壓裂用水溶性暫堵劑的研究與現(xiàn)場應(yīng)用

汪小宇

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018；3.中國石油天然氣集團(tuán)公司油氣藏改造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室－CO2壓裂增產(chǎn)研究室，陜西西安710018）

壓裂用水溶性暫堵劑的研究與現(xiàn)場應(yīng)用

汪小宇1，2，3

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018；3.中國石油天然氣集團(tuán)公司油氣藏改造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室－CO2壓裂增產(chǎn)研究室，陜西西安710018）

縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)是在水力壓裂過程中加入暫堵劑，在水力壓裂主裂縫通道內(nèi)暫時形成橋堵，產(chǎn)生升壓效應(yīng)，從而壓開新的支裂縫或溝通更多微裂縫，增大油/水層泄流面積，實(shí)現(xiàn)油/水井的增產(chǎn)增注。暫堵劑是縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前在用的大部分為油溶性暫堵劑，不太適用于高含水油井及注水井。本文研制出一種水溶性壓裂暫堵劑WSA，對其性能進(jìn)行了研究，并開展了六口井的現(xiàn)場應(yīng)用，結(jié)果表明，水溶性暫堵劑WSA滿足縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂工藝要求，取得了良好的增產(chǎn)增注效果。

水溶性；暫堵劑；縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)；現(xiàn)場應(yīng)用

縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)是在水力壓裂過程中加入暫堵劑，在水力壓裂主裂縫通道內(nèi)暫時形成橋堵，產(chǎn)生升壓效應(yīng)，從而壓開新的支裂縫或溝通更多微裂縫，增大油/水層泄流面積，實(shí)現(xiàn)油/水井的增產(chǎn)增注［1-4］。暫堵劑是完成縫內(nèi)橋堵，實(shí)現(xiàn)縫內(nèi)轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵所在，其性能應(yīng)滿足以下三方面要求［5-6］：（1）轉(zhuǎn)向劑在地層環(huán)境下必須具有一定變形但變形后有一定強(qiáng)度，應(yīng)具有塑性特征，與剛性支撐劑混合后能發(fā)揮更好的裂縫封堵效果。（2）水力壓裂結(jié)束后，在排液過程中暫堵劑可溶于原油，快速排出。（3）常溫下暫堵劑應(yīng)具有一定強(qiáng)度，不粘泵、易泵送。目前在用的大部分為油溶性暫堵劑，對于高含水油井及注水井，裂縫封堵效果下降，解除堵塞時間較長，返排速度受到限制。本文研制出一種適用于高含水油井及注水井縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂用的水溶性暫堵劑，對其性能進(jìn)行了研究，并開展了六口井的現(xiàn)場應(yīng)用。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

主要實(shí)驗(yàn)儀器：感量為0.001 g天平（美國梅特勒公司），RS6000模塊化旋轉(zhuǎn)流變儀（德國賽默飛世爾公司），K100表/界面張力儀（德國Kruss公司）。

主要實(shí)驗(yàn)藥品：水溶性暫堵劑WSA、VES清潔壓裂液（實(shí)驗(yàn)室自制）。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1體積密度、視密度的測定方法按SY/T5108-2006《壓裂支撐劑性能指標(biāo)及測試推薦方法》中12.1體積密度測試和12.2視密度測試執(zhí)行，視密度測試時將標(biāo)準(zhǔn)中所用的水換為無水煤油。

1.2.2最低軟化溫度測定方法取10 g水溶性暫堵劑WSA樣品放入清潔干燥的燒杯中，置于電子可控恒溫水浴中，恒溫水浴鍋從30℃開始升溫，每升高1℃保持恒溫5 min，保溫階段用玻璃棒感觸樣品，樣品開始軟化變形時，電子恒溫水浴鍋所對應(yīng)的溫度即為暫堵劑的最低軟化溫度值。

1.2.3溶解度的測定方法將盛有100 mL水的具塞廣口瓶置于一定溫度的恒溫水浴鍋中，每次加入約0.5 g水溶性暫堵劑WSA樣品，觀察溶解情況。如果溶解，則再次加入，直至不能溶解為止。記錄加入水溶性暫堵劑WSA的質(zhì)量。酸溶性測定時將水換成酸。

1.2.4對壓裂液耐溫耐剪切、破膠、表界面張力性能以及殘?jiān)坑绊懺u價(jià)方法按2%質(zhì)量比將水溶性暫堵劑WSA加入自來水中，放置45℃下，等WSA完全溶解并涼至室溫后，分別用溶解后的水、自來水正常配制壓裂液。按石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5107-2005《水基壓裂液性能評價(jià)方法》分別測試壓裂液耐溫耐剪切性能、破膠性能、破膠液表界面張力、殘?jiān)?，其中破膠液表界面張力測試按石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/ T5370-1999《表面及界面張力測定方法》執(zhí)行，取破膠液下層清液，在30℃±1℃下，用K100表/界面張力儀測定，采用掛片法。

2　結(jié)果與討論

2.1藥劑配方

本文中水溶性壓裂暫堵劑WSA的研制基于以下原則：（1）水溶性好，適應(yīng)溫度范圍寬；（2）暫堵強(qiáng)度高，有一定的有效期；（3）施工簡單，作業(yè)費(fèi)用低；（4）材料來源廣，售價(jià)低。水溶性暫堵劑WSA由A劑、B劑、C劑、D劑制成，其中A：B：C：D的質(zhì)量比為3.5：0.5：1：1。

2.2水溶性壓裂暫堵劑WSA作用機(jī)理

在高壓下，暫堵劑隨著壓裂液一同注入井中，進(jìn)入較高滲透層段，壓裂液通過暫堵劑并濾出濾液，使暫堵劑表層的A劑溶解，在壓差的作用下緊密地聯(lián)結(jié)在一起，形成致密的濾餅，阻擋壓裂液繼續(xù)進(jìn)入地層，達(dá)到封堵目的。當(dāng)壓裂結(jié)束后，在水和破膠水化的壓裂液的作用下，暫堵劑中的B劑先溶解于水，增加了水溶面積，繼而使C、A劑先后溶解于水排出地層。

2.3水溶性暫堵劑WSA性能評價(jià)

2.3.1基本性能參數(shù)水溶性暫堵劑WSA為固體顆粒，具有一定的硬度，受力情況下呈現(xiàn)脆性破壞，不粘泵；當(dāng)溫度達(dá)到一定值時，暫堵劑顆粒軟化；隨水力壓裂排液過程，水溶性暫堵劑WSA可完全溶解、排出。

表1　水溶性暫堵劑WSA基本性能參數(shù)

2.3.2在水和酸中的溶解度測定室內(nèi)評價(jià)了水溶性壓裂暫堵劑WSA在水和土酸中的溶解度，結(jié)果（見表2）。

表2　不同溫度下WSA的溶解度

由表2可知，WSA在水和酸中均具有良好的溶解性，從室內(nèi)研究結(jié)果來看，WSA也能夠用于油井的酸化改造，用作酸化暫堵劑。

2.3.3對壓裂液耐溫耐剪切性能影響評價(jià)由于水溶性暫堵劑WSA溶于水，而目前壓裂液均采用水基壓裂液，水溶性暫堵劑在短時間內(nèi)會溶解一部分，從而對壓裂液性能產(chǎn)生一定影響。室內(nèi)評價(jià)了加入2%水溶性暫堵劑WSA對VES清潔壓裂液的耐溫耐剪切性能影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖1和圖2）。

圖2　加入WSA后壓裂液耐溫耐剪切性能

由圖1、圖2可知，未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液體系在60℃下連續(xù)剪切90 min后，粘度均能保持50 mPa·s左右，說明水溶性暫堵劑WSA不影響VES清潔壓裂液體系的耐溫耐剪切性能。

2.3.4對壓裂液破膠性能影響評價(jià)室內(nèi)評價(jià)了未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液體系在60℃條件下的破膠性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表3）。

表3　對壓裂液破膠性能影響

由表3可知，未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液體系破膠性能相當(dāng)，在60℃、150 min內(nèi)均能徹底破膠，滿足SY/T6376-2008《壓裂液通用技術(shù)條件》要求。

2.3.5對壓裂液破膠液表界面張力影響評價(jià)室內(nèi)評價(jià)了未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液體系的表界面張力，結(jié)果（見表4）。

表4　對壓裂液破膠液表界面張力影響

由表4可知，未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液破膠液表界面張力相比較，后者表界面張力略有增加，但增加幅度不大，不影響壓裂液返排性能。2.3.6對壓裂液破膠液殘?jiān)坑绊懺u價(jià)室內(nèi)評價(jià)了未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液體系的殘?jiān)浚Y(jié)果（見表5）。

表5　對壓裂液破膠液殘?jiān)坑绊?/p>

由表5可知，未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液破膠液殘?jiān)肯啾容^，后者殘?jiān)柯杂性黾?，但增加幅度不大，滿足SY/T6376-2008《壓裂液通用技術(shù)條件》要求，不影響壓裂液性能。

3　現(xiàn)場應(yīng)用

水溶性暫堵劑WSA應(yīng)用于縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)，截止目前已開展了6口井的現(xiàn)場應(yīng)用，施工成功率100%，措施有效率83.3%，取得了良好的增產(chǎn)增注效果。以X133井為例，X133井屬于長慶油田A區(qū)塊一口注水井，屬于增注難度大井，前期增注措施效果不理想。應(yīng)用水溶性暫堵劑加VES清潔壓裂液縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)對該井開展重復(fù)改造試驗(yàn)，壓裂施工曲線（見圖3）。如圖所示在前置液階段（即圖示時間軸6 min左右）加入200 kg水溶性暫堵劑WSA，隨后泵壓開始有明顯上升，表示暫堵劑已經(jīng)到達(dá)地層裂縫中并開始發(fā)生作用，壓力上升約10 MPa，在圖示的10 min左右處達(dá)到最大值，后有裂縫轉(zhuǎn)向、新裂縫開啟的特征顯示，隨后按設(shè)計(jì)加砂16 m3。

圖3　X133井施工曲線

表6　X133井措施前后生產(chǎn)狀況對比

措施后首次注水，油壓10 MPa，套壓9.5 MPa，配注20 m3，實(shí)注21 m3，措施降壓5.2 MPa，日增注14 m3；措施后5個月，平均日增注7.8 m3，累計(jì)增注1 163 m3，說明水溶性暫堵劑WSA發(fā)揮了很好的暫堵升壓作用，實(shí)現(xiàn)了縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂工藝目標(biāo)，取得了較好的增注效果。

4　結(jié)論

（1）本文研制出的水溶性暫堵劑WSA具有一定的硬度，最低軟化溫度達(dá)90℃；WSA在水和酸中均具有良好的溶解性，僅從室內(nèi)研究結(jié)果來看，WSA也能夠用作酸化暫堵劑，用于油井的酸化改造。

（2）室內(nèi)評價(jià)結(jié)果顯示，水溶性暫堵劑WSA對VES清潔壓裂液的耐溫耐剪切、破膠、表界面張力性能以及殘?jiān)坑绊懞苄　?/p>

（3）六口井現(xiàn)場試驗(yàn)表明，水溶性暫堵劑WSA不影響壓裂液各項(xiàng)性能，發(fā)揮了很好的暫堵升壓作用，實(shí)現(xiàn)了縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂工藝目標(biāo)，取得了較好的增產(chǎn)增注效果。

［1］宋振云，任雁鵬，吳增智.一種產(chǎn)生多縫水力壓裂工藝［P］.中國發(fā)明專利.ZL 03134303.1，2009.

［2］宋振云，等.The application of in-fissure divert fracturing technology in ultra-low permeability oilfield［C］.2009年國際石油技術(shù)大會，2009，12.

［3］蒲曉林，等.用屏蔽橋堵技術(shù)提高長慶油田洛河組漏層的承壓能力［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，17（2）：97-100.

［4］黃克軍.綏靖油田縫內(nèi)轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂研究與應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011，37（16）：15-21.

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［6］陳瑜芳，等.低滲透油藏重復(fù)壓裂機(jī)理研究及運(yùn)用［J］.西部探礦工程，2010，79（3）：31-35.

The development and application of water-soluble fracturing temporary plugging agent

WANG Xiaoyu1，2，3
（1.Drilling&Production Engineering Technology Institute，Chuangqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，CNPC，Xi＇an Shanxi 710018，China；2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil&Gas Fields，Xi'an Shanxi 710018，China；3.Department of CO2Fracturing Stimulation，Key Laboratory of Reservoir Stimulation，CNPC，Xi'an Shanxi 710018，China）

In-fissure divert fracturing technology，in which temporary plugging agent is added，the temporary plugging is made and the pressure increases in the main fracture，can create new branch fractures and micro fractures，increase the area of fluid-release，finaly achieve the goal of production and injection increase.Temporary plugging agent is one of the key technology for in-fissure divert fracturing，most of the plugging agent is oil-soluble，and is not suitable for the high water cut oil wells and injection wells.A kind of water-soluble fracturing temporary plugging agent was prepared in the lab，and its performance was studied，application of six wells was successfully carried out，the result shows that the water-soluble plugging agent meet the demand of in-fissure divert fracturing technology and achievethe goal of production and injection increase.

water-soluble；plugging agent；in-fissure divert fracturing technology；application

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.025

TE357.12

A

1673-5285（2015）06-0091-04

2015－04-22

川慶鉆探工程有限公司科研項(xiàng)目“深井壓裂液體系開發(fā)研究”，項(xiàng)目編號：2010-43。

汪小宇（1982-），工程師，2007年畢業(yè)于長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)相關(guān)的研究工作，郵箱：wxy_gcy@cnpc.com.cn。