致密油層體積壓裂滑溜水體系研究及在昌吉油田的應(yīng)用

陳效領(lǐng)，李帥帥，劉 勇

(中國石油西部鉆探有限公司井下作業(yè)公司，新疆克拉瑪依 834000)

致密油層體積壓裂滑溜水體系研究及在昌吉油田的應(yīng)用

陳效領(lǐng)，李帥帥，劉 勇

(中國石油西部鉆探有限公司井下作業(yè)公司，新疆克拉瑪依 834000)

針對昌吉油田致密油水平體積壓裂要求，研制出新型耐溫耐鹽降阻劑WH24及具有助排、破乳、黏土防膨和殺菌作用為一體的多功能增效劑。通過室內(nèi)實驗對滑溜水體系進(jìn)行評價，直管降阻實驗結(jié)果顯示質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.06%～0.1%降阻劑的滑溜水降阻效果明顯。大排量連續(xù)混配滑溜水體系在昌吉油田致密油層3口水平井共計55層的壓裂施工成功率 100 %，滑溜水施工排量11 m3/min，降阻率相比清水可降低80%。該滑溜水體系出色的降阻效果為昌吉油田致密油層的體積壓裂成功實施奠定了基礎(chǔ)，同時也節(jié)約了成本，減少了環(huán)境污染。

昌吉油田；致密油；體積壓裂；滑溜水；降阻劑

準(zhǔn)葛爾盆地昌吉油田吉174井區(qū)蘆草溝組目的層為致密低滲的泥質(zhì)粉砂巖儲層，巖石脆性中等，需要對儲層進(jìn)行壓裂改造才能生產(chǎn)。根據(jù)吉174井部分巖心分析結(jié)果得出儲層黏土礦物總含量不高，水敏性不強(qiáng)，有利于大液量施工和縫網(wǎng)形成；該井部分層段裂縫發(fā)育。對于致密儲層，天然裂縫發(fā)育的儲層形成復(fù)雜縫網(wǎng)的可能性更大。 因此可以采用復(fù)合壓裂方式，在前置液前期實用滑溜水造復(fù)雜裂縫，后期加入交聯(lián)凍膠造主裂縫。

1 致密油層體積壓裂滑溜水體系研究

在致密油層的開發(fā)中，大排量、大液量體積壓裂是關(guān)鍵技術(shù)，其中滑溜水降阻性能的好壞關(guān)系著體積壓裂的效果。根據(jù)體積壓裂工藝要求和昌吉油田致密油儲層特點(diǎn)，滑溜水主要由降阻劑、多功能增效劑構(gòu)成。

1.1 降阻劑WH24的研究[1-2]

在壓裂施工過程中，壓裂液由井口到目的層因動能傳遞的速度差異而產(chǎn)生摩阻變化。昌吉油田致密油水平井斜深超過5 000 m，由管柱摩阻計算軟件可以算出，11 m3/min排量在4.5″套管內(nèi)清水摩阻超過100 MPa。因此需要選擇降阻率高的降阻劑來保證壓裂施工的安全進(jìn)行。聚丙烯酰胺類降阻劑具有降阻性能高、使用濃度低、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，因此國外頁巖體積壓裂中降阻劑主要使用乳液聚丙烯酰胺。從摩阻產(chǎn)生的原因確定新型降阻劑的研究思路：①縮小壓裂液因動能產(chǎn)生的速度差異；②通過軸承原理來降低接觸面積；③使接觸面變性。根據(jù)降阻的思路確定出通過線型高彈性分子與納米微球結(jié)合來設(shè)計降阻劑分子架構(gòu)，最終研制出降阻性能優(yōu)異的聚丙烯酰胺類降阻劑WH24。通過大量室內(nèi)實驗得出質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.06%～0.1%的WH24加量在黏度和降阻性能上能達(dá)到致密油層體積壓裂施工的要求。

1.2 多功能增效劑的研制

昌吉油田二疊系蘆草溝組致密油層屬于中質(zhì)、較高凝固點(diǎn)的高含蠟原油，原油易發(fā)生乳化現(xiàn)象。儲層黏土礦物含量低，儲層敏感性弱。 因此滑溜水體系需要添加破乳劑、助排劑、殺菌劑和黏土防膨劑。由于液添加劑較多，現(xiàn)場連續(xù)配液設(shè)備無足夠液添泵來滿足各種添加劑的現(xiàn)場加入，因此通過配伍實驗研制了多功能增效劑，該增效劑為淺黃色均一液體，pH值為6～7，多功能增效劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6 %～1.0%時可以同時滿足破乳、助排、黏土防膨、殺菌標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠達(dá)到現(xiàn)場應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 破膠劑的選擇

雖然降阻劑WH24用量較少，但WH24分子若留在儲層，會對儲層有一定傷害。為減少滑溜水對儲層的傷害，盡量使其返排，需要對滑溜水進(jìn)行徹底破膠。昌吉油田致密油壓裂井目的層溫度為86℃，常規(guī)的氧化破膠劑在此溫度下活性高，凍膠極易破膠，影響壓裂施工。因此通過室內(nèi)實驗優(yōu)選了膠囊破膠劑KJWP，其原理就是在常規(guī)過硫酸鹽顆粒表面包裹一層特殊的高分子材料，使其在施工過程不釋放出破膠活性物質(zhì)，而是在壓后裂縫閉合后釋放出大量破膠劑，使壓裂液徹底破膠。模擬壓裂施工過程中溫度場的變化，室內(nèi)在不同溫度下進(jìn)行破膠實驗，確定出0.02%～0.03%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的膠囊破膠劑加量既能保證延遲破膠，又能達(dá)到凍膠破膠徹底的效果，可以保證壓裂施工的安全進(jìn)行。

1.4 滑溜水的性能評價[3]

室內(nèi)對不同濃度WH24的黏度進(jìn)行了評價，由圖1可以看出，降阻劑WH24在水中溶脹極快，在連續(xù)混配車出口就能基本溶脹完全。

圖1 不同濃度WH24黏度隨時間變化對比

降阻劑在加入湍流流體后，能起到流量增加和摩阻降低的效果，當(dāng)輸出壓力恒定時，降阻效果表現(xiàn)為流量的增加，當(dāng)流量一定時表現(xiàn)為摩阻壓降的降低，對于一個特定的壓裂管柱，當(dāng)其管徑、長度等基本參數(shù)以及輸送的流體確定后，同一流速下摩阻的大小與摩阻壓降有直接關(guān)系，降阻率可以用管道兩端摩阻壓降降低的百分率來表示：

式中：ΔP0——未注入降阻劑時管段的摩阻壓降，MPa；ΔPDR——注入降阻劑后相同流量下管段的摩阻壓降，MPa；DR——降阻率，%。

室內(nèi)對加量為0.06%WH24的滑溜水進(jìn)行降阻率測試，實驗溫度為30 ℃，管道直徑為10 mm、長度為2.5 m的直管，測試結(jié)果見表1。

由表1可以看出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%WH24的滑溜水降阻效果明顯，隨著流量的升高，滑溜水的降阻效果越明顯。

由于聚合物在高溫下存在一定的降解現(xiàn)象，因此室內(nèi)對不同溫度下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%WH24的滑溜水進(jìn)行降阻率測試，結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，不同溫度下滑溜水的降阻率變化不大，說明該滑溜水體系耐溫能力較強(qiáng)。

表1 不同流量下滑溜水降阻率測試結(jié)果

圖2 不同溫度下滑溜水的降阻率

由于現(xiàn)場配液的水大多都是地下水，不同地區(qū)地下水的礦化度不一樣，因此室內(nèi)對不同礦化度下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%WH24的滑溜水進(jìn)行降阻率測試，結(jié)果見圖3。礦化度越高，現(xiàn)場連續(xù)混配的滑溜水的出口溶脹率越低，稠化劑完全溶脹所需的時間相應(yīng)更長；完全溶脹后測試不同礦化度配制的滑溜水的降阻率可以發(fā)現(xiàn)，隨著礦化度增加，滑溜水的降阻率略有下降，但基本都維持在60%以上。

圖3 不同礦化度對降阻率及稠化劑溶脹率的影響

室內(nèi)對滑溜水進(jìn)行完全破膠，對破膠液進(jìn)行測定，結(jié)果見表2。由表2可以看出，該壓裂液體系各項性能均能滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2014年7月到9月，用連續(xù)混配壓裂液進(jìn)行了昌吉油田致密油層3口水平井共計55層的壓裂施工，施工成功率 100 %。3口水平井的壓裂目的層深度為3 458～5 325 m，井溫86 ℃，儲層平均孔隙度10.99%，平均滲透率0.012×10-3μm2?，F(xiàn)場滑溜水配方為：0.06%～0.1%WH24+0.6 %～1.0% 多功能增效劑+0.02%KJWP?，F(xiàn)場連續(xù)配制滑溜水25 377 m3，施工中滑溜水最大排量11.6 m3/min，出口黏度合格率100%。

表2 滑溜水破膠液性能測試結(jié)果

由圖4可以看出，前期應(yīng)用滑溜水施工時，排量為11.1 m3/min時，壓力63 MPa；虛線右側(cè)胍膠壓裂液排量為11.1 m3/min時，壓力68.7MPa；胍膠壓裂液排量為8 m3/min時，壓力61 MPa，因此滑溜水降阻效果明顯。由曲線可以看出該層停泵壓力為45.7 MPa，可以算出11.1 m3/min排量下滑溜水的摩阻為17.3 MPa，胍膠壓裂液摩阻為23 MPa。根據(jù)管柱摩阻計算軟件可以算出，11.1 m3/min排量下，在4.5寸套管內(nèi)清水在該層的摩阻為83.42 MPa，因此可以算出滑溜水的降阻率為79.26%，胍膠壓裂液降阻率為72.4%。因此，出色的降阻效果保證了致密油層體積壓裂的順利進(jìn)行。

圖4 JHW019第13級壓裂施工曲線

3 結(jié)論及建議

(1)針對昌吉油田致密油層水平體積壓裂要求，研制出了新型降阻劑WH24和具有助排、破乳、黏土防膨和殺菌作用為一體的多功能增效劑。

(2)通過室內(nèi)實驗對滑溜水體系進(jìn)行評價，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.06%～0.1%降阻劑的滑溜水降阻效果明顯，耐溫耐鹽性能優(yōu)異。

(3)大排量連續(xù)混配滑溜水體系在昌吉油田致密油層3口水平井共計55層的壓裂，施工成功率 100 %，滑溜水施工排量11 m3/min，降阻率相比清水可降低80%左右。出色的降阻效果為昌吉油田致密油層的體積壓裂成功奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

(4)滑溜水的現(xiàn)場大排量連續(xù)混配減少了滑溜水的浪費(fèi)，節(jié)約了大量成本，減少了環(huán)境污染。

[1] 陳鵬飛，劉友權(quán).頁巖氣體積壓裂滑溜水的研究及應(yīng)用[J].石油與天然氣化工，2013,42(3)：270-273.

[2] 沃良華，廖其奠.添加劑分子結(jié)構(gòu)對減阻性能的影響和減阻效果的實驗結(jié)果[J].上海機(jī)械學(xué)院學(xué)報，1991,13(1)：9-11.

[3] 許冬進(jìn)，廖銳全.致密油水平井工廠化作業(yè)模式研究[J].特種油氣藏，2014,21(3):1-7.

編輯：李金華

1673-8217(2015)05-0119-03

2015-05-19

陳效領(lǐng)，高級工程師，1975年生，現(xiàn)主要從事酸化壓裂作業(yè)和管理工作。

中國石油集團(tuán)公司統(tǒng)籌項目“重大技術(shù)現(xiàn)場試驗與應(yīng)用”(編號：2014T-003-006)。

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