蘇里格氣田東區(qū)儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用

李錦紅 ，朱李安 ，時(shí)保宏 ，薛 媛 ，靳鎖寶

（1.西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西西安 710065；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安 710018；3“.低滲透油氣田勘探開發(fā)”國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018）

1 蘇里格氣田東區(qū)儲(chǔ)層特征

蘇里格東區(qū)儲(chǔ)層致密，低滲、非均質(zhì)較強(qiáng)，局部存在微裂縫、微孔隙，空隙不發(fā)育-欠發(fā)育，連通性差，溶蝕孔隙內(nèi)充填伊利石、自生石英。巖石礦物中高嶺石、伊利石和綠泥石等粘土礦物的相對(duì)含量較高，容易引微粒運(yùn)移、孔隙堵塞、鐵的沉淀、水相圈閉、高分子化學(xué)吸附、乳液狀堵塞和應(yīng)力敏感傷害等問題。地溫梯度為3.03℃/100m，氣層段溫度在100～115℃。地層靜壓25.72 MPa左右；平均壓力系數(shù)為0.86，屬低壓氣藏。東區(qū)儲(chǔ)層各種敏感性損害程度比中區(qū)較高。

表1 蘇里格東區(qū)儲(chǔ)層各種敏感性損害程度表

2 鉆井過程中儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用

針對(duì)蘇里格東區(qū)目前鉆井液密度過大，容易壓漏地層，造成鉆井液濾失增大。地層水化膨脹和分散，泥巖吸水膨脹、分散、井壁垮塌。水平井水平段井眼軌跡不規(guī)則-波浪型軌跡，造成水平段易發(fā)生沉砂卡鉆事故。研制了新型抑制劑G319-FTJ，穩(wěn)定水平段泥巖，采用無(wú)機(jī)鹽提高密度，減少固液相侵入，采用高效潤(rùn)滑劑來(lái)降低水平段扭矩摩阻，通過配方優(yōu)化調(diào)整，形成有機(jī)胺防塌鉆井液體系。

2.1 有機(jī)胺體系評(píng)價(jià)

（1）體系pH值性能評(píng)價(jià)，pH值的變化不會(huì)引起流變性發(fā)生突變。

（2）體系A(chǔ)PI失水和抑制性評(píng)價(jià)，體系中含1%膨潤(rùn)土有利于控制失水且不影響體系抑制性。

（3）體系潤(rùn)滑性試驗(yàn)評(píng)價(jià)，DFL-1和G303-WYR表現(xiàn)出良好潤(rùn)滑減阻效果。DFL-1的潤(rùn)滑性能比G303-WYR好。室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示兩種潤(rùn)滑劑體系滑塊摩阻系數(shù)降至0.026 2，極壓潤(rùn)滑系數(shù)降至0.05以下。

（4）體系抗溫實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，120℃熱滾后，體系性能良好，一次回收率和二次回收率都達(dá)到95%左右，具有非常好的抑制性。

（5）體系抗粘土實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，體系粘度隨粘土含量增大緩慢升高，當(dāng)粘土含量大于4%時(shí)，粘度隨土含量的增大快速升高。當(dāng)膨潤(rùn)土加量超過5%后，泥漿變成豆腐腦狀。

（6）體系抗鈣侵實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，加入CaCl2后流變性能穩(wěn)定，與加入CaCl2的量變化較小，體系抗鈣達(dá)到1 200 mg/L（見表1）。

（7）體系加重實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，體系加重到1.38 g/cm3以后，流變性能都是穩(wěn)定的。

（8）體系穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，體系在144 h后，流變性能都保持穩(wěn)定的；體系中不加G319-FTJ，在48 h后流變性顯著降低，表明有機(jī)胺聚合物G319-FTJ的加入有利于體系的穩(wěn)定。

表2 體系抗鈣侵試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果表

（9）體系室內(nèi)巖心傷害評(píng)價(jià)，通過室內(nèi)經(jīng)過有機(jī)胺防塌鉆井液體系傷害評(píng)價(jià),其對(duì)地層的傷害為10%～15%，平均傷害率為12.4%，屬于輕度傷害。

表3 常規(guī)條件下保護(hù)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

2.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2012年現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施5口井，鉆井液密度低（最高密度1.28 g/cm3），安全穿越大段泥巖，避免水平段井漏復(fù)雜，蘇東27-38H1井穿越單獨(dú)大段泥巖250 m。

3 儲(chǔ)層改造過程中保護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用

針對(duì)于東區(qū)儲(chǔ)層致密、物性差、儲(chǔ)層含氣性差、壓力系數(shù)低，因此在改造過程加強(qiáng)裂縫與儲(chǔ)層物性和井網(wǎng)的系統(tǒng)優(yōu)化匹配研究，優(yōu)化不同物性下的裂縫長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力；采用支撐劑段塞、變排量及優(yōu)化合理的放噴技術(shù)等施工技術(shù)措施。

針對(duì)東區(qū)儲(chǔ)層水敏、水鎖現(xiàn)象嚴(yán)重，儲(chǔ)層敏感性更強(qiáng)，機(jī)械雜質(zhì)引起的堵塞損害。開發(fā)、優(yōu)選針對(duì)蘇東的低傷害、易返排的壓裂液體系；降低壓裂液及殘?jiān)鼘?duì)儲(chǔ)層的傷害；實(shí)施高效破膠技術(shù)，降低破膠液對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

3.1 羧甲基壓裂液特點(diǎn)

（1）聚合物用量降低，比常規(guī)交聯(lián)瓜膠壓裂液的用量要少 1/3～1/2。

（2）壓裂殘?jiān)停?00℃條件下為88 mg/L，僅為常規(guī)瓜膠壓裂液體系的30%左右。

（3）彈性優(yōu)于粘性，攜砂性能良好。

（4）破膠徹底，殘膠傷害小。

3.1.1 體系配方 基液配方:0.28%CJ2-11+0.5%CF-11+0.5%LF11+0.05%CJSJ-3+0.5%CYJ-2，交聯(lián)劑：低殘?jiān)宦?lián)劑，交聯(lián)比：100:0.3。

3.1.2 體系流變性能評(píng)價(jià) 90℃和110℃下、170 s-1連續(xù)剪切60 min后，粘度均大于180 mPa·s，具有良好的耐溫、抗剪切性能。140℃、170 s-1剪切60 min，粘度為100 mPa·s左右，具有良好的耐溫性能。

3.1.3 殘膠與殘雜傷害評(píng)價(jià) 裂縫傷害觀念的改變：殘膠對(duì)導(dǎo)流能力的傷害是壓裂液的最主要傷害。掃描電鏡證實(shí)：同等濃度下羧甲基壓裂液殘膠更低。

以蘇里格氣藏有效閉合應(yīng)力40 MPa為例，該體系的殘?jiān)鼈β式档?5%，殘膠傷害率降低55%。

3.2 陰離子表面活性劑壓裂液

該體系用表活劑替代胍膠，粘度是通過在KCl溶液中表面活性劑膠束的相互纏繞而形成。

該液體防膨性好、濾失小、易破膠返排，改善了陽(yáng)離子表面活性劑對(duì)儲(chǔ)層巖石吸附傷害大的缺點(diǎn)。

3.2.1 液體配方 基液配方：3.3%D3F-AS05+0.6%KOH+6%KCl+0.21%EDTA配液用水質(zhì)pH值：6.5～7.5，活性水的配方：0.2%EDTA＋4%KCl＋0.1%KOH。

3.2.2 流變性能評(píng)價(jià) 該體系通過高剪切后粘度立即得到恢復(fù)，最高耐溫可達(dá)135℃，具有良好的抗剪切性能。

3.2.3 攜砂性能評(píng)價(jià) 該體系的攜砂能力與壓裂液的彈性成正比，陰離子表面活性劑壓裂液粘性較小，具有明顯低粘高彈性的特點(diǎn)。

表4 體系凍膠粘彈性測(cè)試對(duì)比表

3.2.4 摩阻實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià) 該體系施工摩阻低，在3.0 m3/min排量下管柱摩阻損失4.6 MPa/1 000 m，僅相當(dāng)于清水摩阻的21.42%。

3.3 超低濃度胍膠壓裂液

該體系是將胍膠濃度降低至0.33%，將水基料的性能進(jìn)一步提升，并研發(fā)相應(yīng)交聯(lián)劑體系，從而形成有效交聯(lián)。

3.3.1 液體配方 基液：0.33%CJ2-6+0.5%CF-5F+0.3%COP-3+0.3%TJ-1+0.1%CJSJ2+1.0%KCl+0.5%YFP-2，交聯(lián)劑：50%JL-9，交聯(lián)比：100：0.4～0.6，破膠劑：過硫酸銨、膠囊破膠劑。

3.3.2 流變性能 該體系在90℃、170 s-1剪切60 min后，凍膠的粘度為155 mPa·s左右，表明該體系在90℃下有良好的耐溫、抗剪切性能。

3.3.3 破膠性能評(píng)價(jià) 該體系通過調(diào)整水化劑的加量，在很短時(shí)間內(nèi)，壓裂液形成的凍膠可完全破膠水化。破膠液表面張力：26.7 mN/m、殘?jiān)浚?90 mg/L。

3.4 低傷害壓裂方案技術(shù)優(yōu)化

3.4.1 實(shí)現(xiàn)工具分層的隔層條件研究 在分層地應(yīng)力剖面解釋的指導(dǎo)下，進(jìn)行不同厚度、不同應(yīng)力差條件下實(shí)現(xiàn)分層的隔層厚度模擬。

3.4.2 針對(duì)井網(wǎng)的裂縫半長(zhǎng)和導(dǎo)流能力優(yōu)化 通過滲透率歷史擬合，得到蘇東區(qū)不同滲透率條件下裂縫半長(zhǎng)和導(dǎo)流能力圖版（見圖4）。

表5 不同滲透率條件下的裂縫縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力優(yōu)化表

3.4.3 優(yōu)化施工參數(shù) 結(jié)合區(qū)塊主體井網(wǎng)，分層地應(yīng)力剖面解釋，研究縱向延伸規(guī)律，配合壓裂液體系特點(diǎn)，優(yōu)化了施工參數(shù)，建立與儲(chǔ)層相對(duì)應(yīng)的施工參數(shù)圖版（見圖5～圖8）。

3.4.4 支撐劑優(yōu)選評(píng)價(jià) 支撐劑粒徑越大，短期導(dǎo)流能力越好。復(fù)合組合支撐劑，大粒徑所占比例越高，短期導(dǎo)流能力越好。在下降幅度方面，10/20與20/40目陶粒所占比例為1：1與2：1的導(dǎo)流能力差異較小，尤其是在閉合壓力大于45 MPa后，二者的導(dǎo)流能力接近。

3.4.5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況 2010-2012年，蘇里格東區(qū)采用低傷害壓裂技術(shù)247口直井/定向井，與同區(qū)塊物性相近臨井對(duì)比，單井試氣平均無(wú)阻流量提高15%左右。應(yīng)用水平井26口井，常規(guī)壓裂改造9口井，低傷害壓裂改造17口井，試氣平均無(wú)阻流量與同區(qū)塊常規(guī)壓裂水平井相比提高4倍左右。

4 結(jié)論與建議

（1）通過室內(nèi)巖心傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，水鎖、自吸水膨脹傷害嚴(yán)重，水敏和鹽敏傷害等加重水鎖效應(yīng)傷害，傷害程度屬于強(qiáng)或極強(qiáng)。

（2）對(duì)蘇東水平段儲(chǔ)層易水鎖、易坍塌導(dǎo)致鉆井周期長(zhǎng)，優(yōu)化出低傷害有機(jī)胺防塌鉆井液，該液體具有低密度、抑制性強(qiáng)、傷害小等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施6口井，取得較好試驗(yàn)效果。

（3）通過對(duì)蘇東易傷害儲(chǔ)層分析，優(yōu)化三種具有配伍性好，低殘雜、易返排低傷害壓裂液，并優(yōu)化改造方案。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果來(lái)看，直井/定向井相比常規(guī)壓裂液?jiǎn)尉a(chǎn)量提高15%，水平井產(chǎn)量提高4倍，取得較好改造效果。

［1］張啟根，陳馥，等.國(guó)外高性能水基鉆井液技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀［J］.鉆井液與完井液，2007，24（3）：74-77.

［2］李永平，張福祥，等.異常高壓深井裂縫性砂巖儲(chǔ)層“酸化+酸壓”技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2010，32（3）：76-81.

［3］郭建春，趙金洲.壓裂氣井非達(dá)西流動(dòng)模擬研究［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，21（4）：7-10.

［4］韓光明，李明忠，李巖芳，等.統(tǒng)一函數(shù)關(guān)系的凝析氣井流入動(dòng)態(tài)模型［J］.石油鉆采工藝，2007，29（5）：26-28.

［5］沈建國(guó).支撐劑段塞沖刷的水力壓裂新工藝［J］.天然氣工業(yè)，2003，23（增刊）：92-94.

［6］羅天雨，王嘉淮，趙金洲，等.復(fù)雜裂縫產(chǎn)生機(jī)理研究［J］.斷塊油氣田，2008，15（3）：46-47.

［7］周文高，胡永全，趙金洲，等.人工壓裂控逢高技術(shù)現(xiàn)狀與研究要點(diǎn)［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2006，16（3）：68-73.