转向酸化技术

1 转向分流问题的提出碳酸盐岩储层压裂酸化改造主要目的是解除近井地带的污染以及产生新的流动通道（酸蚀蚓孔）绕过污染带以增加储层与井筒的连通性，提高油气井的产能或注水井的注入能力。

对于非均质性很强的碳酸盐岩储层，压裂酸化改造成功的关键在于能否使酸液在整个产层合理置放，使所有层段都能吸入足够的酸以达到解除近井地带污染，恢复或增加油气产量的目的。

由于储层非均质性很强，注入的酸液将主要进入高渗透层或污染较小的层段，而低渗透层或污染较大的层段改造力度较小或未被改造，尤其是注水开发后期的油气井，注水采油使各层渗透性进一步增大，使得均匀布酸非常困难，即使储层相对均质，由于污染程度的差异同样可能造成酸液难以合理放置。

碳酸盐岩储层酸改造过程具有很多特殊性，在基质酸化、酸压施工过程中，由于酸与储层岩石的非均匀反应，在井筒壁面或裂缝壁面产生大量酸蚀蚓孔，酸蚀蚓孔的形成使该区域的注入能力进一步增加，即使较为均质的储层，在形成酸蚀蚓孔后也会造成渗透率差异进一步加大，使得碳酸盐岩储层转向相比于砂岩储层来说更为困难，难以达到纵向均匀改造的目的。

图1.1碳酸盐岩储层酸化改造过程图1.2碳酸盐岩储层酸压改造过程因此，为突破常规酸化作业方式对碳酸盐巨厚储层改造时难以取得理想效果的技术难题，必须开展纵向转向分流改造技术与配套工艺、作业体系的研究。

2 转向酸化压裂技术原理对于非均质储层来说，常规的转向酸液体系通常优先穿透储层的某些大孔道或高渗部分，即从储层的大孔道或高渗部分发生指进，酸液很难作用于储层的低渗透部分，而低渗透储层正是需要改造的部分。

普通盐酸酸化碳酸盐岩地层时，在基岩中由酸溶蚀形成一些主要通道，酸液就会沿着这些通道流动，而不能对其它的岩层进行酸化处理。

这时，如果向普通酸中添加转向剂，转向剂就会暂时堵住这些通道，改变注酸流动剖面，使酸液进入相对低渗透区域，与未酸化的储层部分反应。

即通过对储层的大孔道或高渗透带进行暂堵，迫使酸液转向低渗透带，以达到对储层高渗透带和低渗透带的同时改造，这就是转向酸化技术。

自二十世纪三十年代，国内外开始了转向酸化技术的研究和应用，几十年来，国内外已经研究开发出了封隔器转向酸化技术、暂堵颗粒转向酸化技术、泡沫转向酸化技术、高聚物胶联转向酸化技术等。

大多数转向酸化技术都是在特定条件下，利用转向剂对条件的改变而产生的特殊性能，来对储层的高渗透带进行暂堵，迫使酸液转向低渗透带，达到对非均质低渗透储层均匀酸化的目的。

3 机械转向酸化技术机械转向主要分为封隔器转向和堵球转向。

封隔器转向是通过水力或者机械作用，借助机械在酸化过程中将酸化目的层与其它层隔开，从而对目的层进行酸化施工的技术。

20世纪40年代，发明了探测酸液和油层的接触面的技术，可以使同时注入的两种液体的接触面在恒定的高度，因此可以选择性地封隔某一井段，进行酸化。

3.1 封隔器转向封隔器分隔转向酸化技术通常被认为是最可靠的转向手段，目前技术已经较为成熟，使用较多的有可回收式封隔器、可回收式桥塞以及可多层坐封的膨胀式或跨式封隔器，它允许酸液在某段时间注入有限的处理层段，可以同时对多个层段进行酸化改造。

但由于需要多层坐封以及上提管柱等复杂操作非常浪费时间，而且使用成本也很高，加之施工结束后，还须要通过压井以回收封隔器以及桥塞，会对储层造成附加伤害影响酸处理的效果。

对于固井质量差的井，酸可能沿着固井水泥/地层接触面流动，而使封隔器转向失效。

此外，对某些特殊结构井，如小井眼井，封隔器转向技术就难以使用。

此外，对于高温、高压储层以及某些复杂结构井，存在封隔器坐封困难以及解封困难等问题。

由于需要投球打开滑套，所以，封隔器的密封单元不能太多，若水平井段产层过长，由于分隔段数的限制，使得酸液很难在整个产层合理布置，对整个产层实现均匀改造。

如果封隔器的每段封隔距离太长同样会影响布酸效果。

1950年，使用膨胀性封隔器作为跨式工具，在不改变完井结构的情况下，可处理封隔器以下、中间和以上三个井段，这使封隔器转向酸化技术进一步发展。

1965年发明压裂挡圈及回收的封隔器，使得封隔器转向酸化施工费用降低。

图3.1 封隔器分段酸改造管柱3.2 堵球转向早在1956年堵球转向技术就开始运用于流体的分流施工，属于机械转向技术的一种。

使用比射孔孔眼稍大的球（孔眼直径1.25倍通常的尺寸范围在5/8-11/4之间），密度范围在0.9-1.4之间，在酸化施工时，套管内封堵射孔眼的小球加入处理液中，并被液体带至射孔孔眼部位，封堵接收液体的孔眼。

为了便于堵球顺利通过，要求注入管柱直径至少应是堵球直径的3倍，所以，要求泵注油管的尺寸最少不小于27/8。

堵球是一种主要的机械转向技术。

在进行酸化处理时，将堵球加到酸化处理液中，液体将堵球带至需要暂堵的大孔道，进行封堵。

然而，这需要有足够排量来维持堵球的封堵，大孔道的形状也会限制封堵有效性。

堵球转向成功的关键是需要足够排量来维持其通过孔眼的压差,使堵球有效座封，所以此方法对泵注排量要求很高，对某些排量受限井该方法使用效果不好或不能使用。

除此之外，射孔孔眼形状及光滑程度对坐封效果也有很大影响，同时还必须考虑堵球与携带液的密度匹配关系，目前常用的堵球包括浮球和沉球，对于直井而言，从封堵使用效果上看，浮球比普通沉球效果要好，由于浮球浮力的作用，它们不会留在井底口袋的静止液体中，而且更有利于座封。

而对水平井，应该根据射孔孔眼的方位，选择不同密度的球队不同方位的孔眼进行封堵。

在施工过程中，为了克服沉降，推荐连续泵如堵球，对于沉球投球数推荐泵如超过孔眼数200%，对浮球投球数推荐超过50%。

携带液的粘度以及射孔孔眼数量同样会影响转向效果，在设计中必须加以考虑。

堵球转向技术具有局限性，仅适用于射孔完井的油气井，堵球转向技术在直井中使用较为广泛，在水平井中酸化井段长，注入排量低，堵球坐封困难，所以使用较少。

图3.2 投球分段酸改造技术3.3 连续油管转向连续油管广泛运用于油田的各项作业中，是改善布酸效果的非常有用的工具，可以处理大跨度井。

其主要优点在于可以通过拖动连续油管，把酸注入到特定的位置（定点注酸），以达到很好的布酸效果。

连续油管在水平井酸化中使用较多，从储层的端部开始拖动连续油管，针对储层伤害程度的差异，通过改变连续油管的拖动速率和停留时间来达到均匀布酸完全解堵的目的。

目前，用于酸化的连续油管的管径普遍较小( 31.75~ 73.03mm) ，施工过程中摩阻较大，使施工排量难以提高，这也制约了连续油管酸化技术的广泛应用。

为了解决排量小转向效果差的问题，目前，国外油田广泛采用将连续油管酸化技术与Mapdir 以及化学转向技术相结合的方式，现场应用表明，该方法能够取得比较好的酸化效果。

同时也开发出用连续油管传输封隔器的新技术，膨胀跨式封隔器可在基质处理时实现区域隔离，在现场应用取得了很好的效果。

这种将封隔器与连续油管相结合的转向方法将是以后机械转向发展的主要方向。

总之，连续油管布酸技术仍将是长井段水平井均匀布酸的主流转向技术，随着勘探开发往深层发展，如果能进一步提高其使用深度，连续油管将能获得更加广泛的应用。

图3.3连续油管酸转向酸处理技术总的说来，运用这些机械方法，能将液体完全注入到每个处理井段中。

然而，机械技术工艺繁琐，现场设备复杂，既费时又昂贵。

堵球也很难排出，容易引起地层伤害。

4 化学转向酸化技术化学转向技术是将含有特殊化学添加剂的酸液注入地层，化学添加剂在地层条件下发生变化，起到对地层的暂堵作用。

有些化学添加剂采用不溶于酸，但溶于水或烃的物质，注酸时添加剂在砂岩壁面产生低渗滤饼，对地层进行封堵。

也有的添加剂是粘性高分子，可以降低高渗层的注入能力，起到使酸液转向的目的。

早在1936年就采用注入肥皂溶液的方法进行化学转向。

肥皂溶液与氯化钙反应生成不溶于水但溶于油的钙化皂，因此可用作盐酸酸化的转向剂。

1954年萘被用作封堵材料，另外，粉碎的石灰岩、四硼酸钠、天然沥青和多聚四醛也可用作转向剂。

后来使用完全溶解的材料，化学转向技术获得较大提高，这些材料包括蜡、聚合物以及树脂等用于油井；岩盐和苯甲酸等用于水井。

例如，苯甲酸可作为水溶性转向剂。

苯甲酸颗粒容易聚结，影响其恒定的粒径分布，因此常用苯甲酸盐代替苯甲酸，在酸化过程中，自动转化为苯甲酸。

苯甲酸在盐酸中溶解度很小，以颗粒状态存在，对高渗储层可起到暂堵作用，迫使酸液转向低渗储层，在完成转向任务后，可溶解于注入水中。

目前，泡沫转向、聚合物转向技术在国外是重要的化学转向技术，粘弹性表面活性剂转向技术则是最新发展的一项化学转向技术。

4.1 泡沫转向技术泡沫至少从20世纪60年代就开始用作转向酸化。

加入气体和表面活性剂后，酸液就产生泡沫，泡沫也可与酸交替注入。

酸可为盐酸、氢氟酸或混合酸。

气体可为氮气、空气、天然气或者二氧化碳气。

表面活性剂包括起泡剂和稳泡剂，常用的起泡剂有阴离子型起泡剂、阳离子型起泡剂、非离子型起泡剂、两性离子型起泡剂、聚合物型起泡剂及复合型起泡剂等类型。

表3.1 泡沫转向酸基础配方泡沫转向原理与用泡沫提高采收率的原理相似，二者的区别主要是施工设计及应用上的差异。

泡沫导致酸液具有高粘度。

当这种流体注入高渗透地层区域后，可阻止其它流体进入该地层区域。

注入压力随之上升，当总的注入压力超过某一压力极限时，低渗透地层区域开始接受注入流体。

此时，酸液与低渗透地层接触并作用，实现对低渗透带的改造。

然而，用作转向酸化的泡沫既不强韧也不持久。

在油润湿性岩石中，油对泡沫的破坏作用十分巨大，油使大多数泡沫的强度削弱甚至破坏。

温度高于93℃时，大多数泡沫不稳定，该技术受到温度的限制。

另外，在高渗透率储层中，泡沫转向酸存在高渗漏现象，此时泡沫的有效性很小。

4.2 聚合物转向酸化技术在酸液中添加聚合物可提高酸液的粘度，因此聚合物可以应用于转向酸化。

聚合物转向酸液一般由酸溶性聚合物、pH 缓冲剂、胶联剂（使体系粘度增大）以及破胶剂（使体系粘度降低）组成。

聚合物一般为聚丙烯酰胺类聚合物、氨基聚合物等；胶联剂可为锆盐和铁盐，如三氯化铁等；解聚剂可为树脂包覆的氟化钙或是氯化肼等。

例如，高聚物交联凝胶酸已经在油田中作为转向流体来使用。

在此体系中，pH值改变可以激发粘度的增加。

这是因为pH的改变活化了体系中的金属试剂，金属试剂使聚合物分子链发生交联，增加了聚合物流体的粘度和流体流动的阻力。

进一步增加pH 值会钝化金属试剂的交联，打破聚合物的交联，使聚合物分子链相互分开，粘度下降。

裂缝中会有部分聚合物残余，可降低支撑剂填充层的渗透性，最终导致压裂处理有效性降低。

据有关返排液的系统分析表明，酸化处理过程中，仅有30%到45%的注入高聚物在返排阶段得到回收。

此结果表明，相当多的聚合物留在地层中。