延長氣田壓裂液體系室內(nèi)評價研究

李文博

（陜西延長石油油氣勘探公司勘探開發(fā)部，陜西延安 716000）

壓裂液體系的性能是關(guān)乎整個壓裂施工作業(yè)成敗及壓裂效果的關(guān)鍵點(diǎn)之一。性能好的壓裂液不但能夠保障壓裂施工的順利進(jìn)行，而且能夠保護(hù)儲層，獲得理想的增產(chǎn)效果。壓裂過程中，要求壓裂液具有高的攜帶支撐劑的能力、低的摩阻力及在不同的幾何空間、不同的流動狀態(tài)下優(yōu)良的承受破壞的能力。能否達(dá)到完善這些性能，首要的工作在于對壓裂液流變性能進(jìn)行正常評價。壓裂液性能的測試和評價是為配制和選用壓裂液提供依據(jù)，為壓裂設(shè)計(jì)提供參考。

1 壓裂液體系性能評價

壓裂液的作用是攜帶支撐劑進(jìn)入裂縫后破膠排出。體系良好的耐溫耐剪切和破膠性能是保證施工順利的前提。

室內(nèi)根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5107－2005《水基壓裂液性能評價方法》，對體系進(jìn)行了評價。

1.1 壓裂液配方

基液：0.5 %羥丙基瓜爾膠+0.5 %助排劑+0.1 %殺菌劑+0.12 %Na2CO3+0.5 %起泡劑+0.5 %粘土穩(wěn)定劑。

交聯(lián)劑：將交聯(lián)劑A 和交聯(lián)劑B 按100:10 充分混合均勻后，用蒸餾水稀釋到50 %。

交聯(lián)比：100：0.5。

1.2 壓裂液性能評價

1.2.1 配伍性 室內(nèi)按壓裂液配方中各添加劑的使用濃度，依次將添加劑加入100 mL 工業(yè)水中，分別置于20 ℃和95 ℃水浴鍋中，觀察不同時間下該液體的狀態(tài)，測試壓裂液添加劑之間的配伍性，測試結(jié)果（見表1）。測試結(jié)果表明該配方中各添加劑在95 ℃及20 ℃下配伍性良好。

表1 配伍性測試結(jié)果

1.2.2 基液性能 現(xiàn)場施工受氣候、機(jī)械、操作習(xí)慣等諸多不確定性因素影響較大，壓裂液基液參數(shù)是現(xiàn)場質(zhì)量控制的重要判斷標(biāo)準(zhǔn)，基液性能的穩(wěn)定性對于降低作業(yè)風(fēng)險和成本是至關(guān)重要的。室內(nèi)采用工業(yè)用水按照體系配方配制基液，在室溫20 ℃條件下實(shí)時檢測基液參數(shù)變化，結(jié)果（見表2），可以看出基液性能穩(wěn)定性較好。

表2 基液性能測試結(jié)果

1.2.3 交聯(lián)時間及交聯(lián)狀態(tài) 交聯(lián)狀態(tài)是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下直觀評價壓裂液體系，和現(xiàn)場調(diào)整交聯(lián)比的重要依據(jù)，延遲交聯(lián)時間的長短也決定著施工管柱摩阻的大小。室內(nèi)在20 ℃下測試了壓裂液的交聯(lián)時間及交聯(lián)狀態(tài)，測試結(jié)果（見表3）。

表3 交聯(lián)情況測試結(jié)果

1.2.4 耐溫耐剪切性能 壓裂液的作用是攜帶支撐劑順利進(jìn)入裂縫，并形成較好的鋪置狀態(tài)。攜砂液在裂縫內(nèi)的高溫高壓剪切條件下，只有保持較高粘度，才能保證較小的濾失和很好的攜砂能力，以確保支撐劑緩慢沉降，隨流體推向裂縫遠(yuǎn)端，形成良好支撐面，保證裂縫閉合后的導(dǎo)流能力。

室內(nèi)應(yīng)用美國BROOKFIELD 公司PVS 型高溫高壓流變儀在95 ℃、3.5 MPa、170 s-1剪切速率下評價了體系凍膠的耐溫耐剪切性能，結(jié)果表明該壓裂液交聯(lián)凍膠在95 ℃下剪切90 min 后粘度保持在100 mPa·s以上，具有較好的耐溫抗剪切性能。

圖1 95 ℃下的耐溫耐剪切曲線

圖2 85 ℃下的耐溫耐剪切曲線

1.2.5 破膠性能 壓裂施工后，必須及時徹底破膠，才能保證返排順利進(jìn)行，降低液體對儲層滲透率和支撐裂縫導(dǎo)流能力的傷害，同時在該破膠劑的加量下，必須保證壓裂液有一定的粘度和較好攜砂能力，避免過早脫砂導(dǎo)致砂堵，影響改造措施效果（見表4、表5）。

表4 95 ℃破膠性能

表5 85 ℃破膠性能

表6 體系破膠液殘?jiān)?/p>

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該壓裂液體系在3 h 以內(nèi)皆能徹底破膠，破膠液粘度在5 mPa·s 左右。

1.2.6 殘?jiān)?壓裂液殘?jiān)怯绊懼瘟芽p導(dǎo)流能力的重要因素。破膠液殘?jiān)荋PG 中水不溶物和壓裂液中各種添加劑之間經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)后留下的難溶于水組份的綜合，當(dāng)交聯(lián)凍膠破膠后，這些組份或吸附在裂縫壁面，或被支撐劑過濾，隨著破膠液的返排和天然氣的流動，殘?jiān)饾u滲透進(jìn)入堵塞孔喉或支撐裂縫，降低裂縫導(dǎo)流能力。

室內(nèi)在95 ℃、不同APS 加量條件下制備破膠液，離心烘干稱量得出體系的破膠液殘?jiān)?，結(jié)果（見表6）。

1.2.7 靜態(tài)濾失性能 壓裂液進(jìn)入裂縫后，在壓差作用下，液體進(jìn)入巖石孔隙空間，聚合物被過濾滯留在巖石表面形成濾餅，一方面降低濾失，一方面?zhèn)?。從施工角度來講，控制液體濾失是有效壓裂作業(yè)的關(guān)鍵。同等條件下，濾失系數(shù)的大小直接決定著液體效率的高低，是壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)確定的重要依據(jù)。

室內(nèi)應(yīng)用GGS71-A 型高溫高壓濾失儀評價了體系凍膠在3.5 MPa 壓差下的靜態(tài)濾失性能。

表7 靜態(tài)濾失性能評價結(jié)果

1.2.8 破膠液性能 室內(nèi)測試了壓裂液破膠液的表面性能、粘土防膨性能及起泡性能，測試結(jié)果為：破膠液表面張力為30.72 mN/m，粘土防膨率為75.9 %，泡沫質(zhì)量為87.1 %，半衰期為10.6 min。

1.2.9 破膠液對巖心基質(zhì)滲透率的損害率 使用美國TEMCO 公司生產(chǎn)的酸化多功能巖心驅(qū)替模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測試了壓裂液破膠液對巖心基質(zhì)滲透率的損害率，試驗(yàn)步驟如下：

標(biāo)準(zhǔn)鹽水飽和→濕氮?dú)庹蝌?qū)替測試損害前巖心滲透率→反向破膠液驅(qū)替2 倍孔隙體積，損害2 h→濕氮?dú)庹蝌?qū)替測試損害后巖心滲透率。試驗(yàn)測試結(jié)果（見表8）。

表8 巖心基質(zhì)滲透率損害率測試結(jié)果

壓裂液體系對延長氣田延497 井山2 層巖心平均損害率為21.1 %，小于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)30 %。

2 結(jié)論

（1）參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，評價了延長氣田壓裂液各添加劑性能，結(jié)果表明各添加劑性能良好。壓裂液體系性能評價結(jié)果表明，體系具有較好的交聯(lián)、耐溫抗剪切、破膠、助排、粘土防膨、起泡、巖心損害率等性能。

（2）以后生產(chǎn)中根據(jù)實(shí)際需要和所遇到的問題，可進(jìn)一步做新型壓裂液的室內(nèi)研究和現(xiàn)場試驗(yàn)評價。

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