超低濃度線性膠壓裂液研究與應用

向德良 蔣文學 李楷

(1.陜西延安石油天然氣有限公司項目管理部,陜西 西安 710018；2.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；3.長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西 西安 710018；4.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安 710018)

水力壓裂是低滲透油田開發(fā)的重要手段之一，水力壓裂中壓裂液稠化劑主要是植物膠及其改性產(chǎn)品，以常用羥丙基胍膠為例，由于植物膠壓裂液水不溶物含量相對高（水不溶物一般為6-8%左右）[1]，低溫下壓裂液凍膠破膠不徹底以及破膠液殘渣會給低滲儲層帶來較大的傷害[2]。石油行業(yè)標準要求水基壓裂液對儲層滲透率的傷害小于30%以內(nèi)[3]，經(jīng)室內(nèi)評價植物膠壓裂液對低滲儲層滲透率害率平均達到30%-45%，甚至超過60%[4]。因此研發(fā)一種超低濃度壓裂液使其減少對低滲儲層傷害、降低改造成本、提高儲層開發(fā)效率，該壓裂液在低滲儲層中將會有廣泛的前景。

1.超低濃度線性膠壓裂液體系的研制及性能評價

1.1 超低濃度線性膠稠化劑及交聯(lián)劑研制

室內(nèi)以丙烯酰胺、AMPS、亞甲基丁二酸單體為原材料，在一定比例下溶入蒸餾水中，攪拌，在氮氣保護條件下加入一定量的過硫酸銨引發(fā)，控溫在48℃-50℃，反應5h，經(jīng)烘干、粉碎得到線性膠壓裂液稠化劑。

室內(nèi)以多羧基絡(luò)合物、氧氯化鋯為主要原材料，在一定50℃下反應3h，復配檸檬酸鹽調(diào)節(jié)pH值7-7.5，得到超低濃度線性膠交聯(lián)劑。

壓裂液其他添加劑:破乳助排劑、殺菌劑、黏土穩(wěn)定劑均來源于長慶化工集團產(chǎn)品。

1.2 超低濃度線性膠壓裂液體系建立及性能評價

根據(jù)儲層特征和前期研究經(jīng)驗，建立壓裂液體系組成如下:0.18%線性膠稠化劑＋0.3%破乳助排劑＋0.1%殺菌劑＋0.5%黏土穩(wěn)定劑＋0.3%-0.4%交聯(lián)劑

交聯(lián)比:100:0.35；破膠劑:過硫酸銨

1.2.1 流變性能

抗室內(nèi)在超低濃度線性膠壓裂液中加入交聯(lián)劑，完全交聯(lián)后在RS6000流變測試儀進行耐溫測試。

圖1 壓裂液耐溫耐測試結(jié)果

從圖中可得出該壓裂液耐溫能力達到91.5℃。

根據(jù)壓裂液體系的耐溫能力結(jié)果，室內(nèi)測試了壓裂液在85℃下的耐溫耐剪切性能。

圖2 壓裂液耐溫耐剪切測試結(jié)果

從圖中可得出超低濃度線性膠壓裂液在85℃、170S-1剪切90min后，壓裂液的粘度大于80 mPa·s。說明該體系在85℃下有具有良好的耐溫、抗剪切性能，流變穩(wěn)定性好，滿足長慶砂巖油藏壓裂改造需求。

1.2.2 粘彈性能

室內(nèi)采用RS6000流變測試儀評價了該壓裂液的儲能模量Gˊ與損耗模量G〞（應力為1.0Pa，掃描范圍0.1-10HZ）實驗結(jié)果見下表。

表1 壓裂液的粘彈性測試結(jié)果

結(jié)果顯示超低濃度線性膠壓裂液體系G’/G〞比值明顯的優(yōu)于硼砂、有機硼的瓜膠壓裂液體系，而壓裂液的攜砂能力與粘彈性成正比，因此該體系具有良好的粘彈性能和攜砂性能，利于人工裂縫內(nèi)高導流能力改造需求。

1.2.3 破膠性能

為減少對壓裂液在地層的滯留傷害，要求壓裂液在滿足其攜砂功能后快速破膠。室內(nèi)測試了75℃、加入不同破膠劑加量下該體系破膠情況，測試結(jié)果如圖所示。

結(jié)果顯示超低濃度線性膠壓裂液體系在0.01%破膠劑加量下，90min能徹底破膠，利于壓裂液快速返排需求。

1.2.4 破膠液性能

室內(nèi)取壓裂液破膠液上層清液，測試其表面張力為24.32mN/m，界面張力為1.67mN/m，較常規(guī)瓜膠體系具有更好的返排能力，有利于提高壓裂液液的返排效率，減少外來流體在油層中滯留，降低儲層傷害。

超低濃度線性膠壓裂液在75℃、0.01%破膠劑（過硫酸銨）、90min條件下破膠后，測試其殘渣含量為8.2mg/L，較常規(guī)瓜膠壓裂液（300mg/L左右）、超低濃度瓜膠壓裂液（200mg/L左右）降低了90%以上，大幅度降低壓裂液殘渣對儲層傷害。由于線性膠壓裂液稠化劑無水不溶物，經(jīng)稠化劑破膠后變成小分子片段溶解入返排液中，易隨壓裂液返排出地層，減少其在地層內(nèi)滯留傷害。

1.2.5 巖心流動性能

巖心流動性能評價能反應壓裂液對儲層巖心的傷害程度，室內(nèi)采用ACFDS-800-10000巖心流動試驗儀測試了超低濃度線性膠壓裂液和常規(guī)0.35%瓜膠壓裂液的破膠液濾液對儲層巖心滲透率的傷害結(jié)果。

表2 巖心流動評價結(jié)果

結(jié)果顯示，常規(guī)瓜膠壓裂液對巖心滲透率平均傷害率為31.87%，超低濃度線性膠壓裂液對巖心滲透率平均傷害率為13.62%，與常規(guī)瓜膠壓裂液相比其對巖心傷害率下降了18.25%，該體系在壓裂改造中降低了儲層傷害，滿足低滲儲層壓裂改造中壓裂液要求。

圖3 壓裂液的破膠性能測試結(jié)果

2.超低濃度線性膠壓裂液現(xiàn)場應用及效果分析

2013年以來超低濃度線性膠壓裂液在長慶靖安油田進行了14井次的現(xiàn)場試驗?，F(xiàn)場試驗井施工順利，施工最高砂比45%，單層最大加砂量65m3。以G176井為例，現(xiàn)場施工排量1.8m3/min，加砂量40m3，入井液161m3，平均砂比32.2%，施工正常。

圖4 現(xiàn)場施工曲線

經(jīng)統(tǒng)計，使用超低濃度線性膠壓裂液的14口試驗井，試油平均日產(chǎn)油11.88m3/d，平均日產(chǎn)水2.41m3/d；與鄰近22口對比井（其中12口井常規(guī)瓜膠壓裂液，10口井超低濃度瓜膠壓裂液）試油產(chǎn)量相較，使用超低濃度線性膠壓裂液試油日產(chǎn)油量提高了17.9%，取得了一定的增產(chǎn)效果。

表3 超低濃度線性膠壓裂技術(shù)改造效果

3.結(jié)語

3.1 針對壓裂液殘渣對低滲透儲層傷害特點，室內(nèi)開發(fā)出低殘渣、低傷害的超低濃度線性膠稠化劑和交聯(lián)劑，并形成了超低濃度線性膠壓裂液體系。

3.2 該體系具有良好的耐溫抗剪切性能、粘彈性能。與常規(guī)瓜膠壓裂液體系相比，該體系壓裂液殘渣含量降低了90%以上，大幅度降低了儲層巖心滲透率傷害程度。

3.3 經(jīng)現(xiàn)場應用顯示，開發(fā)出的超低濃度線性膠壓裂液完全能夠滿足壓裂施工要求，該壓裂液體系在靖安油田的應用取得一定的增產(chǎn)效果。

[1]管保山,汪義發(fā),何治武,杜彪,劉靜.CJ2-3型可回收低分子量瓜爾膠壓裂液的開發(fā)[J].油田化學,2006,23(1):27-31.

[2]李永明,劉林,李莎莎,何紅梅.含纖維的超低濃度稠化劑壓裂液的研究[J].鉆井液與完井液,2010,27(2):50-53.

[3]李亭,楊琦,馮文光,張騫.煤層氣新型清潔壓裂液室內(nèi)研究及現(xiàn)場應用[J].科學技術(shù)與工程,2012,12(36):9828-9832.

[4]廖禮,周琳,冉照輝,鄭克祥,劉志良,張貴儀,池崇榮,任鵬飛.超低濃度胍膠壓裂液在蘇里格氣田的應用研究[J].鉆采工藝,2013,56(3):96-99.