用中，闭合酸输送泵以1.0～3.0m³/min的排量向地层注入20～150m³的闭合酸。闭合酸由10％～20％浓度的盐酸与缓蚀剂、降阻剂、胶凝剂等混合组成。

步骤S6：向地层注入缝口暂堵材料液，缝口暂堵剂在人工裂缝缝口形成桥堵，在井筒内憋压，提升井底压力，迫使裂缝在井壁新的层位起裂，对物性相对较差层位进行改造。

缝口暂堵材料液在缝口堵的距离越长，所能憋的压力也越大，故施工过程中可采用缝口暂堵剂材料液变浓度注入，具体为：先利用低浓度的缝口暂堵材料液在缝口处形成桥堵，包括利用1～3mm的暂堵材料架桥，利用0.125～1mm的暂堵材料降低架桥部位的渗透率，随着桥堵的形成缝内压力升高，裂缝会逐渐张开，宽度变大；然后提高缝口暂堵剂材料液浓度来完成缝口的封堵，从而获得足够的压力去压开低渗层。缝口暂堵材料液的用量和排量是利用人工剖缝岩心，通过室内实验模拟不同缝口暂堵剂浓度在不同排量下封堵压力梯度随着注入时间的变化关系来确定，其中：岩心钻取直径为25mm，长度为30～80mm。

实验条件：闭合压力P_闭、实验温度T均为目标区块实际地层参数，裂缝宽度W₂为步骤S2中模拟得到的平均缝宽。通过配制不同浓度的缝口暂堵材料液，将其在不同排量下持续地注入人工剖缝岩心内，测试入口压力梯度随注入时间的变化关系。根据现场施工所需的压力梯度选取对应实验条件下的缝口暂堵材料液浓度N₂(单位为g/L)，合适的注入排量Q₃(单位为mL/min)，注入时间t₂(单位为min)，则根据运动相似准则原理，现场实际施工条件下的缝口暂堵材料液的排量为：

$Q_4=\frac{{10}^{-6}{Q}_3{A}_2}{A_1}---\left(3\right)$

式(3)中：Q₄－缝口暂堵材料液的排量，m³/min；A₂－施工管柱内径截面积，m²；Q₃－缝口暂堵材料液室内实验注入流量，mL/min；A₁－室内实验管线内径截面积，m²。

缝口暂堵剂用量为：

M₂＝Q₄t₂N₂(1+η₂) (4)

式(4)中：M₂－缝口暂堵剂用量，kg；Q₄－缝口暂堵材料液的排量，m³/min；N₂－缝口暂堵剂浓度，g/L；t₂－室内实验注入时间，min；η₂－缝口暂堵剂损耗率，％(缝口暂堵剂相比于缝内暂堵剂尺寸大，进入天然裂缝的几率更小故损耗率更小，一般取50～70％)。

在具体应用中，缝口暂堵材料液输送泵以所得排量向地层注入缝口暂堵材料液，缝口暂堵剂在人工裂缝缝口形成桥堵，在井筒内憋压，提升井底压力，迫使裂缝在井壁新的层位起裂。缝口暂堵材料液由缝口暂堵剂和弱酸(例如：甲酸等有机酸)混合组成；其中，缝口暂堵剂的浓度为3％～15％；缝口暂堵剂的性能指标为：粒径为0.125～3mm，耐温范围为120～180℃，完全降解时间为4～8h。在具体应用中，重复实施步骤S1至S5多次，实现对不同储层的酸压施工。

步骤S7：在对所有储层进行酸液注入后，向地层井筒中注入顶替液，将酸液推入地层深部，疏通已有裂缝，停泵反应后放喷求产。

顶替液的用量等于或略小于井筒容积，排量等于注酸排量。在具体应用中，顶替液(由清水和防膨剂混合而成)将酸液推入地层深部，不仅可以疏通已有裂缝，而且还可以避免井筒积酸腐蚀井筒。

本发明实施例的缝内暂堵剂和缝口暂堵剂均可在地层条件下自然完全降解，无需加入任何破胶剂，可确保人工缝网内部的渗透性。根据储层条件和现场需要，施工时可重复上述步骤、多次加入暂堵材料液，形成多次封堵，增大缝内压力获得更多数量的分支裂缝，从而形成高渗透性的人工缝网。

本发明实施例的多级暂堵深度网络酸压方法，通过缝内暂堵材料液在人工裂缝内实现桥堵，提高了缝内净压力，从而迫使人工裂缝在平面上形成多条分支裂缝或沟通天然裂缝，结合主体酸和闭合酸使人工裂缝保持导流能力，重复多次形成裂缝网络，而后通过缝口暂堵材料液在缝口实现封堵，提升井底压力，促使裂缝在新的层位起裂，从而实现不同渗透层的均匀深度改造。

本发明实施例的多级暂堵深度网络酸压方法，具有工艺简单、操作方便等优点，能够通过液力自寻与人为调控相结合的原理，使碳酸盐岩中多层、厚层或水平井长井段不同渗透率带形成复杂裂缝网络，增大沟通油气区几率，减小油气渗流阻力，提高单井产量，使碳酸盐岩储层得到高效、经济地开发。本发明实施例的多级暂堵深度网络酸压方法，既可用于直井增产改造施工，也可用于水平井、斜井等的增产改造施工。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。