王 达 冯浦涌 周福建 崔 波 董建安 王寿鑫

（1.中海油田服务股份有限公司中东公司伊拉克分公司，伊拉克 米桑省 61001；2.中国石油大学（北京）非常规油气科学技术研究院，北京 102249；3.中海油伊拉克有限公司伊拉克 米桑省 61001）

0 引 言

中东地区储层主要为海相沉积碳酸盐岩［1］，钻完井时工作液漏失尤其是钻井液滤饼对储层渗透率的降低作用是导致此类储层污染的主要因素，绝大部分油井完井后需要进行酸化作业才能投产。碳酸盐岩储层较砂岩储层非均质性更强，尤其是酸液与储层高渗层位接触反应生成蚓孔后，高渗层位与低渗层位渗透率级差进一步增大，因此酸液转向技术是此类储层基质酸化的关键技术之一［2］。酸液转向技术可分为机械转向技术和化学转向技术2 类。机械转向方式主要包括封隔器转向、堵球转向和连续油管转向3 种。化学转向方式主要包括泡沫转向、固体暂堵剂转向、聚合物转向以及黏弹性表面活性剂转向4 种。各种转向技术均有各自优缺点，且通常将2 种方式相结合酸液转向效果更好［3］。连续油管转向酸化工艺具有费用低、作业风险小以及布酸效果较好的优点，在射孔段较长、射孔段跨度较大的一些直井、定向井和水平井中广泛应用。具体布酸工艺方面，对于水平井根据其污染带特征主要采取圆锥台体布酸方式［4］，对于直井因其污染相对水平井较轻，目前没有专门针对储层特征以及直井污染特征的布酸方式研究，主要采取在射孔段内定点或者匀速往复拖动实现酸液在整个储层的均匀分配，或者仅根据储层含水情况调节拖动速度从而控制油、水层的进酸量［5］。但是，这种均匀布酸工艺并没有考虑各个小层的物性差别，会导致储层酸化后高渗层和低渗层之间的渗透率级差进一步扩大，使得酸化后产油剖面不均。

在伊拉克A 油田直井酸化作业中应用均匀布酸工艺后，测试结果显示采油剖面非常不均，很多薄差层没有贡献产量，单井产能普遍低于采用油管酸化的邻井。针对该问题，基于碳酸盐岩储层非均质性较强的特征以及有别于砂岩储层特殊的蚓孔旁通增产机理，提出了基于碳酸盐岩储层各小层物性差异进行酸蚀蚓孔长度差异化调节的连续油管差异化布酸工艺，并在该油田进行了试验应用。

1 储层特征及完井射孔方式

伊拉克A 油田M 储层属于溶蚀孔隙型灰岩储层，储层中深4 000 m，储层厚度较大，可达80 ～100 m。孔隙度为8%～21%，测井解释渗透率为2.1×10-3～95.7×10-3μm2。该层仅有一套渗流系统，但部分层段溶蚀孔洞、微裂缝发育。该储层为潟湖环境中潮道沉积，粒级上表现为正韵律特征，储层纵向非均质性极强［6］。不同沉积相储层物性差异较大，中高渗储层主要发育于高能沉积环境，中低渗、低渗储层主要发育于低能沉积环境。但储层物性也不完全受沉积相控制［7］，同一沉积相储层物性差异也较大，其物性由上至下逐渐变差，导致在酸化过程中，酸液优先进入上部高渗层位，进一步增加了上部高渗层与下部低渗层渗透率差值，从而导致低渗层位无法得到有效动用。

另外，完井射孔长度以及射孔跨度对均匀布酸效果也有重要影响。随着该油田地层压力系数的不断下降，新钻油井需要打开不同非主力层位以稳定油井产能，所以新钻井的射孔跨度逐渐增大且射孔段厚度逐渐加大，导致储层均匀改造难度进一步增大。

2 传统连续油管均匀酸化工艺在A油田应用中存在的问题

伊拉克A 油田在对M 储层进行连续油管酸化施工时首先采用了传统连续油管均匀酸化工艺，首先将连续油管下到储层的顶部，然后在整个射孔段内以5 ～10 m/min 的低速往复拖动以实现均匀布酸。但是，由于该油田M 储层非均质性较强，在采取匀速拖动连续油管的布酸方式施工后，高渗透性储层和低渗透性储层设计的酸化强度相同，导致高渗层段酸化后与低渗储层的渗透率级差进一步扩大，酸化后产液剖面测井结果显示产液剖面非常不均，底部低渗层无法得到有效改造。经统计测试目标井储层有效动用程度平均值为58.3%（表1）。

表1 传统连续油管均匀酸化工艺布酸效果Table 1 Acidized results by conventional coiled tubing for even acidizing technique

3 连续油管差异化酸化工艺

碳酸盐岩储层连续油管差异化酸化工艺是一个系统的连续油管酸化技术，包括基于碳酸盐岩储层各小层物性差异及其特殊的蚓孔旁通增产机理的连续油管差异化布酸模式、基于Mapdir 理念的连续油管差异化酸化辅助工艺（连续油管选型、酸液体系优选和喷嘴选型）。

3.1 基于碳酸盐岩储层物性特征的连续油管差异化布酸模式

连续油管酸化是常用转向酸化方法中的一种，通过在目标层段拖动连续油管对储层进行选择性布酸。目前水平井连续油管酸化施工一般根据水平井的污染特征采取圆锥台体布酸方式［4］。而直井污染情况和水平井污染情况不同，直井射孔段相对水平井较短、钻井液浸泡时间短且射孔段之间钻井液压差较小，因此倒圆锥台体布酸方式对直井并不适用。目前尚无针对直井的连续油管布酸方式研究，仅根据储层含水情况调节连续油管拖动速度来调节各小层布酸量。

但由于碳酸盐岩储层非均质性普遍较强，酸液易进入高渗层段，导致高渗、低渗储层间渗透率级差进一步扩大，高渗层过早见水以至低渗段储层得不到有效动用。因此本文针对碳酸盐岩储层有别于砂岩储层的特殊的蚓孔旁通增产机理，以及碳酸盐岩储层非均质性强的岩性特征，提出了碳酸盐岩储层连续油管差异化布酸模式。

3.1.1 碳酸盐岩储层有别于砂岩储层的特殊增产机理

碳酸盐岩储层与砂岩储层酸化机理不同之处在于，相对于砂岩储层酸化仅能解除污染并恢复储层渗透率，碳酸盐岩储层酸化可在井筒周围形成酸蚀蚓孔穿透区。在该穿透区内因为酸蚀蚓孔渗透率远大于基质渗透率，使得该区域地层流体主要通过酸蚀蚓孔进行渗流，且渗流压差几乎为零［8-9］。所以，与砂岩储层相比，碳酸盐岩储层基质酸化不仅能恢复地层渗透率，还可以在一定幅度上提高目标层的产能，如图1二区模型所示［10］。某些碳酸盐岩储层油、水井酸化作业后表皮系数甚至可达-2～-4［11］。

图1 酸化后近井地带示意（二区模型）Fig.1 Sketch of near wellbore area after acidized(Two-region model)

3.1.2 碳酸盐岩储层连续油管差异化布酸计算方法

基于上述碳酸盐岩储层酸化增产机理提出了连续油管差异化布酸模式。即利用连续油管拖动布酸特性，根据目标各小层间渗透率的不同进行差异化布酸，从而实现高渗层和低渗层酸化蚓孔长度的差异化，改变各小层近井地带原始渗透率比值，增加相对低渗储层渗流能力，从而达到调节酸后产油剖面和提高酸化后产能的目的。根据国内外相关研究成果［10，12］，蚓孔的穿深与酸液用量呈正相关。Gdanski 径向流蚓孔穿深计算公式［12］为

式中：xtip——蚓孔穿深，cm；V——用酸强度，m3/m3；ϕ——孔隙度，%。

因此，利用连续油管的可拖动性，根据碳酸盐岩储层的渗透率高低“差异化”调节布酸量，即可实现不同小层酸蚀蚓孔长度调节：对低渗层位加大用酸强度，增加蚓孔穿深进而获得更低表皮系数；而对高渗层位则降低用酸量，减小蚓孔穿深，从而可在一定程度上调节高、低渗层位的表皮系数差值，达到调节、改善酸化后产液剖面的目的。在进行依据储层物性差异化布酸酸化设计时，首先按照目标井各小层渗透率高低分别为各小层设定酸后预期表皮系数S，取值在-1～-4，储层渗透率越低的层表皮系数设定值越小。著名的二区模型Hawkins 公式［13］，即

式中：S——表皮系数；K——储层原始渗透率，10-3μm2；Ks——改变后（污染或增产后）的储层渗透率，10-3μm2。

公式（2）中K/Ks为地层渗透率与不同表皮系数下酸化后近井地带渗透率的比值，可以参考目标区块以往的压力恢复测试资料获得。以伊拉克A油田M 储层为例，其压力恢复测试渗透率以及表皮系数统计见表2。

从表2可以看出，当酸化解除污染后压恢测试表皮系数接近于0 时，电测渗透率K与压恢渗透率Ks接近，说明研究区块基质孔隙型碳酸盐岩储层的电测渗透率能够很好地反映储层的原始渗透率。而当充分酸化后表皮系数为-2 或-3 时，储层近井地带接近超完善状态，K/Ks值很小。

表2 储层渗透率以及表皮系数统计Table 2 Statistics of reservoir permeability and skin factors

这与碳酸盐岩储层有别于砂岩储层的特殊酸化解堵机理相符：由于蚓孔渗透率与基质孔隙渗透率存在数量级差别，蚓孔会对地层流体形成旁通作用，使得地层流体会优先流入蚓孔再流入井筒，渗流压差几乎为零，从而大幅提高了近井地带渗透率Ks，使得K/Ks值很小。

将各小层表皮系数的设定值S和井径rw代入公式（2），即可求出各小层不同表皮系数情况下的近井地带渗透率变化带的半径rs。

对于基质孔隙型碳酸盐岩储层，因酸蚀蚓孔渗透率远大于其基质渗透率，近井地带渗透率变化带的半径（酸化增产半径）rs就等于蚓孔穿深xtip。利用式（1）即可求出各小层的用酸强度V。

3.2 基于Mapdir 理念的连续油管差异化布酸辅助工艺

Mapdir 施工理念由G.Paccaloni 提出［14］。该理念通过采用最大排量施工，超过高渗透层吸液能力，从而将一部分酸液转向其他渗透率较低的层位，提高酸液转向效果。但是，该理念对施工排量要求较高，通常应用于施工排量较大的油管酸化施工，而连续油管酸化施工的一个重要局限就是其施工排量较低［15］，很难达到高渗层的吸液能力极限，形成Mapdir 转向并影响蚓孔在储层穿深。

通过连续油管选型、酸液体系改进和喷嘴选型，大幅提高酸液排量，实现连续油管机械拖动转向、Mapdir 转向以及自转向酸的层内转向有机结合，进一步改善酸化后产油剖面，也可大幅增加酸液在储层内的穿透深度，从而提高酸化效果。

3.2.1 连续油管选型

碳酸盐岩储层与砂岩储层酸化机理不同之处在于，碳酸盐岩储层酸化时形成的蚓孔可以旁通伤害带，从而解除近井地带污染并在一定幅度上提高油气井产量，蚓孔的长度直接影响酸化解堵效果。A 油田原来采用直径38.1 mm 连续油管进行施工，排量仅0.2～0.3 m3/min。

通过西南石油大学碳酸盐岩储层酸化数模软件［16］模拟表明该排量范围下的蚓孔穿深较短，解堵效果较差（图2（a））。而将排量提高到0.5 m3/min 以及1 m3/min，则蚓孔长度大幅增加（图2（b）、（c））。另外，根据Mapdir 机理，通过将酸液排量大幅提高也会增加酸液在各小层之间的转向效果。

图2 不同排量下的蚓孔穿深数值模拟结果Fig.2 Numerical simulation of wormhole penetration depths with different pumping rates

针对A 油田常用的连续油管管径小、摩阻大导致施工排量小的问题，采用长度为5 000 m，直径分别为38.1、44.5 以及50.8 mm 的3 种常用尺寸连续油管泵注盐酸体系，其摩阻压力损失的计算公式［17］为：

式中：Δp——流体摩阻压力损失，MPa；f——摩擦系数；ρ——酸液密度，kg/m3；v——酸液平均流速，m/s；L——连续油管长度，m；d——连续油管内径，m；f1——牛顿流体在直管段的摩擦系数（紊流）；f2——牛顿流体通过螺旋管段的摩擦系数（紊流）；a、b——常数（对于层流：a=16，b=1.0；对于紊流：a=0.079，b=0.25）；Re——雷诺数；D——滚筒心轴直径，m。

计算结果见图3。从图3中可以看出，虽然各种连续油管管径差别较小，但在相同酸液排量下不同管径连续油管的摩阻压降却相差很大。A 油田之前使用的直径38.1 mm 连续油管在各排量下的平均摩阻压降约为直径44.5 mm 连续油管的2 倍，为直径50.8 mm 连续油管的4 倍。但因该油田常用生产管柱坐落接头缩颈处的内径仅为53.4 mm，直径50.8 mm 连续油管难以下入，因此，采取既能满足该油田生产管柱下入要求，又可以大幅提高施工排量的直径44.5 mm 连续油管进行酸化施工。

图3 3种不同尺寸连续油管施工摩阻压降与排量的关系Fig.3 Relationship between friction pressure drop and pumping rate for 3 different sizes of coiled tubing

3.2.2酸液体系选择

连续油管属于机械酸液转向方式，但只能在层外起到转向作用，所以为了增加选择性布酸效果，选择清洁自转向酸作为层内化学转向措施。为解决常规自转向酸体系摩阻压降较高导致连续油管酸化施工排量较小的问题，在该油田首次尝试筛选应用了降阻自转向酸体系。该体系的配方为：15%～20%盐酸+0.1%降阻剂+6%VES 黏弹性表面活性剂+1%铁稳剂+1%抗酸渣剂。使用测试设备管径10 mm，管长为4 m 的管路摩阻测试仪对酸液降阻率进行测试，结果表明降阻自转向酸体系摩阻仅相当于清水摩阻的48%，相当于常规自转向酸的71%（图4）。

图4 不同清洁自转向酸体系摩阻压降与时间关系Fig.4 Relationship between friction pressure drop and time for different kinds of cleaning and self-diverting acidizing system

采用该油田孔渗基本一致的典型海相沉积基质孔隙型标准岩心，直径为2.5 cm，长为5 cm，注入盐酸质量分数为15%的酸液，在不同注酸速度下的岩心流动实验结果呈现出与数模结果相似的蚓孔发育特征：随着注酸速度从0.25 mL/min 逐渐增加到1.00 mL/min，蚓孔直径逐渐增大，并且突破岩心所消耗的酸液量从5.40 倍孔隙体积逐渐降低到2.68 倍孔隙体积，表明单位体积酸液量情况下蚓孔穿透深度逐渐加大。但是，如果排量进一步增大到2.00 mL/min，则突破岩心消耗量升高到8.28 倍孔隙体积且会出现多分支蚓孔，见图5。

图5 岩心流动实验后的CT扫描照片Fig.5 CT scans after core flow experiments

3.2.3 连续油管喷射工具及喷嘴数量优选

采用连续油管酸化作业的优势之一就是可以通过喷射工具产生高压射流将酸液喷射至射孔眼深部，对射孔眼产生冲击波扰动［18］和深部解堵，并且能在射孔眼内产生增压作用，从而提高酸化效果。常用连续油管喷嘴分为轴向喷嘴、水平喷嘴、斜向45°喷嘴和旋转喷嘴4 种。该油田之前采用垂直向下的喷嘴，酸液无法直接喷射到射孔眼内部，因此对射孔眼水力冲击扰动和深部解堵作用较弱。而随后采用的旋转喷嘴虽然可以通过旋转喷射对所有射孔眼进行高压射流，但是数次出现因销钉断裂导致旋转喷头落井问题。因此，采用水平方向喷射的固定喷嘴，并对喷嘴的数量进行优化，公式［18］为

式中：Δpz——喷嘴压降，MPa；Q——喷射排量，L/s；S——喷嘴总面积，mm2；n——喷嘴个数；dn——喷嘴直径，mm。

统计不同喷嘴数目在不同排量下的喷嘴压降（表3）可以看出，随着喷嘴数量的增加喷嘴压降逐渐降低，但连续油管酸化与连续油管水力喷射酸压不同，不需要过高压降以进行水力射孔，而是在维持一定压降前提下，确保施工排量以将酸液泵入储层深部，所以选择4 个喷嘴为宜。

表3 不同喷嘴数目在不同排量下的压降（喷嘴直径5 mm）Table 3 Pressure drops with different pumping rates and different meshes of nozzles(Nozzle diameter:5 mm)

4 酸化效果评估

对采用新型连续油管酸化工艺的油井进行了产液剖面测试，结果表明采用原连续油管酸化工艺普遍不产液的M 层下部低渗层小层也有较好产出。储层射孔段跨度和储层有效动用程度统计结果见表4。

表4 差异化连续油管酸化工艺布酸效果Table 4 Acidized results by differential coiled tubing for even acidizing technique

从统计结果可以看出：虽然新井射孔段跨度大幅提高且射孔段长度变长，但酸化后产油剖面比原工艺酸化后采油剖面有明显改善，储层有效动用程度平均值达到了85.1%，高于采用传统工艺时的58.3%。对典型井酸化后表皮系数及采油指数进行了分析，见表5。

表5 典型井酸化后压力恢复测试结果Table 5 Pressure build-up tested results for typical wells

新型连续油管酸化工艺与传统均匀酸化工艺相比酸化后储层有效动用厚度大幅增加，且该油田M 层难动用的几个薄差层从测试结果看基本都得到了动用，但是，这些薄差层的单位厚度产液量仍明显低于其他高渗小层，这也是目前各种转向工艺普遍面临的问题。后续应在连续油管转向、Mapdir 转向以及清洁自转向酸VES 液体联合转向的基础上，进一步考虑结合其他转向技术及井下监测技术，如连续油管与可降解纤维、颗粒联合转向［19］，以及将连续油管光纤监测技术［20］应用于贼层识别和实时调节泵注程序，进一步提高薄差层动用程度。

5 结 论

（1）根据碳酸盐岩油藏非均质性较强的储层特征以及蚓孔旁污染带通增产特殊机理，提出了连续油管差异化酸化工艺，包括差异化布酸工艺及其辅助工艺。采用该工艺酸化的采油井与原工艺相比，采油剖面明显改善，一些之前不能投产的差薄层也有产量贡献，储层有效动用程度的平均值从58.3%提高到85.1%。

（2）典型井分别采用2 种连续油管酸化工艺对比施工结果表明，连续油管差异化酸化工艺酸化后增产效果优于原均匀布酸工艺。

（3）尽管与传统连续油管均匀酸化工艺相比，差异化酸化工艺可以明显提高酸化后产量以及储层动用程度，但是应进一步考虑结合可降解纤维、颗粒联合转向技术以及连续油管光纤监测技术，从而进一步提高难动用薄差层的采油指数，改善酸化后产油剖面。