低殘渣CO2泡沫壓裂液在蘇里格低壓低滲氣藏的應(yīng)用

陳 挺， 周 勛， 劉智恪， 李世恒

(1中石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院壓裂技術(shù)中心 2中石油渤海鉆探油氣合作開發(fā)分公司工程技術(shù)科)

蘇里格地區(qū)壓裂液以水基壓裂液為主，使用胍膠作為增稠劑，交聯(lián)后增大液體黏度來提高壓裂液的攜砂性。壓裂施工后，返排時間長、返排率低、破膠后植物膠殘渣堵塞地層孔隙等。隨著開發(fā)的進行，地層能量逐漸下降，壓裂液返排更加困難。

CO2泡沫壓裂液體系具有入地液量小、入地后返排快的特點，能夠有效提高低壓低滲油氣藏的壓裂改造施工效果。該技術(shù)在國外的應(yīng)用[1-3]比較成熟，國內(nèi)目前在長慶地區(qū)[4-6]、中原油田[7]、川西新場氣田[8]、吉林油田[9]等地進行了現(xiàn)場施工，取得了較為理想的效果。目前，CO2泡沫壓裂液體系仍然以羥丙基胍膠[10]作為增稠劑。植物膠的存在使得破膠后仍然存在大量的殘渣傷害地層。本文通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，合成了易降解的多元共聚物，與黏度增效劑、調(diào)節(jié)劑等復(fù)配，經(jīng)過交聯(lián)，具備優(yōu)良的攜砂性能，且破膠后的殘渣含量小。在現(xiàn)場施工過程中，采取變泡沫質(zhì)量的施工工藝[5,6,11]，逐步減小CO2質(zhì)量來提高砂比，取得了良好的壓裂效果。施工后返排快，增產(chǎn)效果明顯。

一、低殘渣CO2泡沫壓裂液性能

1. 泡沫壓裂液配方

基液配方為0.4%CLT-1稠化劑+0.4%FL-100起泡劑+0.4%ZWT-2調(diào)理劑。交聯(lián)液：ZW-18，交聯(lián)比為100 ∶0.6。配制好的基液pH值為6.0，使用哈克旋轉(zhuǎn)流變儀RS6000在25℃、170 s-1條件下測得其黏度為85 mPa·s。交聯(lián)時間60～75 min。

選擇過硫酸銨(APS)作為破膠劑，其中APS膠囊破膠劑和APS粉末破膠劑各一半。施工過程中按照0.005%-0.008%-0.01%-0.05%-0.07%-0.12%的比例，楔型投加破膠劑。

2. 泡沫壓裂液主要性能

2.1 泡沫穩(wěn)定性

將100 mL基液倒入Waring混調(diào)器中，以5 000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3 min。轉(zhuǎn)移起泡后的基液至量筒中，記錄在量筒中的泡沫液析出所用基液一半體積時所用的時間，即為泡沫半衰期。平行測定兩次，結(jié)果取平均值[12]。在烘箱中進行同樣的操作步驟來記錄指定溫度下的泡沫半衰期。由表1可知，基液的泡沫半衰期隨著溫度的升高而減小，交聯(lián)凍膠的泡沫半衰期隨著溫度的升高緩慢減小，90℃時的半衰期與室溫時的半衰期相差不大，說明低殘渣泡沫壓裂液具備優(yōu)良的穩(wěn)定性，能夠滿足地層條件下的施工要求。

表1 泡沫穩(wěn)定性測試結(jié)果

2.2 泡沫壓裂液流變性

將交聯(lián)后的CLT-1凍膠壓裂液放入哈克旋轉(zhuǎn)流變儀RS6000中，在100℃、170 s-1條件下測量其表觀黏度，如圖1所示。交聯(lián)后的凍膠表觀黏度為650 mPa·s。隨著剪切的進行，表觀黏度在25 min內(nèi)降低至120 mPa·s。在隨后的實驗中，表觀黏度基本保持在100 mPa·s以上。實驗結(jié)束時，表觀黏度為 110 mPa·s。該壓裂液體系的耐溫達到100℃，能夠滿足現(xiàn)場壓裂施工要求。

圖1 100℃泡沫壓裂液體系流變性

2.3 攜砂性能評價

取 100 mL 待評價的CLT-1壓裂液倒入燒杯中，在室溫(25℃)下或置于90℃水浴鍋中恒溫 20 min，再將其倒入Waring混調(diào)器中，按 30% 的砂比加入 20～40 目的陶粒，交聯(lián)后攪拌3 min，隨后將其倒入 250 mL 的量筒，在室溫(25℃)或放入 90 ℃的烘箱中開始計時，每隔一定時間記錄上層析出的清液體積，如表2所示。實驗結(jié)果表明，CLT-1壓裂液的靜態(tài)懸砂性能優(yōu)良。交聯(lián)后的凍膠泡沫壓裂液，支撐劑在其中分散均勻，由于泡沫間的界面作用[12]，使其對支撐劑有包裹作用，減小了液體的析出速率，增強了攜砂穩(wěn)定性。

表2 泡沫壓裂液攜砂性能實驗

2.4 破膠性能及殘渣實驗

將交聯(lián)后的CLT-1壓裂液放入密閉容器中，分別加入過硫酸銨膠囊破膠劑和過硫酸銨粉末，置于90℃恒溫水浴中，記錄破膠時間、測量破膠液的黏度與殘渣含量，并與常規(guī)胍膠交聯(lián)凍膠壓裂液對比，如表3 所示。實驗結(jié)果表明，CLT-1壓裂液具有良好的破膠性能，在2 h內(nèi)均能完全破膠，破膠液黏度小于5 mPa·s，殘渣含量是同濃度胍膠壓裂液破膠后殘渣含量的1/2。

表3 泡沫壓裂液破膠實驗結(jié)果

二、現(xiàn)場應(yīng)用

1. 試驗井情況

試驗井位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡蘇20區(qū)塊東北部，動用層位盒8下，埋深3 500 m左右，巖性為灰白色含氣中砂巖，錄井氣測全烴含量最高95.314%，按照氣井靜態(tài)地質(zhì)分類標(biāo)準，本井地質(zhì)分類為Ⅱ類井。本層測井解釋參數(shù)：氣層厚度5.8 m(3 520.6～3 521.5 m，解釋氣層0.9 m/1層；3 523.5～3 524.8 m，解釋氣層1.3 m/1層； 3 528.5～3 532.1 m，解釋氣層3.6 m/1層)，孔隙度10.36%，滲透率0.737 mD，含氣飽和度60.58%，屬于典型的低孔低滲性氣層。目的層地層靜壓 30.03 MPa左右，地層壓力系數(shù) 0.89 左右，預(yù)測地層溫度105℃。

2. 現(xiàn)場試驗情況

由于該井儲層埋藏較深，為降低摩阻，采用?60.32 mm油套管環(huán)空注入壓裂，以降低施工泵壓。施工過程中采用變泡沫質(zhì)量的壓裂設(shè)計[12]，CO2的比例隨砂液比增加而逐步降低，提高壓裂液的攜砂能力。在前置液階段，采用同粒徑支撐劑段塞處理技術(shù)，打磨裂縫壁面消除彎曲效應(yīng)，保證主裂縫起裂和延伸。

圖2 蘇20井二氧化碳泡沫壓裂施工曲線

2017年4月27日實施二氧化碳泡沫壓裂作業(yè)，施工壓力35.2～54.7 MPa，破裂壓力29.4 MPa，總施工排量4.0～4.3 m3/min，二氧化碳154.5 m3，加砂37.6 m3，加砂量達到設(shè)計量的94%，砂比22.2%，泡沫質(zhì)量47%～53%，入地凈液量281.3 m3。實際施工與設(shè)計參數(shù)吻合程度較高。施工壓裂曲線如圖2所示。

3. 壓后排液情況及增產(chǎn)情況

該井停泵后采用油管?8 mm油嘴控制放噴，油壓9.4～0.8 MPa，套壓8.0～6.5 MPa。28日更換油管雙?10 mm油嘴控制放噴，油壓5.2～4.8～6.5 MPa，套壓0～3.6 MPa。24 h累計出液138.5 m3，返排率49.2%。

采用一點法求產(chǎn)。求產(chǎn)期間，油壓16.2 MPa，套壓16.3 MPa。根據(jù)實測流壓計算地層流壓為22.79 MPa/3 526 m，流溫為102.93℃/3 526 m；根據(jù)實測靜壓計算地層靜壓為23.09 MPa/3 526 m，靜溫為101.89℃/3 526 m。產(chǎn)氣量6.7×104m3/d，計算無阻流量為31.1×104m3/d。與鄰井試氣效果(表4)對比，壓裂后增產(chǎn)效果明顯。

表4 鄰井試氣情況

三、結(jié)論與認識

(1)低殘渣CO2泡沫壓裂液體系具有良好的攜砂能力和耐溫耐剪切能力，破膠后殘渣含量低，能夠滿足蘇里格地區(qū)中深氣井加砂壓裂施工要求。

(2)形成了適合低殘渣CO2泡沫壓裂液體系的施工工藝，現(xiàn)場施工的成功證明了該工藝具有較好的操作性。壓后返排速度快，降低試氣成本，可有效提高低品位儲層的建產(chǎn)率和開發(fā)效果。