速溶海水基壓裂液在渤海油田的應(yīng)用

李 夢，陳 磊，鮑文輝，申金偉，趙 健，孫厚臺(tái)，許田鵬

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

渤海海域L油田儲(chǔ)層埋深1 500～2 000 m，儲(chǔ)層溫度55～65 ℃，儲(chǔ)層滲透率（50～2 000）×10-3μm2，儲(chǔ)層孔隙度25%～35%，地面原油黏度10～10 000 mPa·s，屬于典型的高孔、高滲、疏松砂巖油藏，儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重。隨著注水開發(fā)進(jìn)入中后期，部分老井由于地層出砂、注入水質(zhì)不合格等因素的影響，造成產(chǎn)液量、產(chǎn)油量大幅度下降，并且常規(guī)的解堵措施基本無效。壓裂具有穿透距離深、有效時(shí)間長、能解決非均質(zhì)層間矛盾等優(yōu)點(diǎn)，可作為老井增產(chǎn)的有效手段之一[1-3]。但海上多數(shù)生產(chǎn)平臺(tái)由于平臺(tái)面積小、儲(chǔ)液空間小的問題[4-6]，無法滿足大規(guī)模壓裂施工作業(yè)要求[7]，因此提出壓裂增產(chǎn)船+連續(xù)混配+速溶海水基壓裂液的一體化技術(shù)，能有效實(shí)現(xiàn)海上快速、高效、大規(guī)模壓裂施工[8-12]。本文針對L油田的儲(chǔ)層特征，優(yōu)化出一套可連續(xù)混配速溶海水基壓裂液體系，開展速溶性、耐溫耐剪切性、濾失性、破膠性能和巖心傷害性能評價(jià)，并在L油田得到現(xiàn)場推廣應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

材料：速溶型抗鹽胍膠（SWF-SRG），工業(yè)品；殺菌劑BA-3、助排劑CA-4、調(diào)節(jié)劑CR-4、交聯(lián)劑CL-3、破膠劑GB，工業(yè)品；無水煤油；天然巖心，取自油田現(xiàn)場。實(shí)驗(yàn)用海水取自渤海海域，礦化度為37 104 mg/L。離子質(zhì)量濃度：Ca2+，392.8 mg/L；Mg2+，1 510.7 mg/L；Na+，10 168.9 mg/L；K+，393.7 mg/L；Cl-，21 602.3 mg/L；，3 036.4 mg/L。

設(shè)備：六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)；RS6000高溫高壓流變儀；電動(dòng)攪拌器；Texas-500 型旋轉(zhuǎn)滴法界面張力儀；JK-99B 表面張力儀；壓裂液動(dòng)態(tài)濾失傷害測試系統(tǒng)；恒溫干燥箱，工作溫度為室溫200 ℃。

1.2 溶脹性

取500 mL海水加入燒杯中，啟動(dòng)攪拌器，調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速至500 r/min。稱取1.75 g稠化劑，緩慢加入燒杯中，持續(xù)攪拌1 min后，停止攪拌，靜置。分別在1、3、5、8、10、20、30和60 min時(shí)測試稠化劑溶液黏度，計(jì)算不同時(shí)間下稠化劑在海水中的溶解率。溶解率計(jì)算公式如下：

式中：ηt為時(shí)間t時(shí)的稠化劑的溶解率，%；μt為時(shí)間t時(shí)稠化劑溶液黏度，mPa·s；μ60為時(shí)間60 min時(shí)稠化劑溶液黏度，mPa·s。

1.3 壓裂液性能評價(jià)

參照SY/T 5107—2016《水基壓裂液性能評價(jià)方法》，測定壓裂液的表觀黏度、耐溫耐剪切性能、濾失性能、破膠性能及巖心基質(zhì)滲透率損害率。

2 速溶海水基壓裂液配方研究

通過分析渤?，F(xiàn)場海水水質(zhì)可知，礦化度為37 104 mg/L，其Na+濃度為10 168.9 mg/L、Ca2+濃度為392.8 mg/L、Mg2+濃度為 1 510.7 mg/L，海水中含有的大量陽離子會(huì)影響水分子向卷曲的瓜膠分子鏈內(nèi)滲透、擴(kuò)散，造成瓜膠分子鏈在海水中溶脹速度慢。速溶型抗鹽胍膠通過在瓜膠分子鏈上接入強(qiáng)親水的陰離子基團(tuán)，不僅提高瓜膠海水中的黏度，并通過陰離子基團(tuán)吸附陽離子屏蔽對其瓜膠分子溶脹速度的影響，從而提高瓜膠的抗鹽性和速溶性。

海水中含有大量的Mg2+，其在堿性條件下，pH值超過9.5時(shí)，與OH-結(jié)合產(chǎn)生難溶的Mg(OH)2，不僅消耗壓裂液中的OH-影響交聯(lián)性能，沉淀還會(huì)造成儲(chǔ)層基質(zhì)和裂縫填充層堵塞[13]。調(diào)節(jié)劑同時(shí)具備螯合二價(jià)鎂離子和調(diào)節(jié)pH值的功能，一方面避免二價(jià)鎂離子與OH-反應(yīng)生產(chǎn)沉淀，另一方面控制壓裂液的pH值在9.5以下，為壓裂液交聯(lián)提供穩(wěn)定的pH值環(huán)境。

3 壓裂液性能評價(jià)

根據(jù)L油田儲(chǔ)層特征，通過對關(guān)鍵添加劑的優(yōu)選，形成可滿足連續(xù)混配的低溫速溶海水基壓裂液配方：0.35%SWF-SRG + 0.2%BA-3 + 0.4%CA-4 + 0.4%CR-4 + 0.6%CL-3 + 0.03%～0.05%GB，對壓裂液的性能進(jìn)行了評價(jià)。

3.1 速溶性

連續(xù)混配設(shè)備包括恒壓混合器、靜態(tài)混合器和動(dòng)態(tài)增黏系統(tǒng)，恒壓混合器主要用于混合稠化劑和海水；靜態(tài)混合器主要通過高速流動(dòng)方式保證稠化劑充分分散和溶脹；動(dòng)態(tài)增黏系統(tǒng)為一個(gè)大容積的攪拌罐，主要用于壓裂液充分的溶脹、溶解[14]。為了滿足壓裂液即配即用，要求壓裂液在5～10 min完成溶脹，滿足交聯(lián)攜砂的要求。

濃度為0.35%的SWF-SRG在海水中的溶解率測試結(jié)果見表1。SWF-SRG在海水中溶脹5 min和10 min時(shí)，基液黏度分別達(dá)到33 mPa·s和36 mPa·s，溶解率分別為81.3%和92.3%。說明SWF-SRG在海水中5～10 min內(nèi)能充分溶脹，滿足連續(xù)混配配液的要求。

表1 SWF-SRG溶脹性測試Table 1 Swelling of SWF-SRG

3.2 耐溫耐剪切性

使用攪拌器配制基液，轉(zhuǎn)速為500 r/min，按照配方比例依次加入SWF-SRG、殺菌劑、助排劑、調(diào)節(jié)劑后，繼續(xù)攪拌1 min，然后靜置5 min，加入交聯(lián)劑攪拌形成凍膠。用HAAKE RS6000流變儀在剪切速率為170 s-1、溫度為60 ℃條件下對壓裂液凍膠進(jìn)行耐溫耐剪切性能評價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。壓裂液經(jīng)過120 min剪切后，黏度保持在110 mPa·s以上，表明速溶海水基壓裂液滿足現(xiàn)場壓裂施工攜砂的需求。

圖1 速溶海水基壓裂液耐溫耐剪切性Fig. 1 Temperature and shear resistance of instant seawater based fracturing fluids

3.3 濾失性能

取L油田儲(chǔ)層巖心在60 ℃進(jìn)行靜態(tài)濾失參數(shù)的測試。巖心長度3.3 cm，直徑2.54 cm，測得孔隙度為28%，滲透率為118×10-3μm2。低溫速溶海水基壓裂液的濾失屬于受造壁性控制的濾失，計(jì)算得到造壁濾失系數(shù)Cw=0.223×10-3m/s1/2、初濾失量SL=0.484×10-2m3/m2，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。經(jīng)過靜態(tài)濾失測試后，在巖心端面形成了一層濾餅（圖2），表明該壓裂液在儲(chǔ)層裂縫壁面形成濾餅后，能降低壓裂液向儲(chǔ)層基質(zhì)濾失，提高壓裂液造縫性能，確保了高滲儲(chǔ)層壓裂施工的成功率。

圖2 濾失后巖心端面Fig. 2 Core end face after filtration

3.4 破膠性能

在60 ℃下分別測試速溶海水基壓裂液在不同破膠劑濃度、不同時(shí)間下的破膠液黏度和殘?jiān)浚瑴y試結(jié)果見表2。從表中看出，破膠劑濃度在0.03%和0.05%下，4 h時(shí)破膠液黏度均小于5 mPa·s，徹底破膠。在0.05%破膠劑濃度下，破膠液黏度和殘?jiān)啃∮?.03%破膠劑，并且隨著破膠時(shí)間延長，破膠液黏度和殘?jiān)窟M(jìn)一步降低，表明提高破膠劑濃度和延長關(guān)井時(shí)間有助于徹底破膠和降低固相物含量，減小儲(chǔ)層傷害。

表2 速溶海水基壓裂液破膠性能Table 2 Gel breaking performance of instant seawater based fracturing fluids

速溶海水基壓裂液破膠液表面張力 27 mN/m，煤油的界面張力0.5 mN/m 左右，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.5 巖心傷害評價(jià)

以煤油為流動(dòng)介質(zhì)，測試速溶海水基壓裂液破膠液對渤海油田L(fēng)井巖心基質(zhì)滲透率損害率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3?？梢钥闯觯撍偃芎Ｋ鶋毫岩簬r心基質(zhì)滲透率平均損害為5.05%，遠(yuǎn)小于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)≤30% 的要求。

表3 巖心基質(zhì)滲透率損害率Table 3 Damage rate of core matrix permeability

4 現(xiàn)場應(yīng)用

渤海海域海水礦化度為35 000～37 000 mg/L，pH值為7.0～7.5，現(xiàn)場壓裂液用海水直接配制。連續(xù)混配裝置最大配液速率8.0 m3/min，瓜兒膠干粉最大下料速度56 kg/min。速溶海水基壓裂液連續(xù)混配壓裂在渤海油田應(yīng)用超過10井次，最大配液速度4.3 m3/min，最高砂比60%，最大加砂量51.1 m3，現(xiàn)場施工均順利完成（表4）。從現(xiàn)場施工效果看，海上壓裂采用了壓裂增產(chǎn)船+連續(xù)混配設(shè)備+速溶海水基壓裂液的作業(yè)模式，節(jié)省了壓裂設(shè)備吊裝、擺放、備水、配液等過程的作業(yè)時(shí)間，單井壓裂作業(yè)時(shí)間由7天縮短到2天，大幅度提高了作業(yè)效率，對海上大規(guī)模壓裂作業(yè)具有借鑒意義。

表4 速溶海水基壓裂液現(xiàn)場應(yīng)用Table 4 Field application of instant seawater-based fracturing fluids

5 結(jié)論

（1）SWF-SRG在海水中溶脹5 min和10 min時(shí)，溶解率分別為81.3%和92.3%，表明SWFSRG滿足連續(xù)混配配液的要求。

（2）形成一套低溫速溶海水基壓裂液，在60 ℃下剪切120 min后黏度大于110 mPa·s，造壁濾失系數(shù)Cw=0.223×10-3m/s0.5，在0.05%破膠劑濃度下4 h內(nèi)完全破膠，破膠液黏度3.2 mPa·s，殘?jiān)?60 mg/L，對儲(chǔ)層巖心基質(zhì)滲透率平均損害率為5.05%，具有良好耐溫耐剪切、造壁性、破膠性和儲(chǔ)層保護(hù)性。

（3）低溫速溶海水基壓裂液連續(xù)混配壓裂在L油田應(yīng)用了12井次，現(xiàn)場5 min溶解率均超過80%，實(shí)現(xiàn)了最大配液速度4.3 m3/min，最高砂比60%，最大加砂量51.1 m3，施工成功率100%，大幅提高了海上壓裂施工效率和施工規(guī)模。