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川东北海相碳酸盐岩气藏酸化压裂技术及应用研究

作　者: 张朝举
导　师: 赵金洲
学　校: 西南石油大学
专　业: 油气田开发工程
关键词: 海相碳酸盐岩气藏 硫化氢 控铁控硫 酸基 交联酸 酸压
分类号: TE357.2
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


川东北海相碳酸盐岩气藏所包含的通南巴构造带和达县—宣汉地区两个区块,探明含气面积分别为2919.01km2和1116.089km2,已探明天然气地质储量2510.70×108m3;控制储量1306.34×108m3,预测储量1914.70×108m3,是西南分公司海相碳酸盐岩勘探开发的重要领域,是“川气东送”的主要气源区。根据“川气东送”的建设规划及下游市场的需求,加快其气田的安全高效开发迫在眉睫,据国内外几十年来对海相气藏天然气勘探开发的经验,酸化或压裂酸化是解决海相碳酸盐岩致密气藏勘探开发突破和增产改造不可缺少的技术手段,因此,川东北通南巴地区天然气的大规模勘探开发也离不开储层的酸化压裂改造。但由于川东北地区气藏地质情况复杂、天然裂缝比较发育、高含硫化氢、埋藏深、施工难度大等特点,加之目前在川东北地区进行过的酸化压裂施工还较少,没有太多的酸化压裂经验,因此,研究出适宜的酸化压裂工艺,高效开发该气藏,对增加单井产量、提高气藏采收率具有重要的现实意义。本文在基于国内外文献调研的基础上,针对川东北海相碳酸盐岩气藏的储层地质特征、控铁控硫工艺技术、提高酸化/酸压改造效果的工艺技术研究,主要取得了以下几个方面的研究成果:（1）通过对川东北地区海相碳酸盐岩气藏工程地质资料、录井资料、测井资料、测试资料等的研究分析,对工程地质特征有了较为全面的认识,提出了储层工程地质特征对酸化压裂工艺技术的要求。（2）从化学热力学理论和离子平衡理论出发,对Fe2+,Fe3+在常规条件和含硫化氢条件下的沉积行为进行了系统的分析与对比,提出了一套对含硫气井控硫控铁问题处理的新思路,紧扣含硫储层酸压作业所面临的主要技术问题,针对硫化氢特定的理化性质,论文提出了适应含硫、高含硫气井酸压作业的匹配添加剂一铁离子稳定剂、控硫剂和硫化氢吸收剂,解决了含硫化氢气藏酸化改造中铁沉积问题和硫沉积问题。（3）研制了在酸性条件下能够交联的新型稠化剂和粘度高、耐温性强的交联剂,并对配套的粘土稳定剂、铁离子稳定剂、酸液缓蚀剂、助排剂进行了优选,形成了一套新的酸基压裂液体系配方,并对该体系的流变性、摩阻、携砂、缓蚀、滤失、破胶等技术参数和性能进行了评价;酸液体系具有较好的缓速能、抗温、抗剪切能力,和良好的降滤、降阻能力以及良好的返排性能,对川东北海相气藏具有较好的适应性,具有较好的现场应用前景。（4）考虑酸液沿缝高方向的压降、流体重力、地应力梯度、地应力差等因素对裂缝延伸的综合影响,同时在考虑酸液纵向传质的基础上,推导了三维酸压酸液浓度分布的数值计算模型。（5）通过对酸（压）化工艺技术的调研,结合川东北海相碳酸盐岩储层基本工程地质特征,提出了适用于川东北地区海相碳酸盐岩储层的酸（压）化工艺技术;并根据酸压施工的需要,进行了酸压施工配套工艺技术研究,形成了与酸压改造相配套的井下管柱、井下工具、井口装置、酸压施工管柱、射孔-酸压-测试联作工艺、助排措施、施工设备、施工质量控制等技术,并在现场得到了成功应用。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
1 引言  12-27
  1.1 研究的目的意义  12-13
  1.2 国内外高含H_2S碳酸盐岩储层酸化/酸压改造工艺研究现状  13-24
    1.2.1 控铁技术研究现状  13-14
    1.2.2 酸液体系研究现状  14-16
    1.2.3 酸压模型研究现状  16-18
    1.2.4 酸压工艺技术调研  18-24
  1.3 主要研究内容  24-25
  1.4 主要研究成果  25-26
  1.5 创新性评价  26-27
2 工程地质特征研究  27-45
  2.1 构造及沉积特征  27-31
    2.1.1 构造特征  27-29
    2.1.2 沉积特征  29-31
  2.2 储层岩性特征  31-33
    2.2.1 雷口坡组(T_2l)  31
    2.2.2 嘉陵江组(T_1j)  31-32
    2.2.3 飞仙关组(T_1f)  32
    2.2.4 长兴组(P_2c)  32
    2.2.5 茅口组(P_1m)  32-33
  2.3 储层物性及储集空间特征  33-34
    2.3.1 雷口坡组(T_2l)  33
    2.3.2 嘉陵江组(T_1j)  33
    2.3.3 飞仙关组(T_1f)  33-34
    2.3.4 二叠统长兴组(P_2c)  34
    2.3.5 二叠统茅口组  34
  2.4 储层裂缝发育特征  34-35
  2.5 气藏类型  35-36
    2.5.1 裂缝-孔洞型  35
    2.5.2 裂缝-孔隙型  35-36
    2.5.3 裂缝型  36
  2.6 气藏动态特征  36-38
    2.6.1 地层压力  36-37
    2.6.2 地层温度  37
    2.6.3 流体性质  37-38
  2.7 储层敏感性评价  38-42
    2.7.1 气藏应力敏感特征  38-40
    2.7.2 气藏速敏特征  40-41
    2.7.3 气藏酸敏特征  41-42
    2.7.4 气藏碱敏特征  42
  2.8 储层工程地质特征对酸化压裂工艺技术的要求  42-45
    2.8.1 储层岩性特征对酸化压裂工艺技术的要求  42-43
    2.8.2 储层温度压力特征对酸化压裂工艺技术的要求  43
    2.8.3 储层埋深大,地层压力高对酸化压裂工艺技术的要求  43-44
    2.8.4 储层微裂缝发育对酸化压裂工艺技术的要求  44
    2.8.5 气藏高H2S含量对酸化压裂工艺技术的要求  44-45
3 适应含硫气井改造的酸基胶联压裂液单剂研究  45-88
  3.1 含H_2S气井改造中的控铁控硫机理研究  45-68
    3.1.1 铁的来源及其氧化价态  45-46
    3.1.2 常规条件(不含硫化氢)下Fe_(2+)的沉淀行为  46-47
    3.1.3 常规条件(不含硫化氢)下Fe_(3+)的沉淀行为  47-49
    3.1.4 含硫化氢条件下Fe_(2+)的沉淀行为  49-50
    3.1.5 含硫化氢条件下Fe_(3+)的沉淀行为  50-51
    3.1.6 含硫化氢气井酸化作业中铁离子的来源  51-52
    3.1.7 常规控铁方法及局限性  52-60
    3.1.8 含硫化氢气井酸化作业控制FeS和S沉积的方法研究  60-68
  3.2 常用的酸液稠化剂  68-71
    3.2.1 丙烯酰胺类稠化剂  68-69
    3.2.2 乙烯类聚合物稠化剂  69
    3.2.3 聚丙烯酰胺及其衍生物的交联类型  69-71
  3.3 酸基压裂液体系主剂的研制  71-87
    3.3.1 稠化剂分子合成设计思路  71
    3.3.2 新型酸用稠化剂的合成路线  71-72
    3.3.3 中间体DMAEMA的合成  72-78
    3.3.4 单体DMC的合成  78-81
    3.3.5 三元共聚制备稠化剂BA1-28  81-87
  3.4 小结  87-88
4 适应含硫气井改造的酸基胶联压裂液体系研究  88-129
  4.1 新型稠化剂BA1-28的酸溶性及增粘性能研究  88-90
    4.1.1 试剂与仪器  88
    4.1.2 稠化剂BA1-28的酸溶性  88
    4.1.3 稠化剂BA1-28的增粘性能  88-90
  4.2 配套酸用交联剂的优选  90-94
    4.2.1 醛类交联剂交联优选  91-92
    4.2.2 锆类交联剂交联优选  92-93
    4.2.3 有机锆交联剂ZJL及其交联性能  93-94
  4.3 配套酸用破胶剂的优选  94-95
  4.4 酸基压裂液基础配方研究  95-108
    4.4.1 酸液添加剂的优选与性能指标  95-104
    4.4.2 主剂与优选单剂的配伍性  104-105
    4.4.3 酸液体系配方设计  105-108
  4.5 酸基压裂液配方适应性评价  108-109
    4.5.1 稳定性、铁离子稳定性能及表面张力测试  108
    4.5.2 缓速性能评价  108-109
    4.5.3 配伍性评价  109
  4.6 酸基压裂液整体性能评价  109-128
    4.6.1 酸基压裂液的流变性能测试  110-114
    4.6.2 酸基压裂液摩阻测试  114-119
    4.6.3 酸基压裂液携砂能力评价  119-123
    4.6.4 高温高压动态缓蚀性能评价  123-124
    4.6.5 酸基压裂液对岩心的动态溶蚀能力  124-125
    4.6.6 酸基压裂液的滤失性能测试  125-126
    4.6.7 酸基压裂液的破胶性能及对储层的伤害评价  126-128
  4.7 小结  128-129
5 三维酸压数学模型研究  129-154
  5.1 裂缝三维延伸数学模型  129-135
    5.1.1 模型假设条件  129
    5.1.2 压降方程  129-130
    5.1.3 裂缝宽度方程  130-132
    5.1.4 应力强度因子计算  132-133
    5.1.5 裂缝高度方程  133-134
    5.1.6 连续性方程  134
    5.1.7 模型的求解方法  134-135
  5.2 酸液在缝中流速场模拟  135-138
    5.2.1 酸液流动数学模型  135-137
    5.2.2 流速场的数值求解  137-138
  5.3 三维酸液流动反应模拟  138-141
    5.3.1 三维酸液流动反应数学模型  138-139
    5.3.2 三维酸液流速场  139-140
    5.3.3 酸岩反应差分方程及求解  140-141
  5.4 酸压增产效果计算  141-146
    5.4.1 理想酸蚀裂缝宽度  141-143
    5.4.2 酸蚀裂缝导流能力  143-144
    5.4.3 考虑酸蚀蚓孔的酸压储层综合渗透率  144-146
  5.5 计算结果  146-154
    5.5.1 蚓孔滤失对酸压措施的影响  146-148
    5.5.2 考虑酸蚀蚓孔滤失时各施工参数对酸压的影响  148-152
    5.5.3 结果分析  152-154
6 酸压工艺技术研究  154-185
  6.1 川东北地区基质酸化适应性分析  154-155
  6.2 川东北地区压裂酸化适应性分析  155-156
  6.3 推荐的改造工艺技术  156-160
    6.3.1 单一的基质酸化技术  157-158
    6.3.2 前置酸+主体酸+闭合酸技术  158-159
    6.3.3 多级交替注入+闭合酸化组合工艺技术  159-160
  6.4 酸化压裂配套工艺技术  160-167
    6.4.1 完井酸化管柱  160
    6.4.2 射孔+酸压+测试联作工艺  160-161
    6.4.3 液氮拌注助排工艺  161
    6.4.4 设备配套技术  161-162
    6.4.5 酸压施工质量控制  162-167
  6.5 实例分析  167-185
    6.5.1 双庙1井  167-168
    6.5.2 金鸡1井栖霞组  168-174
    6.5.3 大湾1井长兴组、飞仙关组  174-180
    6.5.4 元坝1-侧1井长兴组  180-185
7 结论及建议  185-187
  7.1 结论  185-186
  7.2 建议  186-187
致谢  187-188
参考文献  188-193

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 油气田开发与开采 > 采油工程 > 提高采收率与维持油层压力（二次、三次采油） > 油层酸化压裂
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