纖維素壓裂液在蘇里格氣田的應(yīng)用

段瑤瑤，明 華，代東每，楊戰(zhàn)偉，呂 楊

(1.中油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007;2.中油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710018)

1 蘇里格氣田儲(chǔ)層特征對(duì)壓裂液的要求

蘇里格氣田上古砂巖儲(chǔ)層覆壓滲透率低，其中覆壓滲透率小于0.1×10-3μm2的儲(chǔ)層占92%，孔隙度為4% ～12%，易受外來流體傷害;壓力系數(shù)為0.62～0.90，孔隙結(jié)構(gòu)以毛細(xì)管及微毛細(xì)管孔喉為主，喉道窄小，排驅(qū)壓力高，液體返排難度大，易發(fā)生水鎖傷害;全巖分析表明礦物成分復(fù)雜，巖屑和黏土礦物含量高，易發(fā)生膨脹運(yùn)移堵塞孔喉，降低巖石的有效滲透率。以上特征決定了儲(chǔ)層對(duì)外來流體傷害敏感，要求壓裂液具有低傷害易返排的特點(diǎn)。

2 纖維素清潔壓裂液體系的研制與評(píng)價(jià)

2.1 纖維素清潔壓裂液研制

以往纖維素壓裂液存在的主要問題有纖維素溶解速度慢，交聯(lián)凍膠耐溫70℃，降解難，凍膠的破膠降解難，導(dǎo)致破膠液傷害大[1-4]。為滿足儲(chǔ)層和現(xiàn)場(chǎng)施工要求，需要解決纖維素溶解問題，滿足現(xiàn)場(chǎng)配液要求[5-6]:一是提高耐溫能力至120℃，滿足蘇里格氣田儲(chǔ)層溫度要求;二是解決交聯(lián)液的破膠降解問題，實(shí)現(xiàn)壓裂液體系的低傷害。

圖1 0.35%纖維素與0.35%羥丙基瓜膠增黏速度對(duì)比

纖維素具有很強(qiáng)的分子內(nèi)和分子間氫鍵作用，使其難以溶解于水和其他有機(jī)溶劑。通過醚化反應(yīng)引入取代基來破壞其氫鍵作用，改善其親水性，增強(qiáng)在水中分散能力，研制配套的增黏劑進(jìn)一步改善了纖維素在水中的親水性，增加稠化劑的溶脹速度及增黏能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。從圖1可知，纖維素改性后手動(dòng)配置即可分散，在1～2 min內(nèi)迅速溶解，2 min時(shí)達(dá)到最終黏度的97%，可實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)混配，滿足大規(guī)模施工及工廠化作業(yè)的配液要求，而羥丙基瓜膠需1 h到達(dá)其穩(wěn)定黏度，溶脹時(shí)間更長(zhǎng)。研發(fā)的特效交聯(lián)劑可在水中發(fā)生絡(luò)合、多次水解和羥橋作用，產(chǎn)生帶正電荷的多核羥橋絡(luò)離子，改性纖維素中的羧基帶負(fù)電，多核羥橋絡(luò)離子通過與改性纖維素中的羧基和酰胺基形成極性鍵和配位鍵而產(chǎn)生交聯(lián)，形成彈性良好的交聯(lián)凍膠，提高壓裂液耐溫性能。通過研制配套的交聯(lián)調(diào)節(jié)劑，提供合適的交聯(lián)酸堿性環(huán)境，同時(shí)具有調(diào)節(jié)交聯(lián)時(shí)間和增強(qiáng)交聯(lián)凍膠耐溫能力的作用，以滿足不同儲(chǔ)層溫度對(duì)壓裂液耐溫耐剪切性能和流變性能的要求[7-8]。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，通過交聯(lián)技術(shù)和交聯(lián)促進(jìn)劑的作用，耐溫能力可提高至130℃，交聯(lián)時(shí)間在30～210 s可調(diào)，交聯(lián)凍膠彈性好，攜砂性能良好。

通過改性技術(shù)提高纖維素溶解效率，針對(duì)蘇里格氣田儲(chǔ)層特征，最終確定壓裂液配方:0.35%纖維素稠化劑+0.2%增黏劑+0.6%交聯(lián)調(diào)節(jié)劑+0.3%助排劑+0.5%交聯(lián)劑+0.003%破膠劑。

2.2 纖維素清潔壓裂液性能評(píng)價(jià)

2.2.1 耐溫耐剪切與流變性

針對(duì)蘇里格東區(qū)儲(chǔ)層溫度90～110℃的實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)了該體系在100℃條件下的流變性能。取蘇里格氣田現(xiàn)場(chǎng)使用的配液水配置壓裂液，使用RS-600流變儀，以170 s-1的速率剪切該壓裂液90 min，剪切后壓裂液的表觀黏度為390.2 mPa·s，具有良好的耐溫耐剪切性能，可滿足造縫和攜砂需求。

2.2.2 防膨性能

纖維素壓裂液的基液pH值約為5.0，壓裂液呈弱酸性，具有抑制黏土膨脹作用，不需添加黏土穩(wěn)定劑或防膨劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。由圖2可知，破膠液的膨脹量小于2.0%KCl和0.5%防膨劑的膨脹量，說明新型纖維素清潔壓裂液無需防膨劑也具有很好的防膨效果。

圖2 纖維素清潔壓裂液防膨性能

2.2.3 助排性能

蘇里格氣田孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、喉道細(xì)小，儲(chǔ)層中大部分流體受毛管阻力影響較大，且壓力系數(shù)低，地層能量不足，壓裂液返排困難，因此，需要壓裂液具有較高的返排效率，以減少對(duì)儲(chǔ)層的傷害。使用K100C全自動(dòng)表界面張力儀對(duì)破膠液表面張力、界面張力進(jìn)行測(cè)試，該壓裂液體系的表面張力為24.35 mN/m，界面張力為1.05 mN/m，表面張力、界面張力低，有利于壓后破膠液快速返排。

2.2.4 濾失性能評(píng)價(jià)

使用 Bariod高溫高壓靜態(tài)濾失儀，測(cè)試了100℃時(shí)該壓裂液體系的靜態(tài)濾失性，得到的濾失系數(shù)為1.01×10-3m/min1/2，靜態(tài)初濾失量為6.4×10-3m3/m2。濾失性能與目前現(xiàn)場(chǎng)用低濃度壓裂液體系相當(dāng)[9-10]。

2.2.5 破膠性能與殘?jiān)?/p>

蘇里格氣田一般單井壓裂2～3層，施工時(shí)間為2～4 h，壓后合層排液，依據(jù)井底溫度場(chǎng)變化的計(jì)算結(jié)果，開始返排時(shí)人工裂縫內(nèi)的地層溫度一般為70～90℃。該體系在70～90℃時(shí)，以0.002% ～0.005%的濃度加入破膠劑，可實(shí)現(xiàn)壓裂液凍膠快速?gòu)氐灼颇z，2 h后破膠液黏度為0.86 mPa·s，殘?jiān)繛?，而目前蘇里格現(xiàn)場(chǎng)使用的0.33%低濃度羥丙基胍膠壓裂液體系殘?jiān)繛?23 mg/L。

2.2.6 巖心傷害實(shí)驗(yàn)

選取蘇里格主力儲(chǔ)層盒8和山1段3塊巖心，應(yīng)用巖心動(dòng)態(tài)流動(dòng)儀對(duì)該壓裂液體系進(jìn)行巖心傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前巖心的平均滲透率為0.083×10-3μm2，實(shí)驗(yàn)后平均滲透率為 0.072×10-3μm2，傷害率為13.2%，而常規(guī)壓裂液的巖心傷害率一般為35%～55%。

3 應(yīng)用效果

新型纖維素清潔壓裂液體系現(xiàn)場(chǎng)配置簡(jiǎn)單、快速，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了施工成本，壓裂液體系中的稠化劑纖維素廣泛存在于自然界中，資源豐富、價(jià)格低廉，且壓裂液體系呈弱酸性，具有抑制黏土膨脹作用，不需添加黏土穩(wěn)定劑或防膨劑，更有利于降低壓裂液成本。2013年在蘇里格氣田統(tǒng)33區(qū)塊成功應(yīng)用4口井，施工排量為2.2～3.5 m3/min，單井最大加砂量為96.5 m3，平均砂比為21.0%，最高砂比為36.0%，施工壓力平穩(wěn)，壓裂液摩阻低，僅為清水的22.5%(低濃度壓裂液為30%)，施工成功率達(dá)100%，顯示了該壓裂液具有良好的耐溫耐剪切性能和較好的攜砂能力，且該壓裂液體系的低摩阻特點(diǎn)，為施工排量的提升預(yù)留了空間。

表1為纖維素清潔壓裂液與低濃度壓裂液返排情況對(duì)比。由表1可知，纖維素壓裂液試驗(yàn)井破膠液返排速率快，試驗(yàn)井返排80%壓裂液所需時(shí)間平均為75 h，鄰井所需時(shí)間平均為152 h，即返排80%壓裂液所需時(shí)間僅為鄰井的49.1%，降低了作業(yè)成本，且最終返排率高;纖維素壓裂液試驗(yàn)井試氣無阻流量均值為9.5×104m3/d，約為其鄰井(試氣無阻流量均值為3.4×104m3/d)的2.8倍，增產(chǎn)效果顯著，表明該壓裂液實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)層的低傷害高效改造，具有較好的大規(guī)模推廣應(yīng)用前景。

表1 纖維素清潔壓裂液與低濃度壓裂液返排情況對(duì)比

4 結(jié)論

(1)纖維素改性技術(shù)提高了纖維素溶解效率，實(shí)現(xiàn)了纖維素速溶和可在線連續(xù)混配，研制的特效交聯(lián)技術(shù)和配套的交聯(lián)調(diào)節(jié)劑提高了該體系的攜砂性能和耐溫能力，解決了以往纖維素壓裂液耐溫能力有效、破膠降解難的問題，最終形成了新型纖維素清潔壓裂液體系。

(2)該纖維素清潔壓裂液體系酸性交聯(lián)無需防膨劑，耐溫耐剪切性能好，破膠快速?gòu)氐谉o殘?jiān)?，助排性能?yōu)良，巖心傷害率低，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求且降低了對(duì)儲(chǔ)層的傷害，且纖維素來源廣泛，價(jià)格低廉，有利于降低壓裂液成本。

(3)在蘇里格氣田統(tǒng)33區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用4口井，施工成功率達(dá)100%，現(xiàn)場(chǎng)壓裂液配置簡(jiǎn)單、方便，壓后破膠液返排速度快，最終返排率高，平均試氣無阻流量為9.5×104m3/d，約為低濃度壓裂液井試氣無阻流量均值的2.8倍，取得顯著增產(chǎn)效果，顯示出良好的推廣前景。

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