TZ气藏产层为新近系的吉迪克组，沉积环境为宽浅盐湖沉积，产层段砂泥岩共划分出4大类12个岩石相。其中粉砂岩相发育，而粉砂岩相又包括灰质粉砂岩相、粉砂岩相、泥质粉砂岩相等，对应的岩石类型有含灰质的粉砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩等，岩石类型相当复杂，主要岩石类型为灰质粉砂岩、泥质粉砂岩。前期借鉴Harry[1]的砂岩酸化酸液体系选择经验，选择了一套酸液体系，但酸化效果不理想。针对TZ气藏这类复杂砂岩储层的酸液体系优选，不能盲目照搬酸化经验，需要开展室内实验研究。本实验利用气藏前期经验选择的酸液体系与现场两类典型的岩石开展酸化物理模拟实验，分析酸化效果，根据酸化效果优选适合TZ气藏复杂砂岩储层特征的酸液体系。
酸液体系的选择需首先分析岩石矿物成分。选取TZ气藏TZ2井区代表井TZ-2井、TZ3井区代表井TZ-3井的岩心，利用X射线衍射分析法确定岩石矿物组成(见表 1)[2]。
TZ-2产层段岩石矿物成分主要为石英和碎屑，碳酸盐矿物质量分数较高(20%~30%)；TZ-3井碳酸盐矿物质量分数较低(小于10%)，黏土含量较高，部分井段达到了30%(w)，但仍以石英和碎屑成分为主。这两口井的岩石类型代表了TZ气藏两类典型的砂岩类型，一类是碳酸盐矿物含量较高的砂岩储层；一类是黏土含量较高的泥质砂岩储层。复杂的砂岩矿物组成特征决定了TZ气藏酸液体系的复杂性，后续实验研究以这两井的岩心为对象。
黏土矿物分析(表 2)表明，储层黏土矿物主要以速敏性矿物伊利石为主，其次为水敏性矿物伊/蒙混层，此外还含有少量酸敏性矿物绿泥石。从黏土矿物分析，伊利石含量高，酸化后容易破碎形成微粒，通过流体运移堵塞孔隙喉道；伊/蒙混层含量高，酸化后易造成矿物膨胀、脱落堵塞孔隙喉道，降低酸化效果[3-4]。因此，TZ气藏酸液体系必须考虑尽量减小酸化后造成的二次伤害。
将选取的TZ-2井、TZ-3井岩心制成标准岩样，采用岩心流动实验模拟酸化效果[5]。主要实验步骤如下：
(1) 气测标准岩心的初始渗透率k1。
(2) 开展钻井液污染实验，测试岩心污染后的渗透率k2。
(3) 采用不同的酸液体系驱替岩心，开展酸化解堵实验，测定解堵后的渗透率k3。
实验条件：驱替压力2 MPa，温度(储层温度)60 ℃。
实验配方：
(1) 复合盐XSQB-tek钻井液。
(2) 经验选择的酸液体系：前置酸(盐酸)配方——12%(w)HCl+2%(w)缓蚀剂+1%(w)铁离子稳定剂+1%(w)破乳剂+1%(w)助排剂+2%(w)黏土稳定剂；主体酸(土酸)配方——12%(w)HCl+2%(w)HF+2%(w)缓蚀剂+1%(w)铁离子稳定剂+1%(w)破乳剂+1%(w)助排剂+2%(w)黏土稳定剂。
钻井过程中，钻井液与储层岩石长期接触，钻井液的固相、液相不可避免地进入储层孔隙空间，对储层造成伤害[6]。酸化目的之一就是解除钻井液对储层的污染。因此，弄清钻井液的伤害程度有助于酸液体系的选择和用酸量的确定[7]。
表 3是储层岩心被钻井液伤害2 h后的实验结果。从表 3可以看出，钻井液对储层岩心渗透率的伤害超过70%；储层物性越好，钻井液对储层的伤害程度越严重。钻井液与岩心相接触的端面形成了一层较厚的泥饼(图 1(b))。
为了进一步明确钻井液对储层伤害程度，对1#岩心和3#岩心刮去接触端面钻井液滤饼，测试刮去滤饼后的岩心渗透率。从实验测试结果(表 4)可知，刮去滤饼后岩心的伤害程度从70%以上降低到40%左右，伤害程度大幅度降低；同时可以看出单纯的解除外部滤饼的伤害难以有效恢复储层的原始渗透率。实验证实，外部滤饼的堵塞仅是岩心伤害的一部分，其他如内部滤饼、钻井液滤液同样会对储层造成较大的伤害[8]。
(1) 盐酸酸化效果分析。对于TZ2井区这类碳酸盐矿物含量高的储层，贺承祖、Harry O. McLeod Jr等学者[1, 9]认为，仅采用盐酸酸化即可。实验选取TZ2井区5#岩心，开展盐酸酸化解堵实验。从实验结果可看出(图 2)，钻井液污染后，岩心渗透率伤害率达84.3%，盐酸酸化后渗透率仅恢复到初始值的23.5%，因此单靠盐酸酸化解除钻井液伤害的能力有限。
从酸液体系对钻井液泥饼的溶蚀率(表 5)可知，盐酸对泥饼的溶蚀能力有限(最高仅24.65%)，因此盐酸酸化后岩心渗透率恢复率很低。实质上，贺承祖等人[9]未考虑钻井液对储层的严重伤害，Harry O. McLeod Jr[1]没有考虑盐酸对不同钻井液体系泥饼的溶蚀程度差异。
(2) “前置酸+主体酸”酸化效果分析。选取TZ气藏前期酸化广泛采用的酸液体系，用TZ2、TZ3井区的岩心先做钻井液污染实验，然后做“前置酸+主体酸”酸化的室内实验。
从实验结果(表 6)可以看出，“前置酸+主体酸”对储层的酸化效果较盐酸有大幅度的提高，特别是TZ-2井7#、8#岩心，酸化后的岩心渗透率超过了初始渗透率；TZ-3井酸化后，渗透率有一定恢复，但恢复效果没有TZ-2井好。实验结果表明，需要对TZ气藏不同井区所选择的酸液体系开展有针对性的优化，才能更好地提高区块酸化效果。考虑到不同井区储层岩性存在一定的差异，分别对TZ-2井、TZ-3井酸化后的岩心进行分析。
从7#岩心酸液入口端面分析，酸化后岩心表面的钻井液堵塞大幅度减小，同时在岩样的酸液入口端、中间区域以及出口端出现了大量小尺寸的溶蚀孔洞(红圈标示)，这种溶蚀孔洞在碳酸盐岩酸化中经常出现称为“酸蚀蚓孔”[10]。全岩矿物分析(表 1)表明，TZ-2井碳酸盐矿物含量较高，酸化过程中酸液溶蚀的碳酸盐矿物区域容易形成“酸蚀蚓孔”。对于碳酸盐矿物含量高的砂岩储层，酸蚀蚓孔的产生有利于提高酸化效果；从图 3(a)看出酸化后酸液入口端面的岩心已经出现了裂缝，表明TZ-2井的岩心结构较疏松，酸化时需要考虑避免对岩石骨架破坏。为进一步溶蚀TZ-2井储层岩石中的碳酸盐矿物，提高酸化效果，实验对8#岩心增加了用酸量。
8#岩心酸化后岩样(图 4(a))出现了破碎，因此酸化后渗透率大幅增加(表 6)，极可能是岩心出现破碎造成岩样渗流能力大幅增加的假象。酸化不仅溶蚀了堵塞矿物，也在一定程度上破坏了岩石结构，主体酸中氢氟酸浓度过高或大规模酸化极易破坏岩石结构，导致储层出砂[11]。从酸化后岩样的电镜扫描(图 4(b))分析，酸化后岩心出现了大量的未胶结物和次生矿物，说明目前的酸液体系产生的酸化二次伤害较严重，同时也极容易破坏岩石结构。
从图 5可看出，TZ3井区9#岩样酸化后与TZ2井区7#岩样有较大的差异。9#岩样酸化后并未出现“酸蚀蚓孔”。由于物性普遍较TZ2井区差，因此对TZ3井区可以考虑提高用酸量，以提高储层酸化效果。
11#岩样经大规模酸化后，岩心的强度有所降低，部分区域存在脱落现象(图 6(a))，但整体结构并未发生如8#岩心较大的变化，说明TZ3井区的储层对用酸规模的敏感性较TZ2井区大幅度降低；酸化结果(表 6)表明，提高本井区用酸量有利于提高酸化效果。从酸化后的扫描电镜分析(图 6(b))可见，11#岩心酸化后，孔隙空间有一定改善，但明显没有8#岩心改善效果好，同时孔隙喉道附近仍然附着大量微粒，表明酸化后出现了次生矿物的伤害。
综合以上实验分析，TZ气藏由于砂岩矿物组成及物性的差异，相同的酸液体系在不同井区的酸化效果存在较大差异，因此TZ气藏酸化酸液体系的选择必须坚持“一井区一酸液体系”的优化策略。
实验分析表明，TZ气藏的储层伤害主要为钻井液固相堵塞伤害，因此需要酸化在解除堵塞的同时能进一步溶蚀储层。钻井液泥饼溶蚀率实验表明(表 5)，在各种土酸浓度下，都能实现较好的溶蚀(28.95%~41.95%)，选择钻井液泥饼溶蚀率超过30%的酸液体系[12]，在此基础上兼顾对储层岩石溶蚀以及避免岩心结构破坏、减小因酸化引起的二次伤害。
针对TZ2井区岩心碳酸盐矿物含量高，骨架较疏松，在原配方基础上将前置酸中的盐酸的质量分数由12%提高到15%，增大前置酸对储层碳酸盐矿物的溶蚀；将主体酸中的氢氟酸质量分数由2%下调到1%，防止主体酸含量过高造成对岩石骨架的破坏，同时将主体酸中盐酸与氢氟酸质量分数比由6:1(12%:2%)提高到12:1(12%:1%)，有利于减少酸化反应二次矿物沉淀对储层的伤害[13-14]。针对TZ3井区碳酸盐矿物含量不高，岩石胶结强度较好、黏土矿物含量较高的特征，前置酸配方不变，主体酸盐酸的质量分数由12%增加到13.5%(表 1)。增加主体酸中盐酸的质量分数，有利于减少酸化反应产生的二次伤害；氢氟酸质量分数不变，可保证对黏土矿物的充分溶蚀，提高酸化效果。
采用调整后的酸液配方开展了酸化实验，实验结果(表 8)表明，调整酸液配方后，岩心渗透率的恢复率较之前(表 6)有大幅提高。TZ2井区渗透率恢复率至少提高了30%左右，TZ3井区渗透率恢复率提高了5%~10%左右。
从TZ2井区12#岩心酸化结果分析，调整酸液配方后，酸化后岩石进酸端(图 7(a))没有出现明显的破坏，可运移微粒数量有一定下降(图 7(b))。
从TZ3井区14#岩心酸化实验结果(图 8)分析，酸化后岩石的孔隙空间明显增大，运移颗粒数量相对较少。颗粒运移的减少有利于提高酸化效果。
通过系统的酸化实验研究，并结合对酸化后岩心内部结构观察看出，调整后的酸液配方虽然导致储层岩心的溶蚀能力有一定程度降低，但酸化后未出现明显的岩石结构破坏，岩心产生二次伤害的几率也减小，更有利于提高酸化效果。
实验优选的酸液体系在TZ2、TZ3井区成功应用7井次(表 9)，酸化后储层表皮系数降至0左右，油管压力和日产量均有明显增加，表明新体系较好地解除了储层污染，提高了酸化效果。
通过系统的实验研究以及现场应用，针对TZ气藏复杂砂岩储层酸化得出以下主要结论：
(1) TZ气藏复杂的砂岩储层特征决定了酸液体系选择的复杂性，仅凭经验选择的一套酸液体系难以解决复杂地质特征的酸化问题，应坚持“一井区一酸液体系”的策略。
(2) 对于TZ气藏碳酸盐矿物含量高的储层(TZ2井区)，仅用盐酸难以实现有效酸化，同时此类储层酸化应注意控制酸液浓度和用酸量，防止酸液对储层的过度溶蚀，造成岩石结构破坏；对于泥质含量较高的储层(TZ3井区)，应适当增加用酸量，在解除钻井液对储层伤害的同时，应扩大对储层岩心黏土矿物的溶蚀，尽量提高酸化效果。
(3) 针对TZ气藏碳酸盐矿物含量高、胶结疏松的储层，前置酸中盐酸的质量分数提高到15%，主体酸中氢氟酸质量分数降低到1%；对于泥质含量高、胶结强度高的储层，将主体酸中的盐酸质量分数提高到13.5%。实验结果表明，调整后的酸液配方储层酸化效果较好。
(4) 现场应用实践证明，实验优选的酸液体系能有效地解除储层污染，提高酸化效果。
2014, Vol. 43 Issue (4): 421-427
2014, Vol. 43 Issue (4): 421-427