應(yīng)用HRS復(fù)合解堵劑解除清潔壓裂液污染

張 瑋 張光波 張登文 連小華 吳世仝 李詠梅

(1.中石油華北油田山西煤層氣勘探開發(fā)分公司，山西 048000;2.中石油華北油田工程技術(shù)研究院，河北 062552;3.中國(guó)石油煤層氣開采先導(dǎo)試驗(yàn)基地，河北 062552)

煤儲(chǔ)層具有“低孔、低滲、低壓”的地質(zhì)特征，故煤層氣開發(fā)一般需要壓裂改造提高開發(fā)效果。水力裂技術(shù)是煤層氣開發(fā)主要的增產(chǎn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)外使用過的水力壓裂液體有：活性水、清潔壓裂液、瓜膠等?；钚运畨毫延捎谂渲煤?jiǎn)單，對(duì)煤層的傷害較小，在煤層氣壓裂中得到了廣泛的影響，但活性水受自身流變性的影響，攜砂能力弱，壓裂規(guī)模受到了限制，為保證順利加砂，一般排量較高，裂縫的縱向延伸不易控制，很難形成較長(zhǎng)的支撐裂縫，不利于提高煤層氣的改造效果。為了提高煤層氣開發(fā)效果，對(duì)21口井探索使用了清潔壓裂液粘性液體壓裂，但是開發(fā)效果明顯低于鄰井活性水壓裂井的開發(fā)效果。本文從清潔壓裂液的性能、傷害機(jī)理等入手，針對(duì)性提出了HRS復(fù)合解堵措施，對(duì)清潔壓裂液造成的儲(chǔ)層污染進(jìn)行了解堵措施。

1 清潔壓裂液性能及開發(fā)效果

1.1 清潔壓裂液性能

清潔壓裂液的主要配方為“表面活性劑VES+膠束促進(jìn)劑+防膨劑”。由黏彈性表面活性劑(VES)組成，溶液體系中不含聚合物，一定條件下在水溶液中形成的棒狀膠束可以相互纏繞成可逆三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使表面活性劑溶液呈現(xiàn)凝膠性質(zhì)并表現(xiàn)出特殊的流變性能。清潔壓裂液具有高黏彈性的空間網(wǎng)狀膠束結(jié)構(gòu)，很難通過滲透率小于5×10-3μm2的巖石孔喉發(fā)生濾失，且濾失不形成濾餅，對(duì)儲(chǔ)層傷害較小，可使支撐裂縫導(dǎo)流能力保持率在 90%以上，特別適合低滲透儲(chǔ)層的加砂壓裂改造。

清潔壓裂液具有以下優(yōu)勢(shì)：①主要靠黏性攜砂，抗剪能力強(qiáng)，施工時(shí)砂比較高；②不需加破膠劑即可破膠；③摩阻較小，降低了施工作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)和施工的水馬力，便于輸送；④易破膠，且破膠程度較徹底，殘?jiān)?，無濾餅的形成；⑤返排液幾乎無黏度，易于返排。清潔壓裂液的缺點(diǎn)：①清潔壓裂液屬于高分子聚合物壓裂液，對(duì)煤層形成表面活性劑的吸附傷害。②相對(duì)于活性水壓裂，清潔壓裂液對(duì)煤巖的滲透性傷害較大(圖1)；③對(duì)由于煤層夾有泥巖、黏土礦物，采用清潔壓裂液容易引起黏土膨脹傷害；④成本高，不利于現(xiàn)場(chǎng)推廣使用。

圖1 壓裂液對(duì)煤巖的滲透性傷害實(shí)驗(yàn)圖

1.2 開發(fā)效果

樊莊區(qū)塊某井區(qū)60口井，采用活性水壓裂的39口井，清潔壓裂液壓裂的有21口井，以投產(chǎn)一年后產(chǎn)氣量評(píng)價(jià)開發(fā)效果。 從表1可以看出，產(chǎn)量在2000m3以上的井主要是活性水體系，比例達(dá)到85.7%；清潔壓裂液2口，比例為14.3%。從整體的見氣比例分析，活性水與清潔壓裂液的見氣比例分別為94.8%和71.4%，可見活性水見氣比例較高。對(duì)比表明，活性水壓裂液壓裂產(chǎn)氣效果要明顯好于使用清潔壓裂液的井，清潔壓裂液低產(chǎn)井(<1000m3)比例較高。

表1 活性水、清潔壓裂液井產(chǎn)氣效果對(duì)比

2 HRS復(fù)合解堵劑作用機(jī)理

HRS復(fù)合解堵劑是一種新型環(huán)保的油井解堵技術(shù)新產(chǎn)品，可在井下生成強(qiáng)氧化性ClO2，主要通過解除鉆井液、壓裂液中的有機(jī)高分子堵塞、殺滅細(xì)菌，實(shí)現(xiàn)近井地帶解堵，取得了良好效果。

(1)清除聚合物(降粘)

利用復(fù)合解堵劑的強(qiáng)氧化作用，激發(fā)有機(jī)鏈上的不活潑氫，通過脫氫反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的羥基取代中間體，發(fā)生開鏈裂解，使聚合物的分子結(jié)構(gòu)由長(zhǎng)鏈變短鏈，其粘度大幅度下降，流動(dòng)性變好易于從地層排出，從而解除地層的堵塞，可解除鉆井液和粘性壓裂液造成的煤層污染。實(shí)驗(yàn)結(jié)果具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 降粘實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

(2)清除硫化鐵與鐵硫化物堵塞(疏通)

(3)增大煤層滲透率(增透)

經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)，將沁水盆地寺河煤礦附近煤巖樣品在解堵液中浸泡，測(cè)試滲透率的變化，不同樣品的變化率數(shù)據(jù)如表3所示。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，復(fù)合解堵劑能夠增大煤儲(chǔ)層滲透率，平均增大23倍，基本達(dá)到1mD，儲(chǔ)層滲透性能夠得到很大改善。初始滲透率越低滲透率增加的比例越大，例如初始滲透率較高的1號(hào)煤柱處理后滲透率增加了103.21%，而初始滲透率最低的2號(hào)煤柱處理后滲透率增加了4850%，可見對(duì)于特低滲透儲(chǔ)層復(fù)合解堵劑具有較好的增透效果。

表3 滲透率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 HRS復(fù)合解堵工藝及應(yīng)用效果

3.1 HRS復(fù)合解堵工藝

根據(jù)HRS復(fù)合解堵劑的的特性和開發(fā)區(qū)塊內(nèi)單井受污染類型，結(jié)合室內(nèi)數(shù)學(xué)模擬確定施工參數(shù)，液體配方為清水和復(fù)合解堵劑，注入方式為壓裂車泵注，注入排量為5～6m3/min或0.1～3m3/min，注入液量為80～120m3。

壓裂泵注程序分三個(gè)階段，包括前置液、化學(xué)解堵液、頂替液，前置液液量100～120m3，解堵液液量80～120m3，泵注完成后向井內(nèi)頂替相當(dāng)于油管容積的解堵劑。

3.2 HRS化學(xué)解堵實(shí)施效果

對(duì)5口一次壓裂采用清潔壓裂液壓裂的單井實(shí)施HRS復(fù)合解堵措施，以措施一年后的產(chǎn)氣量計(jì)算措施增量，單井平均日增氣量871m3，解堵效果明顯高于常規(guī)活性水解堵(圖2)。

圖2 措施井解堵效果

3.3 HRS實(shí)施案例

HG17-7井位于樊莊區(qū)塊北部，生產(chǎn)3號(hào)煤，生產(chǎn)井段640.0～645.0m，一次壓裂采用清潔壓裂液，共注入壓裂液250.17m3(前置液113.24m3+攜砂液129.13m3+頂替液6.48m3)，加入石英砂30.76m3(細(xì)砂5.2m3+中砂25.56m3)，破裂壓力16.23MPa，施工排量6.4～6.9L/min，施工壓力9.2～16.2MPa，平均砂比22.6，壓裂后1～2天放噴。投產(chǎn)后產(chǎn)氣效果差，產(chǎn)氣量?jī)H有100m3左右。分析認(rèn)為一次壓裂采用清潔壓裂液，儲(chǔ)層溫度低，清潔液難以破膠，附著于煤巖表面，抑制了煤層氣解吸。

后采取HRS復(fù)合解堵，共注入壓裂液360.9m3：前置液(清水+3%NH4CI)210.2m3，攜砂液(HRS復(fù)合解堵劑)120.5m3，頂替液(清水+3%NH4CI)30m3，施工排量2.23～6.08m3/min，施工壓力10.2～14.4MPa，未加砂，壓裂后1小時(shí)快速放噴。本次解堵效果良好，清除了清潔壓裂液污染。解堵一年后產(chǎn)氣量1727m3，目前該井產(chǎn)氣量穩(wěn)定在2400m3，較措施前增產(chǎn)2300m3(圖3、4、5)。

圖3 HG17-7井排采曲線

圖4 HG17-7清潔壓裂液壓裂曲線

圖5 HG17-7HRS復(fù)合解堵曲線

4 結(jié)論

(1)清潔壓裂液的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)煤層的傷害較小,攜砂性能比活性水要強(qiáng),但是使用清潔壓裂液壓裂的井目前的產(chǎn)氣量并不是很高,其優(yōu)越性沒有體現(xiàn)，分析認(rèn)為煤層埋深較淺，儲(chǔ)層溫度較低，清潔壓裂液難以破膠，抑制了煤層氣解吸。

(2)HRS復(fù)合解堵劑是一種新型環(huán)保的解堵劑，可以解決聚合物和生物堵塞的問題,提高壓裂的導(dǎo)流能力,達(dá)到增產(chǎn)的目的。

(3)HRS復(fù)合解堵劑針對(duì)清潔壓裂液污染取得了較好的效果，進(jìn)一步提高實(shí)施效果還需從地質(zhì)選井、堵塞機(jī)理、施工工藝參數(shù)調(diào)整等方面深入研究，持續(xù)優(yōu)化。