甘谷驛油田低濃度瓜爾膠壓裂液體系應用

張建成，賀懷軍，師曉偉

（延長油田股份有限公司甘谷驛采油廠，陜西延安716005）

甘谷驛油田低濃度瓜爾膠壓裂液體系應用

張建成，賀懷軍，師曉偉

（延長油田股份有限公司甘谷驛采油廠，陜西延安716005）

甘谷驛油田儲層屬于特低孔特低滲儲層，油井投產(chǎn)及增產(chǎn)措施主要依靠壓裂措施。壓裂施工使用的壓裂液體系以水基低溫羥丙基瓜爾膠為主，占90%以上。近年來原油價格持續(xù)走低，降本增效成為各油田的主要任務，甘谷驛油田通過降低壓裂液羥丙基瓜爾膠的加入濃度，在降低儲層改造費用的同時，也降低了壓裂液對儲層的傷害，降低了水處理的難度。該體系將羥丙基瓜爾膠的使用濃度由0.35%降低到0.25%，保持壓裂液的黏度大于140 mPa·s。2013年至2016年四年時間壓裂措施共計1 600井次，施工壓裂平穩(wěn)，砂比40%～45%，均順利完成施工，且增產(chǎn)效果較好。

水力壓裂；壓裂液；羥丙基瓜爾膠；低濃度

水力壓裂措施是各國開發(fā)低滲透油藏的主要手段，以水基羥丙基瓜爾膠壓裂液為主[1，2]。壓裂由泵車產(chǎn)生水力使油層產(chǎn)生裂縫，并在隨后的壓裂液中混入支撐劑（如石英石、陶粒），帶入到裂縫中，在泵車停止工作，壓力下降時，永久停留在裂縫中，支持裂縫保存開啟狀態(tài)，使油流環(huán)境長期得以改善。當前水力壓裂技術已經(jīng)非常成熟，油井增產(chǎn)效果明顯，早已成為人們首選的常用技術[3-5]。特別對于油流通道很小，也就是滲透率較低的油層增產(chǎn)效果特別突出。

壓裂液是壓裂中必不可少的工作液體，其主要作用是造縫和攜砂。隨著壓裂技術的廣泛應用，壓裂液也得到迅速發(fā)展，目前主要的壓裂液體系包括：水基壓裂液（羥丙基瓜爾膠）、清潔壓裂液、油基壓裂液、泡沫壓裂液（CO2或N2）以及相應的交聯(lián)劑、破膠劑和其他添加劑。由于水基液具有價廉、性能優(yōu)良且易于控制等特點，已成為應用最為主要的壓裂液。

水基壓裂液的代表就是羥丙基瓜爾膠壓裂液體系，體系中的羥丙基瓜爾膠起到稠化作用，其具有很強的親水性，加入水中，羥丙基瓜爾膠的微粒將溶脹并與水化合，即瓜爾膠聚合物分子與許多水分子締合，在溶液中展開并延伸，從而增加了溶液的黏度。甘谷驛油田使用的就是低溫水基羥丙基瓜爾膠壓裂液體系[6]。

1 油田概況

甘谷驛油田主力開發(fā)層位為長6油層，空氣滲透率普遍小于0.81×10-3μm2，平均孔隙度8.16%，是典型的超低滲巖性油藏；孔隙喉道半徑普遍小于0.75 μm，儲層內(nèi)呈油水混儲狀態(tài)。油層分布廣泛、埋藏淺、原油性質(zhì)好。平均溫度27.8℃，地溫梯度2.61℃/100m～3.10℃/100m，屬常溫系統(tǒng)。

長6油層原油黏度5.755 mPa·s（50℃），地面平均密度0.826 g/cm3，膠質(zhì)含量33.5%，初餾點78.5℃，凝固點6℃，屬于稀油、低凝固點油藏。

地層水礦化度為43 000 mg/L，地層水中的陽離子以Ca2+，K++Na+為主，其中Ca2+含量為9 100 mg/L，K++Na+平均含量為5 300 mg/L，陰離子以Cl-為主，含量為20 900 mg/L，屬于氯化鈣水型，總礦化度42 400 mg/L。

2 低濃度壓裂液體系研究

由于壓裂液體系的功能是造縫并沿張開的裂縫輸送支撐劑，因此液體的黏性至關重要，成功的壓裂作業(yè)要求液體在裂縫中必須具有較高黏度。目前壓裂液的增黏手段一般都采用提高增稠劑（如羥丙基瓜爾膠）的方法，部分采用添加有機聚合物（如聚丙烯酰胺）的方法來提高壓裂液黏度，但在實際使用過程中，存在以下缺點：

（1）水不溶物高：瓜爾膠破膠返排后，一部分水不溶物和殘渣會在地層中殘留，殘留物會堵塞滲流通道，造成地層污染，降低壓后產(chǎn)量；

（2）破膠不徹底：由于使用較高濃度的瓜爾膠，使得攜砂液破膠速度降低，且破膠后黏度相對較高，影響地層流體的滲流；

（3）水處理難度大：無論壓裂返排液與采出水混合處理，還是單獨處理，壓裂返排液中含有大量的有機物都會使水處理的難度增大，不僅增加了加藥成本，而且水質(zhì)還較難達標，影響生產(chǎn)；

（4）壓裂液成本高：較高濃度的羥丙基瓜爾膠和額外添加的增黏劑，造成壓裂液配制成本的增加。

2.1 低濃度壓裂液配方

降低壓裂液中羥丙基瓜爾膠的使用濃度，固然能減緩以上問題，但如何在保障壓裂液的黏度、攜砂性及穩(wěn)定性的前提下，降低羥丙基瓜爾膠的用量，成為本研究的重點。

甘谷驛油田經(jīng)過深入研究和反復的實驗，最終形成了既不改變配液及施工流程，也不改變增黏劑及交聯(lián)劑的低濃度壓裂液配方。具體配方（見表1）。

表1 低濃度瓜爾膠壓裂液體系加藥種類及濃度

2.2 交聯(lián)黏度、攜砂性

實驗數(shù)據(jù)顯示0.25%濃度的羥丙基瓜爾膠壓裂液體系相對0.35%濃度的壓裂液體系的基液黏度低6 mPa·s，但交聯(lián)后黏度基本持平，耐剪切性良好，攜砂比同樣可高達45%（見表2）。

表2 交聯(lián)黏度及攜砂性數(shù)據(jù)

2.3 破膠與殘渣含量

實驗環(huán)境溫度保持28℃（和油田地層平均溫度27.8℃保持相近），破膠時間2 h，與現(xiàn)場施工平均時間保持一致（見表3）。

表3 壓裂液破膠性及殘渣含量數(shù)據(jù)

實驗數(shù)據(jù)顯示0.25%濃度的羥丙基瓜爾膠壓裂液體系最終破膠黏度為5 mPa·s，低于0.35%濃度的壓裂液體系，且殘渣含量也低，對地層傷害較小。

3 現(xiàn)場應用及效果

甘谷驛油田自2013年至2016年的四年時間里，利用0.25%的低濃度羥丙基瓜爾膠壓裂液體系，壓裂油井1 600余井次，施工過程中排量2.0 m3/min～3.0 m3/min，壓力平穩(wěn)，攜砂比40%～45%，施工順利，且增產(chǎn)效果較好（見圖1）。

圖1 甘谷驛油田某油井壓裂施工曲線

使用0.25%低濃度羥丙基瓜爾膠配制的壓裂液可以有效減少壓裂液中的殘余物、提高破膠效果、減輕地層污染，從而提高壓后產(chǎn)量。統(tǒng)計應用低濃度壓裂液配方前后各兩年的壓裂增產(chǎn)數(shù)據(jù)，低濃度壓裂液施工后的油井，平均單井壓裂產(chǎn)量增加0.4噸/口（由49.1噸/口增加到49.5噸/口）。

低濃度壓裂液在壓裂施工上的應用，除降低壓裂液配制費用、增加油井壓裂產(chǎn)量外，還可有效降低返排液處理的難度，提高水處理合格率。甘谷驛油田初期對壓裂返排液的處理是將其按比例混入采出水中處理，達到注入水水質(zhì)標準后，作為注水水源使用。后期則是經(jīng)過處理，作為壓裂液再利用。無論哪種處理方式，返排液中羥丙基瓜爾膠的含量都是影響處理量及水質(zhì)指標的重要因素，降低壓裂液中瓜爾膠的濃度，可以有效降低水處理難度、提高水處理量及合格率。

4 結論

經(jīng)以上實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場使用來看，0.25%濃度的羥丙基瓜爾膠壓裂液體系，具有以下特點及優(yōu)勢：

（1）降低了壓裂液體系中增稠劑羥丙基瓜爾膠的含量，降低壓裂液配制成本費用；

（2）破膠相對更徹底，壓裂后地層中殘渣含量低，減緩地層污染程度，提高措施產(chǎn)量；

（3）返排液處理難度降低，無論是返排液混入采出水中混合處理，還是單獨處理后進行再配液，較低濃度的羥丙基瓜爾膠壓裂液都有利于提高處理效率；

（4）壓裂施工平穩(wěn)，現(xiàn)場壓裂1 600余井次，基本沒有產(chǎn)生因壓裂液性能不足而造成的壓裂事故。

［1］杜彪，孟銀德，等.長慶氣田超低濃度瓜爾膠壓裂液體系開發(fā)及應用［R］.中國油田化學品，中國油田化學品開發(fā)應用研討會，2012：13-17.

［2］謝元，催國濤，等.低濃度羥丙基瓜爾膠壓裂液體系研究［J］.石油化工應用，2016，35（7）：9-13.

［3］采油采氣標準化技術委員會.SY/T 6376-2008壓裂液通用技術條件［S］.中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準，2008.

［4］采油采氣標準化技術委員會.SY/T 5764-2007壓裂用植物膠通用技術要求［S］.中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準，2008.

［5］采油采氣標準化技術委員會.SY/T 5107-2005水基壓裂液性能評價［S］.中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準，2008.

［6］程武剛.甘谷驛油田長6油層壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化設計［D］.西安：西安石油大學，2013.

The application of low concentration guar gum fracturing fluid system in Ganguyi oilfield

ZHANG Jiancheng，HE Huaijun，SHI Xiaowei
（Yanchang Petroleum（Group）Co.，Ltd.，Yan'an Shanxi 716005，China）

The reservoir of Ganguyi oilfield belongs to low porosity and extra-low permeability reservoir,and the measures for production and stimulation of oil wells mainly depend on fracturing.Most of the fracturing fluid system are water-based and low temperature hydroxypropyl guar gum,and the proportion is more than 90%.In recent years,due to the prices of crude oil continue to decline,reducing costs and increasing efficiency have become the main tasks of the oilfields.By reducing the concentration of hydroxypropyl guar gum in fracturing fluid,Ganguyi oilfield not only reduces the cost of reservoir modification,but also reduces the damage of fracture fluid to reservoir and the difficulty of water treatment.The concentration of hydroxypropyl guar gum was reduced from 0.35%to 0.25%,and the viscosity of the fracturing fluid is more than 140 mPa·s.From 2013 to 2016,the fracturing measures are totaled 1 600 wells in four years,and the construction are stable.The sand ratio is about 40%～45%,and the effect is good.

hydraulic fracturing；fracturing fluid；hydroxypropyl guar gum；low concentration

TE357.12

A

1673-5285（2017）06-0090-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.06.019

2017-05-27

張建成（1984-），2007年畢業(yè)于長江大學應用化學專業(yè)，碩士，現(xiàn)在延長油田寶塔采油廠勘探開發(fā)研究所從事壓裂液、水處理方面的研究工作，郵箱：346100644@qq.com。