一種低傷害清潔壓裂液性能評(píng)價(jià)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

劉 驍，張盼盼，楊開(kāi)利，李志濤，孫 宇

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司1.油氣勘探公司，陜西 延安 716000；2.延長(zhǎng)氣田采氣二廠，陜西 榆林 718500）

引言

壓裂液是壓裂施工的工作液，壓裂液性能好壞直接影響壓裂增產(chǎn)效果[1]。清潔壓裂液因具有良好的攜砂、破膠、低傷害、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。自1974年斯倫貝謝研制出清潔壓裂液并成功應(yīng)用以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，清潔壓裂液的耐溫性能、組成體系、應(yīng)用范圍趨于豐富[2,3,4]。

延安氣田地處鄂爾多斯盆地東南部，構(gòu)造上屬于伊陜南坡，是典型的“低孔、低滲、低含氣”氣藏。延安氣田上古儲(chǔ)層普遍采用改性胍膠壓裂液體系，該體系存在現(xiàn)場(chǎng)施工工序復(fù)雜、配方體系復(fù)雜、對(duì)儲(chǔ)層傷害較大、耐高溫性能差、廢液處理困難等問(wèn)題。為降低儲(chǔ)層傷害、提高儲(chǔ)層改造效果，2019年公司在各采氣廠陸續(xù)開(kāi)展清潔壓裂液技術(shù)試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)兩年多實(shí)踐，Slick-Wo在線清潔壓裂液在上古儲(chǔ)層改造中得到一致認(rèn)可。

1.主要特點(diǎn)

1.1 體系組成和技術(shù)原理

Slick-Wo 在線清潔壓裂液是一種高性能的液體生物接枝聚合物和活性劑形成的在線清潔壓裂液，由A劑和B劑組成，A劑是一種甲殼素接枝丙烯酰胺聚合物，B劑是活性劑。推薦配方比例：1.5%A劑+0.2%B劑，A劑使用濃度為0.5-1.5%。

當(dāng)A 劑和B 劑遇水快速膨脹，在水中形成棒狀結(jié)構(gòu)的膠束，膠束之間高度“纏結(jié)”，形成類似于一種分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其具有很高的粘彈效應(yīng)和有效粘度，從而具備很好的懸砂性和攜帶性能。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

與胍膠壓裂液相比，該清潔壓裂液的優(yōu)勢(shì)在于：

1.2.1 操作簡(jiǎn)便。與胍膠壓裂液相比，其藥劑數(shù)量少；能夠?qū)⑴渲?、攜砂一體化，施工設(shè)備少，作業(yè)工序簡(jiǎn)化。

1.2.2 節(jié)約環(huán)保。通過(guò)在線添加、隨用隨配的方式，可避免因特殊情況無(wú)法施工造成的壓裂液浪費(fèi)現(xiàn)象；因液體聚合物為中性生物制劑，對(duì)人對(duì)設(shè)備無(wú)傷害；因液體聚合物具有遇水自我溶解擴(kuò)散釋放增粘，可被水任意比稀釋，對(duì)氣藏傷害低。

1.2.3 增產(chǎn)增效。壓裂液中特殊的生物表面活性藥劑，具有很好改變潤(rùn)濕性、助排效果；低摩阻，降阻率在60%以上，有效降低施工壓力，提高造縫能力；相比常規(guī)壓裂液技術(shù)可提高壓裂效率10-25%。

2.性能評(píng)價(jià)

2.1 溶解性能

在溫度30℃下，按1.5%A 劑+0.2%B 劑配制Slick-Wo 在線清潔壓裂液10mL，均勻攪拌后觀察其溶脹情況，用秒表記錄溶脹時(shí)間，用六速粘度計(jì)測(cè)定溶解后表觀粘度，用PH 試條測(cè)定PH，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。從表1 可以看出，在線清潔壓裂液呈中性、起粘快、流動(dòng)性好、摩阻小。

表1 溶脹時(shí)間和表觀粘度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 抗剪切性能

在剪切溫度120℃、170s-1剪切速率的測(cè)定環(huán)境下，采用哈克流變儀，測(cè)試了剪切120min后壓裂液的粘度，如圖1。圖1表明，剪切后粘度保持在40mPa·s左右，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)粘度要求25mPa·s以上。

圖1 清潔壓裂液120℃剪切曲線

2.3 攜砂性能

在室內(nèi)25℃，把配制好的壓裂液放置于500mL的量筒中，在勻速攪拌的情況下，按照砂比40%加入40-60目的陶粒砂，攪拌均勻后，靜置40s、10min、20min、30min，如圖2。將此量筒放置于設(shè)定溫度90℃的恒溫臺(tái)上，靜置40s、10min、20min、30min 觀察液體懸砂情況，如圖3。試驗(yàn)表明，25℃（模擬井口溫度）和90℃（模擬產(chǎn)層中部溫度）下Slick-Wo在線清潔壓裂液懸砂時(shí)間均在30min 以上，能夠滿足壓裂施工攜砂需要。

圖2 25℃條件下靜置40S、10min、20min、30min的懸砂情況

圖3 90℃條件下靜置40S、10min、20min、30min的懸砂情況

2.4 防膨性能

稱取0.50g 膨潤(rùn)土置于10mL 離心管中，加入50ppm 的10mL 破膠液，充分混合均勻，靜置2h 后，1500r/min 轉(zhuǎn)速下離心15min，讀取膨潤(rùn)土膨脹后膨脹體積，同時(shí)用水和煤油代替破膠劑，測(cè)定膨脹體積[6]，計(jì)算防膨率80%。結(jié)果表明，破膠液本身具有很好的防膨效果，對(duì)氣藏保護(hù)性好。

2.5 破膠性能

利用了表面活性劑親油基的特殊性，通過(guò)引入碳?xì)漕愇镔|(zhì)改變體系平衡的穩(wěn)定性而破膠[5]。在配制好的在線清潔壓裂液中分別加入50ppm、100ppm的破膠劑，在90℃、120℃下觀察破膠時(shí)間，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從表2 可以看出，當(dāng)加入低濃度的破膠劑，溫度可顯著加速破膠，當(dāng)加入高濃度的破膠劑，溫度對(duì)破膠影響緩慢，綜合來(lái)看，隨著溫度、破膠劑加量的不同，在線清潔壓裂液破膠時(shí)間不同，破膠時(shí)間可控且破膠徹底。

表2 在90℃和120℃條件下壓裂液破膠情況實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.6 傷害性能

取M 井不同層位的巖心各2 塊，測(cè)試巖心氣相滲透率（K1）和清潔壓裂液在巖心破膠后的滲透率（K2）[7]，然后根據(jù)K1、K2計(jì)算巖心滲透率損害率（?d）[8]，如式（1）所示，結(jié)果見(jiàn)表3，進(jìn)而評(píng)價(jià)巖心的損害程度。從表3 可以看出，巖心滲透性損害率在10%左右，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)中巖心滲透率損害率15%的要求。

表3 巖心滲透率損害率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.7 降阻性能

使用的管道循環(huán)裝置（管道直徑約0.8cm，長(zhǎng)度2m，流速0.4m3/h）進(jìn)行降阻率測(cè)定時(shí)間，實(shí)驗(yàn)中在線清潔壓裂液濃度分別為0.03%、0.05%、0.1%、1.0%、1.2%、1.5%，通過(guò)壓差變化計(jì)算降阻率[8]，時(shí)間與減阻率的關(guān)系如圖4?？梢钥闯?，降阻率在60%以上，有效降低施工壓力，有力提高造縫能力。

圖4 不同濃度的壓裂液下降阻率的變化

3.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 單一在線清潔壓裂液技術(shù)應(yīng)用

X-1 井位于陜西省榆林市靖邊縣三岔渠鄉(xiāng)祁家溝村，是一口開(kāi)發(fā)井。該井山2、山1 層（4020-4024m、4050-4055m）的電阻率62-106Ωm，聲波時(shí)差214-216μs/m，滲透率0.16-0.34mD，孔隙度6.2-7.7%，氣測(cè)烴值0.5-43%。2021年11月4日，對(duì)山2+山1層采用單一在線清潔壓裂液技術(shù)進(jìn)行壓裂增產(chǎn)，施工曲線如圖5所示。從圖5可以看出，施工過(guò)程平穩(wěn)，地層破裂明顯，加砂完成率100%，最大砂比17.6%。

圖5 X-1井山2、山1層壓裂施工曲線

與采用常規(guī)加砂壓裂的Y-1 井山1+盒8 層相比，X-1井試氣效果（無(wú)阻5.0389萬(wàn)方/天）明顯高于Y-1井無(wú)阻流量1.2499萬(wàn)方/天。

3.2 在線清潔壓裂液與高導(dǎo)流通道壓裂技術(shù)復(fù)合應(yīng)用

Z 井位于陜西省榆林市靖邊縣三岔渠鄉(xiāng)祁家溝村，井深4283.20m。2021年10月19日，對(duì)山1+盒8層采用在線清潔壓裂液+高導(dǎo)流通道技術(shù)進(jìn)行壓裂增產(chǎn)，施工壓力60MPa 左右，加砂完成率100%，最大砂比13.7%，壓后一次放通，返排率75.2%，無(wú)阻流量10.9157 萬(wàn)方/天，壓裂施工曲線如圖6。根據(jù)施工過(guò)程和放噴情況來(lái)看，將兩種壓裂工藝的復(fù)合可以優(yōu)勢(shì)集中，一方面通過(guò)提高裂縫導(dǎo)流能力而增產(chǎn)，另一方面降低儲(chǔ)層傷害、增強(qiáng)返排的效果。

圖6 Z井山1層、盒8層壓裂施工曲線

與同井場(chǎng)Z-1 井對(duì)比，Z 井轉(zhuǎn)層壓裂改造效果明顯，返排效果較單一在線清潔壓裂液改造的返排效果差，見(jiàn)表4。

表4 鄰井試氣效果對(duì)比

3.3 在線清潔壓裂液與10%前置生物酸技術(shù)復(fù)合應(yīng)用

Q-1 井位于陜西省榆林市靖邊縣席麻灣鄉(xiāng)長(zhǎng)渠溝村，井深4466.90m。該井本溪+山1 層的滲透率0.48-1.27mD，孔隙度9.4-1.4%。2021年10月，對(duì)本溪+山1層應(yīng)用在線清潔壓裂液+10%前置生物酸技術(shù)壓裂增產(chǎn)，加砂完成率100%，砂比19.45%，無(wú)阻流量13733 方/天，本溪層壓裂施工曲線如圖7。從圖7 可以看出，本溪層破裂壓力37.3MPa，最高壓力75.7MPa，平均壓力60.4MPa，表明10%前置生物酸技術(shù)明顯改善本溪層施工壓力。

圖7 Q-1井本溪層壓裂施工曲線

結(jié)論與認(rèn)識(shí)

通過(guò)室內(nèi)性能評(píng)價(jià)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，我們得到以下認(rèn)識(shí)：

1.與常規(guī)胍膠壓裂液性能相比，Slick-Wo 在線清潔壓裂液具有溶解快、起粘迅速、攜砂好、低摩阻、抗剪切、低傷害等優(yōu)點(diǎn)。

2.與常規(guī)胍膠壓裂液提前配制和考慮富余量相比，在線清潔壓裂液可在線連續(xù)混配，節(jié)約材料，液體性能得到保證。

3.在線清潔壓裂液現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程平穩(wěn)，攜砂性能好，增產(chǎn)效果明顯，能夠適應(yīng)本區(qū)塊的改造需求。

4.在線清潔壓裂液技術(shù)與高導(dǎo)流通道壓裂技術(shù)、10%前置生物酸技術(shù)等新技術(shù)具有很強(qiáng)的兼容性，能夠發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，滿足施工要求。

5.在線清潔壓裂液技術(shù)因其攜砂好、破膠可控、低傷害、現(xiàn)場(chǎng)可連續(xù)混配施工等優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)一步替代胍膠壓裂液，在延長(zhǎng)氣田具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。