青海油田低濃度胍膠壓裂液的性能研究與現(xiàn)場應(yīng)用

彭 繼 張成娟 周 平 王俊明 熊廷松 張 力 王國慶

（中國石油青海油田公司鉆采工藝研究院）

青海油田低濃度胍膠壓裂液的性能研究與現(xiàn)場應(yīng)用

彭 繼 張成娟 周 平 王俊明 熊廷松 張 力 王國慶

（中國石油青海油田公司鉆采工藝研究院）

開發(fā)了稠化劑濃度為0.18%～0.20%的低濃度胍膠壓裂液體系，使稠化劑濃度比常規(guī)胍膠壓裂中的稠化劑濃度低40%～50%，單方液成本降低30%～38%。通過對該低濃度胍膠壓裂液的性能評價，確定了該體系具有良好的耐溫耐剪切性能和濾失性能，破膠快速徹底。巖心損害率為22.53%，壓裂液殘渣含量僅為226.3mg／L，為常規(guī)胍膠壓裂液的一半，大大降低了壓裂液殘渣對裂縫導(dǎo)流能力的損害。2012年，低濃度胍膠壓裂液體系在青海油田應(yīng)用總井數(shù)87井次，累計降低成本403.7萬元，其中在昆北區(qū)塊應(yīng)用55井次，增產(chǎn)倍數(shù)為該區(qū)塊2011年壓裂井的1.08倍，降本增產(chǎn)效果明顯。圖3表6參5

壓裂液體系 低濃度胍膠 降低成本

壓裂改造工藝技術(shù)是低滲透油田提高單井產(chǎn)量的主要工藝技術(shù)。隨著青海油田各類儲層的開發(fā)，致密低滲、特低滲儲層的增產(chǎn)和求產(chǎn)技術(shù)對壓裂工藝技術(shù)提出越來越高的要求。壓裂液是壓裂改造的重要組成部分和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，優(yōu)質(zhì)、低損害、低成本是壓裂液發(fā)展的主要方向［1］。羥丙基胍膠作為水基壓裂液的增稠劑，具有增稠能力強、抗剪切性好、熱穩(wěn)定性好、控制濾失能力強等特點而被廣泛用于青海油田油氣井壓裂中［2］。但由于羥丙基胍膠壓裂液殘渣的存在，導(dǎo)致裂縫的導(dǎo)流能力降低，使壓裂的增產(chǎn)效果不能達到最佳。所以降低壓裂液稠化劑濃度是降低壓裂液殘渣，提高裂縫導(dǎo)流能力，降低壓裂液成本的重要途徑。

1 低濃度胍膠壓裂液體系的形成

為了降低羥丙基胍膠稠化劑的使用濃度，通過研究分析羥丙基胍膠交聯(lián)下限，研發(fā)了新型低濃度胍膠交聯(lián)劑QJL－B1。這種交聯(lián)劑向胍膠分子上引入一種帶電基團，當交聯(lián)劑與胍膠聯(lián)接成網(wǎng)狀體型結(jié)構(gòu)時，利用帶電基團之間的靜電斥力可使原有胍膠交聯(lián)形成的收縮線團變成穩(wěn)定的擴張線團，從而增大了交聯(lián)劑與胍膠的網(wǎng)狀交聯(lián)體積，降低了形成交聯(lián)網(wǎng)狀所需的胍膠用量，同時不改變壓裂液的攜砂性能。通過降低羥丙基胍膠濃度的室內(nèi)配方優(yōu)化研究，最終形成適合40～100℃儲層壓裂的低濃度胍膠壓裂液體系，配方組成見表1。

表1 低濃度胍膠壓裂液配方組成

2 低濃度胍膠壓裂液的性能評價

依據(jù)石油天然氣行業(yè)標準SY／T 5107－2005“水基壓裂液性能評價方法”進行測定。

（1）交聯(lián)性能

影響交聯(lián)時間的主要因素按影響程度由大到小依次為pH值、溫度、交聯(lián)劑濃度、HPG濃度。低濃度胍膠壓裂液的交聯(lián)時間可以通過調(diào)節(jié)pH值控制，pH值越高，交聯(lián)時間越長。同時交聯(lián)劑濃度也會影響交聯(lián)時間，交聯(lián)劑使用濃度太低，交聯(lián)速度緩慢，成膠后的黏度也達不到要求。交聯(lián)劑濃度過高，交聯(lián)速度過快，會產(chǎn)生過交聯(lián)，發(fā)生凍膠脫水現(xiàn)象而影響懸砂性能。對于低濃度胍膠壓裂液體系來說，重要的是pH值調(diào)節(jié)劑的使用濃度。

圖1為在0.2%的胍膠基液中分別加入不同濃的pH調(diào)節(jié)劑后，再加入相同濃度（0.5%）的交聯(lián)劑，在80℃下測定的壓裂液的耐剪切性能曲線。

圖1 pH調(diào)節(jié)劑濃度對壓裂液耐剪切性的影響

度從圖1不同pH調(diào)節(jié)劑濃度對低濃度胍膠壓裂液的耐剪切性影響實驗看到，隨著pH調(diào)節(jié)劑濃度的增大，壓裂液的耐剪切性逐漸增強。在相同的實驗溫度（80℃）條件下，當pH調(diào)節(jié)劑濃度達到0.35%時，壓裂液的耐剪切性最好，剪切60 min后黏度仍然保持在65 mPa·s以上。說明在一定的交聯(lián)劑使用濃度時，低濃度胍膠壓裂液通過提高壓裂液的pH值來提高凍膠的耐溫耐剪切性能。

（2）耐溫性能

采用RS600流變儀，將0.2%低濃度胍膠壓裂液加滿流變儀樣品杯，在剪切速率為170 s－1、升溫速度為3℃／min下升溫剪切。以表觀黏度降為50 mPa·s時對應(yīng)的溫度值即為壓裂液的耐溫能力。結(jié)果見圖2。

圖2 低濃度胍膠壓裂液耐溫曲線

由圖2可以看出，0.2%的低濃度胍膠壓裂液體系的耐溫性可達90℃，耐溫曲線下降很緩慢，因此該體系具有良好的耐溫性能。在壓裂施工中，液體剛進入裂縫時，地層溫度最高，隨著施工的進行，地層溫度逐漸降低，因此0.2%的低濃度胍膠壓裂液完全能滿足90℃以內(nèi)地層壓裂液攜砂性能的要求。

（3）耐剪切性能

壓裂液耐溫耐剪切性能是評價壓裂液性能的重要指標［3］。采用RS600流變儀，將低濃度胍膠壓裂液分別在，40℃、60℃、80℃、90℃四種恒定溫度下170s－1剪切一定時間，測定壓裂液凍膠黏度隨剪切時間的變化情況，結(jié)果見圖3。

圖3 低濃度胍膠壓裂液在不同溫度下的耐溫耐剪切曲線

從圖3可以看出，低濃度胍膠壓裂液體系在4種溫度條件持續(xù)剪切80 min后，最終黏度值都在60 mPa.s以上，滿足行業(yè)標準《SY／T 6376－2008壓裂液通用技術(shù)條件》規(guī)定的大于50 mPa·s的指標。說明該壓裂液具有良好的抗剪切能力和攜砂、輸砂能力。

（4）靜態(tài)濾失性能

壓裂液的濾失造壁性對造縫有重要的影響，壓裂液的濾失量愈小，愈有利于獲得較高的造縫壓力，若壓裂液的造壁性能差，導(dǎo)致壓裂液的大量滲漏，就嚴重影響裂縫的形成和延伸［4］。按《SY／T 5107－2005水基壓裂液性能評價方法》規(guī)定的壓裂液靜態(tài)濾失測定方法，采用高溫高壓濾失儀，濾失壓差3.5 MPa，對低濃度胍膠壓裂液在60℃、90℃下的濾失性能進行了測定，結(jié)果見表2。

表2 低濃度胍膠壓裂液的濾失性能

表2表明，低濃度胍膠壓裂液體系的靜態(tài)濾失系數(shù)與常規(guī)胍膠壓裂液體系的相當（常規(guī)壓裂液體系在90℃下的濾失系數(shù)為0.651×10－3m／min1／2），滿足《SY／T 6376－2008壓裂液通用技術(shù)條件》中的C3≤1.0×10－3，QSP≤5.0×10－2，VC≤1.5×10－4的指標，說明該壓裂體系造縫性能良好。

（5）破膠性能

壓裂液破膠液性能的好壞對儲層的保護起著重要作用，壓裂液破膠越徹底，則壓裂液殘渣越少，對地層的傷害就越?。?］?？紤]到壓裂施工中壓裂液溫度場的變化，進行了50℃～90℃間五種溫度下的破膠實驗。分別在低濃度胍膠交聯(lián)壓裂液凍膠中加入不同量的破膠劑，將其分別置于密閉容器內(nèi)，放入電熱恒溫器中加熱恒溫，使壓裂液在恒溫下破膠，取破膠液上層清液用毛細管黏度計測定破膠液黏度。溫度和破膠劑濃度對壓裂液破膠性能的影響見表3。

表3 溫度和破膠劑濃度對壓裂液破膠性能的影響

從破膠實驗結(jié)果看出，適當?shù)钠颇z劑加量可使低濃度胍膠壓裂液在4 h以內(nèi)徹底破膠，破膠速度快，且破膠液徹底水化，破膠液黏度小于5 mPa·s。針對不同的井深，通過調(diào)整破膠劑的加量，可滿足不同儲層溫度的壓裂施工要求。

（6）破膠液表界面張力

制備0.2%低濃度胍膠壓裂液凍膠在80℃下破膠4 h，測定破膠液的表面張力和與煤油的界面張力，結(jié)果見表4。

表4 破膠液的表面張力和界面張力

表4表明，該低濃度胍膠壓裂液體系有較低的表、界面張力，可有效地降低毛細管阻力，增強壓裂液的返排能力。

（7）殘渣含量

取50 m l的0.2%低濃度胍膠壓裂液，裝入密閉容器中于80℃下恒溫破膠，將破膠液離心分離出殘渣烘干恒重后，稱量殘渣含量為226.3 mg／L，比常規(guī)胍膠壓裂液的殘渣含量（0.4%胍膠濃度的常規(guī)胍膠壓裂液殘渣含量為471 mg／L）減少了一半，降低了對裂縫導(dǎo)流能力的損害，滿足低傷害壓裂液的要求。

（8）儲層損害評價

壓裂液對儲層基質(zhì)的損害以巖心滲透率的變化來表征。影響壓裂液損害率大小的因素主要有巖心的礦物組成、滲透率的大小、壓裂液進入巖心的壓差和時間、壓裂液返排壓差、返排時間和壓裂液破膠的程度等。

評價方法：選取直徑為2.5 cm的油藏巖心柱（取至昆北切十六區(qū)塊切163井），按照行業(yè)標準《SY／T5107－2005水基壓裂液性能評價方法》進行壓裂液濾液對巖心基質(zhì)滲透率損害實驗。巖心抽真空用地層水飽和，裝入巖心流動實驗儀，反向擠入煤油，測損害前巖心滲透率，正向擠入壓裂液濾液，并使濾液在巖心中停留2 h，然后再反向擠煤油，測定損害后巖心滲透率，用公式計算壓裂液濾液對巖心基質(zhì)滲透率的損害率。對低濃度胍膠壓裂液與常規(guī)胍膠壓裂液進行了損害對比實驗，結(jié)果見表5。

表5 壓裂液濾液對巖心的損害對比

表5表明，低濃度胍膠壓裂液對巖心滲透率損害率為22.5%，明顯低于常規(guī)胍膠壓裂液體系（35.2%），降低了對儲層的傷害。

綜上所述，形成的低濃度胍膠壓裂液體系的主要性能指標符合企業(yè)指標要求。從表6看到，該壓裂液體系具有低濃度、低殘渣、低傷害、耐溫性好的特點，能滿足低滲透儲層壓裂工藝對壓裂液的要求。

3 低濃度胍膠壓裂液應(yīng)用效果評價

2012年，低濃度胍膠壓裂液體系在青海油田昆北區(qū)塊應(yīng)用55井次，措施有效率86.0%，平均單井加砂量23.28 m3，較該區(qū)塊2011年壓裂井提高35%；平均單井日產(chǎn)油4.05 t，增產(chǎn)倍數(shù)為該區(qū)塊2011年壓裂井的1.08倍。表明低濃度胍膠壓裂液降低了對儲層的二次傷害，有效改造了儲層，增產(chǎn)效果明顯。

表6 低濃度胍膠壓裂液的性能指標

2012年11月，低濃度胍膠壓裂液在青海油田紅柳泉區(qū)塊致密油水平井紅柳平1井成功應(yīng)用。主要施工參數(shù)為：排量4.5～5 m3／min，前置液776.5 m3，攜砂液903.4 m3，砂比16%～21%，破裂壓力68.2～75.7 MPa，最高施工壓力89.80 MPa?？偧由傲?50.5 m3，總液量1673.10 m3。該井首次在紅柳泉油田實現(xiàn)了“千方液、百方砂”的壓裂理念，措施后第20天抽汲排液，日產(chǎn)油11.25m3。紅柳平1井措施的成功，表明低濃度胍膠壓裂液具有良好的耐溫耐剪切黏度和攜砂能力。

4 低濃度胍膠壓裂液成本分析

開發(fā)的適用于青海油田低、中溫條件下使用的低濃度胍膠壓裂液體系，在滿足相同流變性能的條件下，可使低濃度胍膠壓裂液中的稠化劑濃度比常規(guī)胍膠壓裂液體系降低40%～50%，單方成本降低30%～38%。相同的使用溫度條件下，低濃度胍膠壓裂液與常規(guī)胍膠壓裂液稠化劑用量與壓裂液成本對比分析見表7。

表7 低濃度胍膠與常規(guī)胍膠壓裂液稠化劑用量與成本對比

2012年，青海油田使用低濃度胍膠壓裂液體系壓裂施工的總井數(shù)為87井次，壓裂液應(yīng)用規(guī)模為18521 m3，累計降低成本403.7萬元，降本成績顯著。

5 結(jié)論

（1）開發(fā)滿足40℃～90℃低滲透儲層壓裂需要的低濃度胍膠壓裂液的配方，羥丙基胍膠的使用濃度較常規(guī)胍膠壓裂液體系降低了40%～50%，殘渣含量減少一半，壓裂液具有抗剪切、攜砂能力強、破膠迅速徹底、破膠液表面張力、界面張力低等優(yōu)點。

（2）與常規(guī)胍膠壓裂液比較，低濃度胍膠壓裂液對儲層巖心滲透率損害小，降低了壓裂液對儲層和裂縫導(dǎo)流能力的傷害，能有效保護儲層，滿足低傷害要求，具有很好的應(yīng)用前景。

（3）低濃度胍膠壓裂液與常規(guī)胍膠壓裂液對比，單方成本降低30%～38%，性能更優(yōu)越。在青海油田試驗了87井次，壓裂液應(yīng)用規(guī)模為18521 m3，累計降低成本403.7萬元，壓裂增產(chǎn)效果明顯提高，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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（修改回稿日期 2013－09－03 編輯 景岷雪）

彭繼，女，1967年出生，油田化學工程師；畢業(yè)于重慶石油學校（1986年），主要從事油田壓裂液、酸化液的配方研究及應(yīng)用工作。地址：（736202）甘肅省敦煌市七里鎮(zhèn)青海油田鉆采工藝研究院儲層改造中心。電話：（0937）8920635，18993710865。E－mail：qypengj＠sina.com.cn