清潔壓裂液在油田低效井上的應用與評價

[摘要]針對聚驅采出井壓裂低效比例逐年升高的問題，分析聚驅油井壓裂低效的原因，由于地層溫度和壓力偏低，導致常規壓裂液壓裂施工后很難排出，粘稠的壓裂液和壓裂液形成的濾餅堵塞地層孔隙，造成壓后不出液。清潔壓裂液因不含殘渣、添加劑少、易返排，不需破膠，對支撐裂縫及裂縫附近的地層無殘渣傷害。清潔壓裂液室內性能評價表明，清潔壓裂液具有良好的抗剪切性、破膠性、濾失性、防膨性及原油配伍性，現場應用清潔壓裂液對低壓、低效井進行挖潛改造，取得了較好的措施效果，達到改造儲層的目的，改善井區開發效果。

[關鍵詞]壓裂 清潔壓裂液 聚驅 性能評價 應用

中圖分類號：TE2文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0420106－02

一、引言

隨著薩南開發區聚驅開采面積的擴大，聚驅采出井壓裂低效已成為影響聚驅壓裂工藝技術調整挖潛作用的一個嚴重問題。資料統計表明，自2002年以來，薩南油田共對119口聚驅采出井進行了壓裂施工，壓后出現低效井12口，比例達10%，累計影響油量16110t，低效井治理費用高達78萬元，這一問題不僅貽誤了聚驅受效措施挖潛的有利時機，而且增加了作業施工費用。因此，分析聚驅采出井壓裂低效的原因，并采取相應的措施預防、治理低效井，有著積極的現實意義。

二、聚驅壓裂低效原因分析

通過對12口低效井施工質量、地質條件及壓裂工藝、液面恢復測試結果等因素綜合分析，認為產生低效的主要原因是：在地層壓力和地層溫度較低的情況下，常規壓裂液破膠不徹底，且地層沒有足夠的返排壓差，導致壓裂施工后壓裂液很難排出，粘稠的壓裂液和壓裂液形成的濾餅堵塞地層孔隙，造成壓后不出液。

要解決低效井問題，關鍵在于解決壓裂液在低溫下的徹底破膠和濾餅溶解問題。常規水基壓裂液的破膠性能與剪切流變性能是互相矛盾的，要想壓裂液破膠性能好，必須要多添加破膠劑，但同時破膠劑會破壞壓裂液的剪切性能，使壓裂液攜砂性能變差，容易形成砂堵。另外，由于地層溫度低（在30℃以下時），過硫酸鹽破膠劑的氧化性無法得到釋放，必須使用破膠助劑與過硫酸鹽混合破膠，所以混合破膠劑的破膠時間很難控制。對水力壓裂作業后返排液分析表明：胍膠聚合物返至地面的量只占泵入量的30-40%，存留下來的聚合物對地層和支撐裂縫造成明顯的傷害。對聚驅開采而言，其壓裂目的層為高滲透油層（PⅠ1～4），壓裂液中聚合物和添加劑能夠穿透多數孔喉形成內部濾餅，在這種情況下，巖石內部抗濾失阻力大大降低，尤其對于低壓油藏，要恢復裂縫附近壓前滲透率或提高其導流能力幾乎是不可能的。因此，常規水基壓裂液不適用于地層壓力低、溫度低的井。清潔壓裂液與常規壓裂液相比，具有不含殘渣、添加劑少、易返排，不需要交聯劑和破膠劑，對支撐裂縫及裂縫附近的地層沒有殘渣傷害的優點，適合于低溫、低壓儲層的壓裂改造。

三、清潔壓裂液成膠、破膠機理

清潔壓裂液以表面活性劑為主劑，當表面活性劑的濃度超過其臨界膠束濃度時，表面活性劑在鹽溶液中會形成微胞，且纏繞在一起，增加溶液的粘度。利用這種性質，在壓裂過程中可達到攜砂造縫的目的。這種粘彈性凍膠的粘度不受剪切速率的影響，在不同的剪切速率下，流體具有基本恒定的粘度，屬于牛頓流體。當這些微胞接觸到地層中的油氣時，油氣會破壞微胞的穩定性，使微胞由桿狀變成球狀，從而使凍膠失去粘度；另外，地層水可通過稀釋作用，也可以使桿狀微胞不再相互纏繞在一起，而失去粘度。因此，這種清潔壓裂液中無需加入破膠劑，成分中主要為表面活性劑，無殘渣，也不會對地層和裂縫造成傷害。

四、清潔壓裂液的室內性能評價

（一）抗剪切性能

清潔壓裂液由于締合作用，形成了與常規植物膠壓裂液“高粘高彈”不同的“低粘高彈”的流變性能，其與常規植物膠壓裂液不同，靠粘彈性攜砂，傳統的支撐劑輸送要求是壓裂液在170s-1時應有50-70mpa.s的粘度，清潔壓裂液在170s-1時粘度達30-50mpa.s即可有效攜砂。

將清潔壓裂液主劑與清水按3:100配比混合，攪拌2分鐘，即形成了清潔壓裂液凍膠。將壓裂液凍膠放入RS300流變儀中，在溫度為40℃、170s-1條件下剪切30分鐘，結果如下。

從表中看出，清潔壓裂液剪切30min后粘度值在50mpa.s以上，粘度下降在17%左右。

（二）破膠性能和表面張力

清潔壓裂液遇到油氣和地層水就會失去粘彈性，破膠水化，無需添加破膠劑。

1．緩釋破膠

在壓裂液中加入不同比例的水，在30℃下破膠30min，破膠液粘度及表面張力見表2。

分析表2中的數據，隨著加水量的增加，清潔壓裂液的破膠液粘度降低，當壓裂液與水的體積相同時，破膠液粘度為1.51mpa.s。

2．與烴類接觸破膠

在100ml壓裂液中分別加入10ml的柴油和原油，在30℃下破膠30min，破膠液粘度及表面張力見表3。

表3數據顯示，清潔壓裂液與烴類接觸破膠，破膠水化液粘度接近清水粘度，表面張力低。

（三）巖心傷害試驗

室內實驗結果表明，從壓裂處理后的巖心返排速度，清潔壓裂液比交聯胍爾膠和交聯HEC壓裂液快。對被處理油井產能影響最大的支撐劑充填層導流能力，用填砂管進行了測試，清潔壓裂液攜砂填充的支撐劑層的滲透率傷害率小于10%，滲透率保留率一般在90%以上，遠高于使用交聯胍爾膠壓裂液時的相應值。

（四）濾失性能

采用高溫高壓濾失儀，實驗清潔壓裂液的濾失情況，實驗發現，清潔壓裂液濾失后無濾餅。測得的濾失系數為7.52×10-4m/min1/2，初濾失量為2.11×10-4m3/m2。

（五）防膨性能

由于清潔壓裂液中主要成分為表面活性劑，其具有一定的防膨作用，由下表5數據可以看出，清潔壓裂液與2%KCl水溶液的防膨性能相同，能夠有效的防止壓裂過程中的粘土膨脹，利于油層保護和改善壓裂效果。

（六）壓裂液殘渣及地層原油配伍性實驗

與水破膠后的壓裂液，經過30min、3000r/min離心后，液體不分層，無沉淀出現，無固相，過濾無殘渣。與烴類接觸后，可明顯看到壓裂液體系緩慢發生變化，最后油水分層，壓裂液破膠，過濾無殘渣。

為了驗證清潔壓裂液與薩南開發區聚合物區塊的原油配伍情況，實驗選取了薩南開發區7口井的原油做了配伍實驗。

從上表可以看出，清潔壓裂液與地層原油充分配伍。

五、清潔壓裂液現場應用及效果分析

2006年，在以往測試地層壓力低及壓裂低效的聚驅采出井中選取5口井進行清潔壓裂液現場試驗。5口井完全按設計順利完成壓裂施工，一次成功率達100%，整個施工過程中各項施工指標達到了設計要求，實現了壓裂改造的目的。

（一）現場應用

通過現場跟蹤觀察，壓裂結束擴散壓力2小時后，打開套管可以看到排出的液體已經破膠，且有一定的噴量，排出液油水分離，界面清晰。與以往此類井壓后井口無氣、液排出現象形成鮮明對比。施工參數見下表7。

選取南3-51-P125井施工曲線(如圖1-圖2所示)進行分析。可以看出，清潔壓裂液能夠滿足設計要求，每條縫加砂4.43～5.93m3，平均砂比30%，施工過程中壓力平穩。

（二）措施效果對比

通過對5口低壓聚驅采出井的分析，對其連通注入井進行了相應調整。實施清潔壓裂液壓裂前后對比，平均單井日產液由壓前的82.6t，上升為128.4t，日增液45.8t；日產油由壓前的19.2t，上升為24.5t，日增油5.3t，沉沒度上升了184.46米，采液強度提高了4.87t/d.m，采油強度提高了0.56t/d.m。達到了改造儲層的目的，有效改善了井區挖潛效果。增產效果對比表見下表8。

六、結論及認識

1．聚驅采出井壓裂低效的主要原因是地層溫度、壓力偏低導致常規壓裂液對地層及裂縫造成傷害。

2．清潔壓裂液成分中主要為表面活性劑，無殘渣，易返排，遇水和原油破膠徹底，不需添加破膠劑，所以對支撐裂縫及裂縫附近的地層無殘渣傷害，尤其適用于低溫、低壓儲層的壓裂改造。

3．室內性能實驗表明清潔壓裂液具有很好的抗剪切性，較低的表面張力，較少的濾失量，無殘渣，不形成濾餅。

4．清潔壓裂液的現場應用取得了較好的壓裂低效井治理效果，解決了低壓井的挖潛治理問題，改善了井區開發效果。

參考文獻：

[1]王鴻勛，水力壓裂原理，石油工業出版社，1987年.

[2]官長質，壓裂作業中的保護油氣層技術，壓裂酸化技術論文集，北京：石油工業出版社，1999年.

作者簡介：

馬展朝，男，漢族，陜西省西安市人，碩士學位，大慶油田有限責任公司第二采油廠，工程師，主要研究方向：采油工程技術。