淺層致密氣壓裂用低溫壓裂液優(yōu)選及現(xiàn)場應(yīng)用

徐明飛，趙 健，郭布民，鮑文輝，陳 磊，申金偉

（中海油田股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300459）

致密砂巖氣藏通常具有低孔低滲的特點(diǎn)，常采用壓裂改造的方式，釋放產(chǎn)能[1，2]。由于其低孔低滲的特性需要壓裂液進(jìn)入地層后濾失傷害小、易返排以降低對儲層傷害[3-6]。對于部分埋藏淺的儲層對壓裂液的性能提出更高要求，埋藏淺帶來的儲層溫度低、壓力小，需要壓裂液能在低溫下快速破膠返排，降低壓裂液在地層中滯留[7，8]。為此針對低溫致密氣藏，通過優(yōu)選胍膠和配套添加劑，研發(fā)了一套低溫壓裂用壓裂液體系，并對其性能進(jìn)行評價，在現(xiàn)場應(yīng)用取得了良好的效果。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

實驗藥品：胍膠GW-1、GW-2、GW-3，工業(yè)一級品；多效添加劑DT，工業(yè)品；氯化鉀KCl，工業(yè)品；交聯(lián)劑JL，工業(yè)品；過硫酸銨，工業(yè)品。

實驗儀器：電子分析天平；吳茵混調(diào)器；離心機(jī)；恒溫箱；恒溫水浴鍋；TX-500C 界面張力儀；JK-99B 表面張力儀；S210-K pH 計；HAAKE RS6000 流變儀；巖心傷害儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 稠化劑速溶性評價 量取500 mL 蒸餾水于吳茵混調(diào)器中，啟動吳茵混調(diào)器緩慢加入所稱取的胍膠，測量攪拌不同時間下的黏度，評價速溶性能。

1.2.2 水不溶物測定 取50.20 g 的0.4 %胍膠溶液，于離心機(jī)中在3 000 r/min 的轉(zhuǎn)速下離心30 min，倒出上層清液，加蒸餾水至50 mL，攪拌洗滌后離心20 min，倒出上層清液，將離心管放置在105 ℃烘箱中烘干，計算水不溶物量。

1.2.3 多效添加劑性能評價 表面張力采用JK-99B表面張力儀測定，界面張力采用TX-500C 界面張力儀測定；防膨率采用離心法評價；pH 值采用S210-K pH計測定。

1.2.4 流變性能評價 采用RS6000 流變儀按照《SY/T 5107-2005 水基壓裂液性能評價方法》，設(shè)定變剪切程序測量體系的流變參數(shù)和耐溫耐剪切性能。

1.2.5 破膠性能評價 按照《SY/T 5107-2005 水基壓裂液性能評價方法》，加入不同濃度過硫酸銨測量破膠性能，并對破膠液的表面張力、界面張力、防膨率和巖心傷害率進(jìn)行測量。

2 結(jié)果與討論

2.1 低溫壓裂液配方優(yōu)化

2.1.1 胍膠優(yōu)選 胍膠原粉經(jīng)過改性后具有黏度高、速溶性好、殘渣低、水不溶物量少等優(yōu)點(diǎn)，選取三種羥丙基胍膠考察在低溫下的速溶性，優(yōu)選適合的胍膠及其使用濃度。

圖1 不同濃度三種胍膠黏度隨時間變化（5 ℃）

從圖1 三幅圖中可以看出，5 ℃下不同濃度的三種胍膠黏度隨時間變化而增大，而GW-3 的速溶性最好，能在5 min 內(nèi)達(dá)到最終黏度的80%，不同濃度下GW-3胍膠的黏度最高；從圖2 可以看出GW-3 胍膠的水不溶物含量較低，優(yōu)選GW-3 胍膠作為低溫壓裂液用胍膠。濃度增加同時會帶來破膠后殘渣含量增加，為減少儲層傷害優(yōu)選GW-3 濃度為0.3 %，黏度為32 mPa·s，水不溶物含量為4.09 %（見圖2）。

圖2 三種胍膠不同濃度下的黏度和水不溶物含量

2.1.2 多效添加劑優(yōu)選 壓裂液中優(yōu)選合適的添加劑可以達(dá)到調(diào)節(jié)體系性能、提高施工性能、增強(qiáng)儲層保護(hù)的目的。本文選取多效添加劑，兼具助排、防膨和調(diào)節(jié)pH 的作用（見表1）。從表1 可知，隨著濃度增加，表界面張力降低，防膨率增加，有助于提高壓裂液返排、減少黏土膨脹從而降低壓裂液對地層的傷害[9，10]；結(jié)合胍膠體系交聯(lián)時pH 值的需要和標(biāo)準(zhǔn)要求，優(yōu)選0.5 %多效添加劑DT，此濃度下表面張力為24.96 mN/m，界面張力為0.98 mN/m，pH 為9.46，防膨率為62.87 %。為進(jìn)一步提高防膨效果，選擇復(fù)配一定濃度的KCl，經(jīng)過室內(nèi)優(yōu)選采用0.5 %多效添加劑DT+0.5 %KCl，防膨率能達(dá)到90.75 %。

表1 不同濃度多效添加劑DT 性能評價

2.1.3 交聯(lián)劑優(yōu)選 交聯(lián)劑是壓裂液體系中的關(guān)鍵添加劑，適當(dāng)?shù)募恿靠梢员ＷC壓裂液的攜砂性能和耐剪切性能。向0.3 %胍膠GW-3+0.5 %多效添加劑DT+0.5 %KCl 體系中加入不同濃度的交聯(lián)劑JL，考察體系的交聯(lián)時間和交聯(lián)狀態(tài)（見表2）。

表2 不同交聯(lián)劑JL 濃度下交聯(lián)時間和交聯(lián)狀態(tài)

隨著交聯(lián)劑濃度增加，基液從黏度增加到逐漸達(dá)到交聯(lián)狀態(tài)。為保證施工時壓裂液在管匯和井筒內(nèi)的流動并兼具一定的攜砂性能，需要具有一定延遲交聯(lián)和交聯(lián)強(qiáng)度，優(yōu)選交聯(lián)劑JL 濃度0.3 %，交聯(lián)時間為32 s，交聯(lián)可挑掛。

2.1.4 壓裂液配方 優(yōu)選確定了壓裂液基液配方為：0.3 %GW-3+0.5 %DT+0.5 %KCl?；吼ざ?2 mPa·s，pH 值為9.46，加入0.3 %JL 交聯(lián)劑后可在32 s 內(nèi)達(dá)到挑掛狀態(tài)，交聯(lián)狀態(tài)良好。

2.2 低溫壓裂液性能

2.2.1 流變性能 采用變剪切模式測量交聯(lián)體系的流變性能，設(shè)定了兩段變剪切程序，實驗結(jié)果（見圖3）。

根據(jù)實驗測得的τ 和D 值作圖（見圖4），求得第一次變剪切n 值為0.569 2，K 值為1.25 mPa·sn’；第二次變剪切n 值為0.556 2，K 值為1.80 mPa·sn’；可見交聯(lián)壓裂液為假塑性流體[11，12]。剪切120 min 后最終黏度145.6 mPa·s，高于標(biāo)準(zhǔn)要求的50 mPa·s，具有較好的耐剪切性，可滿足現(xiàn)場攜砂和造縫需要。

圖3 低溫壓裂液流變曲線

圖4 變剪切應(yīng)力和剪切速率關(guān)系圖

表3 壓裂液破膠結(jié)果（40 ℃）

表4 壓裂液破膠結(jié)果（60 ℃）

2.2.2 破膠性能 壓裂施工一般關(guān)井1 h～2 h 后就會開井放噴返排，需要要求壓裂液具備一定攜砂能力和耐剪切性能的同時，能在短時間內(nèi)快速破膠返排。過硫酸銨是常用的壓裂用破膠劑，選取了40 ℃和60 ℃兩個溫度，分別測定了不同濃度下壓裂液的破膠性能，結(jié)果（見表3、表4）。

由表3、表4 可見通過調(diào)整過硫酸銨加量，可以達(dá)到控制破膠時間的效果，施工時前置液階段可以少量添加過硫酸銨，保證造縫效果；高砂比階段由于進(jìn)入地層時間短，溫度升高慢，需要提高過硫酸銨濃度，達(dá)到快速破膠效果，保證關(guān)井1 h 后能返排出來。對破膠后的破膠液進(jìn)行了系列性能測量，可見破膠液具有較低的表界面張力和較高的防膨率，有助于防止黏土膨脹和提高助排率；135 mg/L 的殘渣含量遠(yuǎn)低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，可以減少對地層傷害，綜合測定對巖心傷害率為12%，證明該體系對地層具有較好的儲層保護(hù)效果（見表5）。

表5 壓裂液破膠性能

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用

該壓裂液在X 地區(qū)致密氣1#井中成功應(yīng)用，壓裂層位位于1 163.8 m～1 168.3 m，巖性主要為長石巖屑砂巖和巖屑砂巖，儲層孔隙度約為10.6 %，泥質(zhì)含量15.6 %，滲透率0.62 mD，地層溫度44 ℃，屬于低孔低滲儲層?，F(xiàn)場施工加砂40 m3，入地液量352 m3，伴注液氮11 m3，壓后關(guān)井1 h 開井，初始黏度3.8 mPa·s，返排3 h 后黏度降到1 mPa·s，返排4 d 后累計出液214 m3，返排率61.04 %，日產(chǎn)氣23 433 m3，證明該壓裂液體系具有較好的應(yīng)用性能，能在低溫低孔低滲儲層中快速破膠高效返排。

3 結(jié)論

（1）通過對胍膠種類和濃度的優(yōu)選，確立了性能較優(yōu)的GW-3 胍膠，具有快速溶解增黏的效果，其水不溶物含量低，適合低溫儲層的應(yīng)用，推薦濃度為0.3 %。

（2）通過對多效添加劑和交聯(lián)劑的優(yōu)化，形成了低溫壓裂液基液配方：0.3 %GW-3+0.5 %DT+0.5 %KCl，基液黏度32 mPa·s，pH 值為9.46，加入0.3 %JL 交聯(lián)劑后可在32 s 內(nèi)達(dá)到挑掛狀態(tài)，交聯(lián)狀態(tài)良好。

（3）低溫壓裂液體系為假塑性流體，具有較好的耐剪切性。通過設(shè)計不同的破膠劑加量可以實現(xiàn)在低溫下快速破膠，破膠液表界面張力低、殘渣少、防膨率高、對儲層傷害小?，F(xiàn)場應(yīng)用獲得了較高的工業(yè)氣流，應(yīng)用性良好。