摘要：白云岩储集层酸压改造中的酸液滤失是影响施5-效果的关键，常规室内测试结果不能反映入地酸液流体的真实滤失行为。从酸液滤失模式分析入手，结合酸与白云岩石反应动力学特征，探讨了白云岩储层的点蚀密集型、溶蚀孔洞型、溶蚀穿透型酸液滤失行为，认为储集层天然裂缝、白云岩自身物性特征、H+传质系数和反应速度的影响是主要控制酸液滤失的内在因素，并以此为依据提出了现场酸压控制酸液滤失的对策：对于天然裂缝较发育的白云岩储集层，实际酸液滤失程度不及石灰岩，但总体上建议采用黏滞性前置液诱发裂缝(必要时可考虑追加少量粉陶)，尽可能地采用低H+传质系数和低反应速率的高黏酸液体系，交替注酸和附加前置液段塞也能很好地控制地层中酸液的滤失。
关键词：白云岩；酸化压裂；滤失；控制；裂缝(岩石)；影响；对策
酸化压裂是白云岩储层增产改造的一种有效措施[1～3]，已在现场得到了广泛的应用。然而，实际酸压过程中酸液会发生不同程度的滤失而影响改造效果，因此，正确认识白云岩储层酸压过程中的酸液滤失行为对于指导酸压施工至关重要。
1 酸压改造中酸液滤失模式
传统理论中的酸压滤失处理是以酸液在裂缝壁面形成滤饼时，滤饼区、侵入区和储层流体的压缩性、滤液黏度以及压裂液的造壁性作为控制条件的，其中以Schechter经典模型[4]为代表。然而，这样处理并不能反映酸液真实的滤失情形[5]。从酸压措施实施一开始，酸液便不停地穿过滤饼区，无论何时活性酸进入原生孔隙或者裂缝，都会与岩石直接作用而产生一定数量的蚓孔[6]，导致大量的酸液滤失。
从酸压施工曲线上看，原本施工压力在整个施工期间都应大于或等于破裂压力，而实际上，压力曲线将由于酸蚀蚓孔的出现而产生大幅度降落，出现压力曲线异常段，据此可以分析得到酸液的滤失量和滤失时间。
由于蚓孔地层的滤失，降低了酸液实际有效作用距离，增加的注液量仅对近井带的储层改造，最终导致增产效果不理想。因此，实际酸压过程中酸液的滤失主要包括裂缝壁面向基质的滤失和酸蚀蚓孔滤失两部分[6]，并且细分为4个区域(图1)。其中，酸液滤失主要受到蚓孔区(Ⅱ)内蚓孔扩展速度及侵入区(Ⅲ)内与流动剪切及裂缝温度有关的酸液黏度所控制。另外，地层一旦形成蚓孔，酸液滤失则主要在蚓孔内发生，滤失量由蚓孔扩展体积和酸液向酸蚀蚂孔壁面滤失量共同决定。
2 酸液滤失行为及影响因素
2.1 酸液体系滤失行为
酸压注液过程中，酸液体系的滤失行为以酸-岩反应后在裂缝壁面上形成的溶蚀孔洞形态加以表征，可分为以下3种类型。
2.1.1点蚀密集型
高效酸、乳化酸、泡沫酸等酸液体系滤失形成的溶蚀孔洞通常属于“点蚀密集型”，即酸液的控滤失效果较好，其滤失行为表征为在裂缝壁面上形成较为密集、深度较浅的网状点蚀。
2.1.2溶蚀孔洞型
前置液酸压和稠化酸酸压过程中形成的溶孔属于“溶蚀孔洞型”，即酸液滤失会在裂缝壁面上主要形成具有一定深度的溶蚀孔洞。
研究表明，高黏前置液在裂缝壁面沉积形成的滤饼可以减少酸液的初滤失，继续注酸，前置液形成的滤饼在较短时间内将被酸液穿透，并随之形成溶蚀孔洞，此时几乎所有的滤失将在溶孔内发生。
2.1.3溶蚀穿透型
普通酸、化学缓速酸等属于不能实现滤失控制的液体，一旦酸液在裂缝壁面产生溶蚀孔洞，则会很快穿透整个裂缝壁面，使酸液在孔洞内不再是滤失，而是流过，形成“溶蚀穿透型”孔洞。
2.2 酸液滤失的影响因素分析
目前，关于影响酸液滤失的因素分析大都基于室内实验，采用单因素法分别考察岩心长度、酸浓度、温度、差压和流量等对滤失的影响[7～8]，而没有考虑储层、岩性、工作液反应动力学行为等内在条件。室内结果仅仅是在特定尺寸的岩心及实验条件下对酸液滤失所作出的定量描述，但不能以此判定实际酸压及酸化中会发生蚓孔的大量滤失。
实际上，在高温、深层微裂缝较为发育的白云储层酸压中并不会发生严重的滤失。由于地层高温下超过95℃)，酸-岩反应主要受H+传质速率控制，大多高效酸具有较低的H+传质系数和较高的黏度，即使在地层温度下破胶与岩石发生反应，反应强度也不会太大；同时，高黏混合物(包括酸岩反应生成物)对已形成的溶蚀孔洞有一定封堵作用，阻碍了酸液在溶蚀孔中的滤失指进。经研究，白云岩储层酸液滤失行为主要受到以下3种内在因素控制。
2.2.1储集层天然裂缝的影响
一般情况下，天然溶蚀孔洞及裂缝是白云岩储层油气资源的主要储渗空间，对于天然裂缝较为发育的地层，其天然裂缝缝宽也会影响到酸液的作用效果及滤失。Chengli Dong和D.Zhu等人[9]给出了这一天然缝宽与酸液作用效果的关系：天然缝宽小于2×10-3cm，沿裂缝入口到裂缝出口形成酸蚀蚓孔，3×10-3～8×10-3cm，裂缝将变得比原先更宽一些，且裂缝人口比裂缝尾部宽；大于1×10-3cm，酸在裂缝中的作用将与酸压中酸与裂缝壁面反应相似。
另外，地层裂缝壁面越粗糙，则越容易形成蚓孔；滤失对沿裂缝壁面的刻蚀形态影响不大，但会沿裂缝壁面形成垂直蚓孔。酸压过程中，由于酸蚀压开缝宽的限制，沿裂缝壁面的垂直蚓孔滤失效应并不十分明显，天然裂缝越发育，缝宽越宽，越不容易发生蚓孔滤失。
2.2.2白云岩自身物性特征的影响
从白云岩自身物性来看，据刘再华、W.Dreybrodt等学者口叩的研究表明，以H+作为碳酸盐岩溶解的侵蚀剂，在条件相似的情况下，白云岩的初始溶解速率不仅只有石灰岩的1/3～1/60，而且还呈现出不同的溶解速率控制机理，即受到生成CO2的分压区范围的影响而不同；其次，白云岩溶解主要受到比石灰岩更为复杂的表面反应所控制，而以均匀溶蚀为主。这样，某种程度上说明在相同酸压施工条件下，相同酸液体系对白云岩溶蚀所形成的均匀点蚀孔洞远不及石灰岩被酸液溶蚀后的分支蚓孔所引起的滤失。
2.2.3 H+传质系数和反应速度的影响
针对普通酸、稠化酸、交联酸三种酸液体系分别进行了反应动力学行为测试、酸液滤失性测试及60℃恒温水浴静态酸-岩反应测试，结果表明(见表1及图2、3)：氢离子传质系数越低，反应速率越慢，则酸液控滤失效果越好(滤失量越少)，酸-岩反应后的残酸浓度就越高。文中交联酸酸液体系显示了良好的控滤失性能。
表1 不同酸液体系反应速度常数与扩散系数值对比表
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酸液(20%)
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60℃下反应速度常数(mol/cm3)(1-m)×(cm/s)
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60℃氢离子有效传质系数(cm2/s)
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80℃氢离子有效传质系数(cm2/s)
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普通酸
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8.1937×10-6
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7.9682×10-6
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1.2408×10-5
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稠化酸
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2.0753×10-6
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7.0636×10-6
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1.3720×10-5
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交联酸
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1.3744×10-6
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3.6822×10-6
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7.1096×10-5
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3 储层酸压改造中酸液滤失控制对策
1) 对于天然溶蚀孔洞及微裂缝较为发育的白云岩储层，蚓孔滤失效应虽不明显，但裂缝壁面垂直蚓孔的随机性却容易影响压开缝内的均匀布酸。此时要求酸液流速不能过低，若流速过低，溶蚀形式紧密，近井地带易失去胶结而发生地层岩石的扭曲变形，不利于后续酸液指进。可考虑高黏前置酸液压开地层后，追加少量粉陶，再均匀提高地面酸液泵速。这样，天然较大孔缝得到有效屏障，而加大排量可以限制贴近井筒裂缝地层的孔道大小并在裂缝端部实现比较均匀的酸蚀。
2) 从白云岩物性来看，其在H+侵蚀介质中的溶解率较低，不及石灰岩。当压开裂缝壁面温度小于50℃时，酸岩反应主要受表面反应控制；当壁面温度大于95℃时，主要受传质控制；在这两个温度之间，同时受传质速度和表面反应速度控制。实际酸压中，可考虑先充分降低压开裂缝温度后，再注入活性酸，将酸岩反应控制在表面反应动力学范围，这样白云岩以均匀点状溶蚀为主，不易产生蚓孔滤失。此类工艺包括多级前置液段塞.闭合酸压等措施。
3) 酸压中，由于后续酸液的不断突破和地层条件下液体体系的破胶，很难形成有效滤饼；加上白云岩储层蚓孔滤失效应不明显，酸压中的滤失则多发生在侵入带，且主要受酸液黏度控制。为控制酸液滤失，应当优先选用低H+传质系数和低反应速率的高黏酸液体系，同时整个酸液体系应具有良好的“变黏”、“控温”及“缓速”性能。
4 结论
1) 白云岩储层酸压过程中的酸液滤失模式受到裂缝壁面向基质的滤失及酸蚀蚓孔滤失两方面控制，避免及减少蚓孔发生几率是增强酸液深穿透、提高裂缝导流能力、确保施工效果的关键。
2) 酸液在裂缝壁面产生的溶蚀孔洞形态可表征为“点蚀密集型”、“溶蚀孔洞型”、“溶蚀穿透型”3种类型；其行为主要受到储集层天然裂缝发育程度、白云岩自身物性条件、酸液H+传质系数和反应速度等内在因素控制。
3) 现场酸压施工时可以根据这些控制酸液滤失的内在因素对工作液体系性能和工艺措施加以优化。注酸前使用黏滞性前置液诱发裂缝(必要时可考虑追加少量粉陶)，尽可能地采用低H+传质系数和低反应速率的高黏酸液体系，交替注酸和附加前置液段塞都能很好地控制地层中酸液的滤失。
参考文献
[1] 沈建国，毛素兵.四川压裂酸化技术新发展[J].天然气工业，2001，21(5)：70-73.
[2] 伊向艺，卢渊，宋毅，等.靖边气田白云岩储层交联酸酸压技术实践[J].石油地质与采收率，2008，15(6)：92-94.
[3] 邢德刚，吕明久，姚弈明，等.酸压技术在河南油田白云岩储层的应用[J].精细石油化工进展，2003，4(8)：39-42.
[4] SETTARI A.A new general model of fluid loss in hydraulie fracturing[J].SPE Journal，1985，25(4)：491-501.
[5] 杨旭，潘琼.白云岩储集层酸液滤失机理研究[J].钻采工艺，2000，23(2)：17-20.
[6] 米卡尔J埃克诺米德斯，肯尼斯G诺尔特.油藏增产措施[M].3版.张保平，译.北京：石油工业出版社，2002：636-651.
[7] 韩慧芬.酸液滤失的影响因素分析[J].钻采工艺，2002，25(3)：29-31.
[8] 段国彬.利用酸液动态滤失实验研究确定酸压施工用酸量[J].天然气工业，2000，20(5)：50-52.
[9] DONG C，ZHU D，HILL A D. Modeling of the acidizing process in naturally fractured carbonates [J].SPE Journal，2002，7(12)：400-408.
[1O] 刘再华，DREYBRODT W，李华举.石灰岩和白云岩溶解速率控制机理的比较EJ].地球科学：中国地质大学学报，2006，31(3)：412-415.
(本文作者：王海涛1 李相方1 伊向艺2 卢渊2 1.中国石油大学石油工程教育部重点实验室；2.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室 成都理工大学)
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