新型降濾失劑在陜295 區(qū)低壓氣藏的應(yīng)用研究

譚 宏，丁金崗，王 旗

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710018；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第四采油廠，陜西靖邊 718500）

隨著長(zhǎng)慶氣田改造逐步向大規(guī)模體積壓裂思路轉(zhuǎn)變，壓裂液作為主要工作介質(zhì)大量濾失至儲(chǔ)層深處，液體的返排率直接影響著最終儲(chǔ)層改造效果[1]。長(zhǎng)慶氣區(qū)部分區(qū)塊低壓特征明顯，返排矛盾突出。以陜295 區(qū)為例，主力氣藏盒8 段儲(chǔ)層地層壓力系數(shù)0.73，平均地層壓力較鄰區(qū)低2.7 MPa 以上（表1），為典型的低壓氣藏。研究區(qū)目前以直定向井開(kāi)發(fā)為主，采用胍膠壓裂液配合3%～5%比例伴注液氮，壓后依靠自然能量排液效果差，需采用制氮或鄰井氣舉同步配合排液，排液周期長(zhǎng)、成本高。

表1 陜295 區(qū)盒8 段與相鄰氣區(qū)儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)比

國(guó)內(nèi)外針對(duì)低壓氣藏改造目前主要有N2泡沫壓裂、CO2前置增能壓裂，兩種改造方式均能夠有效提升壓后排液效果，但需要額外增加施工設(shè)備，對(duì)于低產(chǎn)能氣井效益建產(chǎn)難度大，亟需低成本降濾提高排液效果的技術(shù)措施。借鑒油井暫堵壓裂技術(shù)思路，提出了在壓裂前置液階段加入降濾失劑，形成適用于低壓氣藏的低傷害壓裂改造工藝，實(shí)現(xiàn)低壓氣藏提高液體效率、減少儲(chǔ)層傷害和提升單井產(chǎn)量技術(shù)目標(biāo)（表2）。

表2 不同低壓氣藏壓裂工藝對(duì)比

1 降濾失劑研發(fā)與評(píng)價(jià)

水力壓裂過(guò)程中隨著壓裂液充滿(mǎn)裂縫內(nèi)部，大量壓裂液從裂縫壁向儲(chǔ)層內(nèi)濾失[2]，影響返排率的同時(shí)會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成不同程度的傷害?？刂茐毫岩旱臑V失意味著更多的液體在人工裂縫實(shí)現(xiàn)造縫功能，支撐劑填充后能夠得到更大的泄流面積，有助于返排和提產(chǎn)。通過(guò)加入降濾失劑是壓裂改造過(guò)程中有效的濾失控制技術(shù)，常用的壓裂液降濾失劑添加劑為柴油、熱熔型樹(shù)脂、聚合物和硅粉等材料。由于柴油、硅粉在壓裂液中的懸浮分布均勻程度比較差，實(shí)際降濾失效果不理想[3-5]。結(jié)合陜295 區(qū)儲(chǔ)層特征和技術(shù)需求，開(kāi)發(fā)一種新型水溶性的降濾失劑進(jìn)行暫堵降濾，以達(dá)到提高增產(chǎn)改造效果的目的[6]。

1.1 降濾失劑合成

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)合成降濾失劑ZD-120，三維立體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，通過(guò)三種不同的主要材料單元重復(fù)疊加，在保證超支化聚合物材料分子鏈增長(zhǎng)的同時(shí)，端基單元?jiǎng)t保留了兩個(gè)活性官能團(tuán)，一個(gè)官能團(tuán)未反應(yīng)。

圖1 可降解降濾失材料的單元組成

ZD-120 中核心材料為塑性骨架，在水浴冷卻下按一定質(zhì)量比加入水溶性可降解PAC、聚乙烯醇等材料。開(kāi)動(dòng)攪拌器，向其中緩慢加入一定量的氫氧化鈉水溶液進(jìn)行中和，中和完畢后加入0.02%引發(fā)劑D、0.1%穩(wěn)定劑E 和1.0%抑制劑F，室溫?cái)嚢? h。然后加入自制交聯(lián)劑、抗壞血酸和雙氧水，高速攪拌下引發(fā)超支化聚合，在200 ℃條件下高速攪拌1 h，將產(chǎn)物倒入四氟乙烯孔板上，產(chǎn)物通過(guò)孔板滴液成型絲狀和珠狀產(chǎn)品，通過(guò)造粒后得到降濾失劑產(chǎn)品（圖2），粒徑主要集中在0.1 mm 左右。

圖2 可降解降濾失材料

1.2 降濾失性能評(píng)價(jià)

陜295 區(qū)主體采用胍膠壓裂液，實(shí)驗(yàn)室在壓裂液中按一定比例添加ZD-120，對(duì)壓裂液降濾失性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

基液配方：0.4%CJ2-6+0.1%CJSJ-3+0.3%TGF-1+0.3%COP-3+0.3%TJ-1，交聯(lián)劑：JL-9，交聯(lián)比100.0∶0.3～0.4。

1.2.1 降濾失性能測(cè)試 測(cè)試計(jì)算含ZD-120 的壓裂液在90 ℃、壓差3.5 MPa 下的濾失情況，隨ZD-120 濃度的增加，濾失系數(shù)逐漸降低，在ZD-120 濃度達(dá)到0.1%時(shí)具有最佳的綜合降濾失效果，濾失系數(shù)降低63.6%，在后續(xù)測(cè)試中均采用0.1%ZD-120 進(jìn)行評(píng)價(jià)（圖3）。

圖3 ZD-120 濃度與濾失系數(shù)的關(guān)系

1.2.2 巖心傷害性能測(cè)試 選用現(xiàn)場(chǎng)巖心，將巖心飽和地層水后，裝入挾持器置于烘箱中，正向以0.10～0.50 mL/min 排量注入標(biāo)準(zhǔn)鹽水測(cè)穩(wěn)定滲透率；以恒定壓力驅(qū)替0.5～3.0 MPa，正向注氮?dú)鉁y(cè)滲透率至滲透率穩(wěn)定Kg；反向以0.01～0.50 mL/min 排量注入含0.1%濃度的ZD-120 的壓裂液，控制注入壓力不大于10.0 MPa，保持壓力使壓裂液在巖心中停留時(shí)間大于2 h，模擬壓裂施工壓裂液對(duì)巖心傷害，再以恒定壓力驅(qū)替0.5～3.0 MPa，氮?dú)怛?qū)正向測(cè)試氣測(cè)滲透率至穩(wěn)定Ka。

式中：D-壓裂液導(dǎo)致的滲透率傷害率，%；Kg-氮?dú)怛?qū)初始滲透率，mD；Ka-傷害后氮?dú)怛?qū)滲透率，mD。

巖心傷害實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4，傷害前巖心滲透率0.191 mD，最后恢復(fù)至0.145 mD，巖心傷害率為24.1%?？瞻讟悠穳毫岩簬r心傷害率為22.1%，說(shuō)明ZD-120 對(duì)儲(chǔ)層沒(méi)有明顯額外傷害。

圖4 ZD-120 壓裂液巖心傷害測(cè)試

1.2.3 侵入深度測(cè)試 選擇巖心進(jìn)行核磁共振實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前測(cè)量并記錄干巖心的滲透率和質(zhì)量，通過(guò)核磁共振設(shè)備連續(xù)測(cè)出不同時(shí)刻巖心的核磁共振一維頻率編碼和核磁共振成像，記錄并保存數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。空白樣品和加入0.1%ZD-120 的壓裂液在巖心中的濾液侵入測(cè)試曲線（圖5、圖6），以含水飽和度來(lái)衡量壓裂液濾液的侵入深度。

圖5 侵入深度與含水飽和度的關(guān)系（空白樣品）

圖6 侵入深度與含水飽和度的關(guān)系（ZD-120）

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不同時(shí)間段內(nèi)同一深度加入降濾失劑樣品的含水飽和度明顯降低，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，2.0 h 后在距巖心端面30 mm 處含水飽和度由85%下降至66%，表明降濾失劑加入后壓裂液的侵入深度明顯降低。

1.2.4 ZD-120 的可降解性能 ZD-120 顆粒形態(tài)在0.3 mm 以?xún)?nèi)，室內(nèi)研究了ZD-120 在儲(chǔ)層條件下降解性能。取15 g 降濾失顆粒放入成化釜中，加入300 mL壓裂液破膠液，然后放入120 ℃滾子加熱爐中，10 h 后取出樣品，用蒸餾水潤(rùn)洗三次，在真空烘箱中烘干后稱(chēng)取質(zhì)量，以計(jì)算樣品的降解率，測(cè)試ZD-120 的降解性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在100 ℃水中ZD-120 可完全降解，10 h 降解率達(dá)到95%以上。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

選取陜295 區(qū)同井場(chǎng)兩口井進(jìn)行降濾失對(duì)比試驗(yàn)，陜295-X1 井盒8 層施工過(guò)程中前置液階段按比例加入ZD-120 共計(jì)150 kg，對(duì)比陜295-X2 井盒8 層改造未加入ZD-120，從壓裂趨勢(shì)線可以看出，X1 井前置液階段在加入ZD-120 后對(duì)比X2 井壓力穩(wěn)中有升，表明ZD-120 的加入有效降低了液體濾失，裂縫在橫向上能夠得到持續(xù)有效延伸，X2 井前置液階段壓降3.0 MPa，壓裂液濾失量較大，裂縫在橫向上延伸程度較弱。

X1 井壓后一次性放通，返排率40%左右點(diǎn)火成功，對(duì)比X2 井返排率達(dá)到40%時(shí)排液周期縮短20%以上，X1 井測(cè)試日產(chǎn)氣量3.4×104m3，無(wú)阻流量10.0×104m3/d，無(wú)阻流量對(duì)比X2 井提高15.8%，增產(chǎn)效果顯著。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)室內(nèi)合成，開(kāi)發(fā)出適用于陜295 區(qū)低壓氣藏可降解降濾失劑ZD-120，顆粒粒徑0.1 mm，室內(nèi)評(píng)價(jià)壓裂液濾失系數(shù)降低63.6%，10 h 降解率達(dá)到95%以上。

（2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)降濾失壓裂技術(shù)對(duì)比常規(guī)措施鄰井排液周期縮短20%，無(wú)阻流量提高15.8%，實(shí)現(xiàn)了低壓氣藏提高排液效果和單井產(chǎn)量的技術(shù)目標(biāo)。