高溫防水鎖低傷害壓裂液技術

陳介驕

（中國石化西南石油工程公司井下作業(yè)分公司，四川 德陽 618000）

0 引言

XC須家河組須二儲層埋深4 500～6 000 m，溫度110～160℃，屬高溫氣藏，儲層孔隙度主要分布在2%～4%，滲透率主要分布于0.01～0.1 mD，孔隙發(fā)育、基質滲透性極差，儲層黏土礦物成分以伊利石為主（67.2%），具有中等水敏、強水鎖特征，發(fā)育一定程度的裂縫，由于儲層條件和工藝要求對壓裂液性能要求較高，以致前期須家河組氣藏壓裂工作進展緩慢，亟待開展壓裂液技術攻關。

1 低傷害壓裂液需求分析

1.1 儲層地質特征對壓裂液的需求

1）須二儲層溫度高，要求壓裂液具有良好的耐溫耐剪切性能，以確保壓裂施工的順利完成。

2）儲層特低孔滲性、微孔喉結構特征，且存在強的水鎖傷害，要求壓裂液一方面降低瓜膠濃度以降低殘渣傷害，另一方面需要提高潤濕接觸角，降低毛管力和返排時的啟動壓力梯度［1-3］；同時需降低表面張力，達到盡量降低或解除水鎖傷害的目的。

3）儲層具有中等水敏特征，要求壓裂液具有高效的黏土防膨防運移能力［4］，與地層流體具有較好的配伍性。

4）須家河儲層發(fā)育一定的天然裂縫，要求壓裂液具有較好的降濾性能。

1.2 壓裂工藝對壓裂液的需求

1）須二氣藏儲層致密，且厚度大（但砂體厚度通常為50～100 m），加砂壓裂要求盡可能造長縫、盡可能溝通儲層天然裂縫，因此需采用大規(guī)模加砂壓裂改造，由于大規(guī)模壓裂施工時間長，因此要求壓裂液具有高溫條件下長時間剪切穩(wěn)定性，保持較好的攜砂性能，確保大型加砂壓裂施工的順利完成［5-6］。

2）由于儲層特低孔低滲，且水鎖傷害嚴重，因此要求壓裂液能及時、快速破膠，達到壓后快速返排、降低傷害的目的。

總之，須家河組氣藏壓裂液應具有耐高溫、耐剪切、低濾失、易返排、防水鎖、低傷害等性能特點。

2 壓裂液體系及性能評價

2.1 低傷害壓裂液體系

通過室內實驗，對壓裂液添加劑如稠化劑、助排劑、黏土穩(wěn)定劑等進行優(yōu)選，尤其是對降低傷害、解除水鎖、降低表面張力的多功能增效劑進行了優(yōu)選和研制，在選擇性能優(yōu)良及配伍性好的添加劑基礎上，同時對添加劑加量進行優(yōu)化，調試出適合120～140℃儲層溫度的低傷害壓裂液配方［7-9］：

0.55%瓜膠＋0.3%殺菌劑＋0.5%黏土穩(wěn)定劑＋0.5%助排劑＋1.5%溫度穩(wěn)定劑＋0.5%增效劑＋0.12%pH值調節(jié)劑（pH=9～10）；交聯(lián)劑：0.35%有機硼鋯復合交聯(lián)劑［10］。

2.2 壓裂液體系性能評價

2.2.1 流變性能評價

采用M5500高溫高壓流變儀在120℃下對壓裂液進行流變實驗，實驗結果見圖1。壓裂液在120℃下連續(xù)剪切210 min黏度為62.8 mPa·s，能夠滿足地層溫度120℃～140℃下3 h以上的加砂壓裂施工需要。

圖1 0.55%配方流變曲線圖

2.2.2 破膠性能評價

對0.55%配方進行了破膠實驗，從實驗數(shù)據(jù)（表1）可知該體系破膠徹底；另外采用TX500C全量程界面張力儀測得破膠液表面張力為24.95 mN／m，說明界面張力較低，也有利于破膠液返排。

2.2.3 濾失性能評價

從壓裂液濾失實驗結果（表2）可以看出，隨著溫度的增加，壓裂液的濾失速度逐漸變快，但初濾失量逐漸減小，測定的壓裂液濾失系數(shù)為8.4×10-4m／min-1／2。由于須二儲層發(fā)育一定程度的天然裂縫，較低的濾失可使壓裂液攜帶盡可能高濃度的支撐劑，產(chǎn)生較大的裂縫體積，提高支撐裂縫的導流能力和壓裂液效率，同時可保障壓裂施工的順利進行。

表1 壓裂液靜態(tài)破膠實驗數(shù)據(jù)表（0.55%胍膠）

表2 濾失系數(shù)測定結果表（120℃）

2.2.4 膨脹性能評價

實驗測試該壓裂液配方防膨率為81.25%，說明該體系具有較好的黏土防膨性能，可有效減少黏土膨脹和顆粒運移，最大限度地降低壓裂液對儲層的傷害。

2.2.5 壓裂液傷害性能評價

1）基質巖心傷害評價。采用須家河須二段儲層巖心進行巖心傷害實驗，傷害率僅為15%，表明該液體可以大大降低儲層傷害。

2）降低水鎖傷害性能。選取X11井須二段儲層巖心，采用研制出的壓裂液和常規(guī)壓裂液體系，分別進行了水鎖傷害及傷害后的滲透率恢復實驗測試。實驗結果如圖2所示。由圖2可以看出，研制的高溫防水鎖壓裂液配方24 h巖心滲透率恢復率接近90%，解除水鎖傷害程度較高，且較常規(guī)壓裂液配方，滲透率恢復率提高了20%。

2.2.6 與國外公司類似配方性能對比

筆者研究的高溫低傷害壓裂液配方與國外配方性能參數(shù)對比見表3，兩種配方壓裂液高溫條件下保持黏度、壓裂液的表面張力與壓裂液殘渣含量大致相同，通過與國外公司壓裂液配方對比，自主調試壓裂液性能達到國外壓裂液水平，其壓裂液在120℃下剪切210 min，黏度在60 mPa·s以上，能夠經(jīng)受長時間剪切，可滿足高溫儲層大規(guī)模加砂壓裂改造施工的需要。

圖2 須二氣藏不同壓裂液配方滲透率恢復數(shù)據(jù)圖

表3 高溫低傷害壓裂液與國外壓裂液性能參數(shù)對比表

3 現(xiàn)場應用

采用研制出的壓裂液配方，在X10井須二氣藏進行了應用，該井儲層深度為4 692～4 756 m，地層溫度120℃，順利完成壓裂液1 012.34 m3，支撐劑141.4 t（83.2m3）的大型加砂壓裂施工。壓后開井排液，10 h返排率為61%；17 h返排率為69%；31 h返排率為81.3%，返排速度遠高于同類井采用國外公司液體63 h僅76%的返排速率，并在油壓11.8 MPa，套壓13 MPa下測試天然氣產(chǎn)量為2.140 2×104m3／d（水產(chǎn)量31.2 m3／d）。

4 結論

1）研究出的壓裂液具有高溫抗剪切性好、防膨性能好、破膠徹底、低傷害、防水鎖、低濾失性能，滿足XC須二氣藏120℃～140℃儲層對壓裂液的性能要求。

2）研制出的壓裂液現(xiàn)場應用施工順利，返排速率較國外同類壓裂液更快，可有效降低儲層傷害，增產(chǎn)效果明顯。

3）筆者的研究為XC須二氣藏的有效開發(fā)提供了關鍵技術支撐，可為類似氣藏提供借鑒思路。

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