毛細管吸收實驗在吉林油田壓裂液體系中的應(yīng)用

劉琴

（中國石油吉林油田油氣工程院 吉林松原 138000）

1 CST實驗裝置組成及原理

CST是利用滲透濾紙毛細管吸入力產(chǎn)生的濾失來研究含水體系的濾失特性。在吸入力的影響下，懸浮液過濾時，其擴展遠離懸浮液的速率與懸浮液的濾失性相關(guān)。實驗儀器包含兩個單獨的部分，帶電極的濾失部分和計時器部分。操作時將含水體系的待測樣品放入樣品圓筒中，在樣品下方濾紙的吸入力作用下進行濾失實驗，濾失進程是放射狀的，當(dāng)液體到達第一對電極時計時器開始計時，當(dāng)液體到達第三電極時計時器停止計時。CST時間越長，說明巖層樣品對液體有越強的吸收性，導(dǎo)致黏土的膨脹和擴散形成膠體，使得液體難以被吸收出來；CST時間短，則說明增產(chǎn)過程中濾失進入近井地層的液體不會產(chǎn)生顯著傷害。

圖1 毛細管吸收時間測定儀

2 CST實驗在壓裂液體系中的應(yīng)用

2.1 篩選壓裂液體系

吉林油田大部分采油廠儲層孔隙度和滲透率低、儲層中等偏強水敏，壓裂液與儲層不配伍極易引起儲層黏土膨脹、分撒，堵塞孔喉，影響單井產(chǎn)能，傳統(tǒng)防膨試驗（試管法）結(jié)果受人為讀數(shù)誤差影響較大；利用CST實驗測定膠體分散溶液吸收時間長短，計時器自動讀數(shù)，具有方便、快速、準(zhǔn)確的特點，可以用于快速評價壓裂液中黏土穩(wěn)定劑的防膨效果，為不同儲層、區(qū)塊篩選壓裂液體系。

為盡量模擬壓裂液在地層中對儲層傷害的工況，室內(nèi)配制不同壓裂液體系（性能均滿足儲層改造需求）進行完全破膠，將破完膠的壓裂液體系與需要改造儲層巖心粉按操作規(guī)程要求配制，進行CST實驗。

表1 XX井巖心粉在不同壓裂液體系中CST時間比

從表1數(shù)據(jù)可以看出，速溶胍膠對XX井巖心粉有較好的穩(wěn)定性能，在壓裂液其余性能均滿足儲層要求的前提下，選擇速溶胍膠體系對保持儲層穩(wěn)定性最好。

2.2 與試管法聯(lián)合應(yīng)用優(yōu)化壓裂液體系中黏土穩(wěn)定劑濃度

隨著油田開發(fā)進入中后期，產(chǎn)能建設(shè)投資持續(xù)走高，近年通過工具、工藝方面研發(fā)改進，成本有所降低，但還是難以滿足效益成本。因此，在壓裂液材料成本方面需要進一步優(yōu)化。試驗選用XX井目的層位巖心磨粉進行防膨劑濃度優(yōu)化試驗。XX井所在區(qū)塊前期使用壓裂液體系為羥丙基胍膠體系，防膨劑濃度分別設(shè)計為0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，比對試劑為煤油。

圖2 XX井試管法不同防膨劑濃度下膨脹實驗

表3 XX井巖心粉在不同黏土穩(wěn)定劑濃度下CST時間比

從表2與圖2中可以看出，加入不同濃度防膨劑，巖心粉膨脹差異不大，受實驗本身性質(zhì)影響，讀數(shù)精確性差，為進一步確定黏土穩(wěn)定劑用量，室內(nèi)用CST實驗進行驗證。

圖3 XX井不同防膨劑濃度下的CST值

從表3可以得到如下結(jié)論：隨著黏土穩(wěn)定劑用量增加CST值越來越小，說明黏土穩(wěn)定劑用量增加，對巖心粉顆粒的分散及膨脹抑制越好，試管法與CST試驗結(jié)合可以精確地確定防膨劑用量為0.1%時即，可達到較好穩(wěn)定黏土效果。

2.3 定性探討壓裂液中破膠劑用量

壓裂液對黏土的穩(wěn)定性性能測定一般用破膠液進行，在壓裂液通用技術(shù)指標(biāo)中要求破膠液黏度≤5 mPa.s，但在此前提下進行黏土穩(wěn)定性評價實驗時，有時會出現(xiàn)破膠液CST空白值較高，而加完巖心后的破膠液CST值較低的情況，以滑溜水體系出現(xiàn)此現(xiàn)象最為頻繁，這意味著CST的時間比會出現(xiàn)負值。通過大量試驗研究分析，認為是壓裂液部分長分子鏈未能完全斷裂，未加入巖心粉時長鏈分子分散在水溶液中，液體通過濾紙濾失時在濾紙表面集中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，阻礙液體濾失，使得液體到達電極時間變長；加入巖心粉后，巖心粉與高分子鏈發(fā)生纏繞、吸附，減少高分子鏈在濾紙表面集中的可能性，降低濾紙表面集中濃度，使得液體能順利濾失，到達電極時間變短，此時可以通過延長壓裂液破膠時間或者增加破膠劑用量，待CST空白值正常后再進行破膠液性能評價。

從表4可以得到如下結(jié)論：破膠劑用量為0.03%、0.06%時，破膠120min后破膠液黏度達到5mPa.s以下，但壓裂液可能存在未完全斷裂的高分子鏈，破膠劑用量為0.12%時，再繼續(xù)增加破膠劑用量，CST時間值變化不大，在破膠時間一定時可適當(dāng)調(diào)整破膠劑用量。

3 結(jié)論

CST技術(shù)因其快速、方便的特點，廣泛應(yīng)用于吉林油田各種油氣井壓裂液體系篩選、防膨劑濃度優(yōu)化實驗等，優(yōu)化后的壓裂液體系現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。

（1）CST實驗與常規(guī)防膨?qū)嶒炏啾?，具有快速、方便的?yōu)勢，可輔助儲層快速篩選壓裂液體系，降低壓裂液對儲層的傷害。

（2）CST實驗與試管法防膨試驗聯(lián)合應(yīng)用，可用于優(yōu)化壓裂液體系中防膨劑用量，降低壓裂液成本。

（3）CST實驗可用于輔助分析壓裂液體系破膠時間和用量，為現(xiàn)場施工合理確定壓裂液返排時間奠定基礎(chǔ)。