羧甲基羥丙基壓裂液體系在長(zhǎng)慶華慶油田的應(yīng)用

王春鵬 楊艷麗 崔偉香 王尚衛(wèi) 徐敏杰 黃高傳

（1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院·中國(guó)石油油氣藏改造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北廊坊 065007； 2.長(zhǎng)慶油田公司超低滲透油藏研究中心，陜西西安 710018）

華慶油田長(zhǎng)6 儲(chǔ)層為長(zhǎng)慶低滲透油藏的主力儲(chǔ)層，平均滲透率0.5 mD，孔隙度集中分布在8%～12%范圍內(nèi)，天然裂縫不發(fā)育，砂體變化較小，濾失系數(shù)較低，屬典型低孔、低滲儲(chǔ)層［1］。目前該區(qū)塊常用的壓裂液稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)以0.35%～0.50%為主［2］，具有較好的交聯(lián)性能、良好的耐溫耐剪切性及流變性能，能夠滿足施工要求。近年來，降低稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、減少壓裂液殘?jiān)鼈σ呀?jīng)成為提高低滲透儲(chǔ)層改造效率的主要研究方向［3-6］。前人在以往研究中，形成了適用于中高溫（90～140 ℃）儲(chǔ)層的低濃度壓裂液體系［7］，針對(duì)長(zhǎng)慶低滲透儲(chǔ)層形成了適用于堿敏儲(chǔ)層的羧甲基壓裂液體系［8］，稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的低濃度羧甲基壓裂液體系也試驗(yàn)性地應(yīng)用2 口井［9］，但沒有大面積推廣。針對(duì)華慶長(zhǎng)6 儲(chǔ)層的特點(diǎn)，研制了稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%的羧甲基羥丙基瓜膠（Carboxymethyl-hydroxypropyl Guar Gum，以下簡(jiǎn)稱CMHPG）壓裂液體系，該體系降低了華慶油田配液用水中高濃度鈣鎂離子對(duì)壓裂液性能的影響，具有攜砂能力強(qiáng)、破膠徹底、殘?jiān)康偷忍攸c(diǎn)。

1 壓裂液對(duì)裂縫導(dǎo)流能力傷害機(jī)理分析

為評(píng)價(jià)壓裂液對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的傷害，對(duì)其傷害機(jī)理進(jìn)行分析。首先，應(yīng)用掃描電鏡觀察支撐劑顆粒表面，可以發(fā)現(xiàn)，壓裂液破膠液流過支撐劑填充層后，壓裂液殘膠在支撐顆粒表面形成了膜狀膠結(jié)物，殘?jiān)氯酥蝿╊w粒之間通道（圖1），降低了支撐劑顆粒間的連通性，進(jìn)而降低了導(dǎo)流能力，影響了壓裂改造效果；其次，將稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.25%和0.30%的CMHPG 壓裂液的破膠液與清水進(jìn)行導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，相同實(shí)驗(yàn)條件下（閉合壓力40 MPa，鋪砂濃度5 kg/m2）兩種壓裂液破膠液對(duì)導(dǎo)流能力的傷害分別為64%和81%（圖2），稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低，破膠液對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的傷害越小。因此，在保證壓裂液攜砂能力的前提下，減少瓜膠的用量可降低壓裂液破膠液對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力的傷害，提高壓裂改造效果。

圖1 支撐劑表面掃描電鏡圖片

圖2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)CMHPG 壓裂液導(dǎo)流能力對(duì)比

2 羧甲基羥丙基壓裂液體系的研發(fā)

為降低壓裂液破膠液對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的傷害，需要在保證攜砂性能的前提下，選擇殘膠、殘?jiān)康偷某砘瘎⒈M量減少稠化劑用量。

CMHPG 是瓜膠（Hydroxypropyl Guar Gum，以下簡(jiǎn)稱HPG）的改性產(chǎn)品，其水不溶物減少、水溶速度加快、防腐貯存性能得到了改善。應(yīng)用CMHPG壓裂液與HPG 壓裂液的破膠液分別進(jìn)行導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。用掃描電鏡觀察實(shí)驗(yàn)后的支撐劑顆粒，可以發(fā)現(xiàn)在相同稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，CMHPG壓裂液破膠液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的支撐劑顆粒表面膠結(jié)物較少，支撐劑顆粒間無碎屑堵塞通道（圖3a），采用HPG 壓裂液破膠液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的支撐劑顆粒表面膠結(jié)物較多，并且殘?jiān)讯氯w粒間的通道（圖3b）。導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（圖4），相同條件下（鋪砂濃度10 kg/m2，稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%），HPG 壓裂液的導(dǎo)流能力僅為CMHPG 壓裂液的60%～70%。可見，CMHPG 壓裂液對(duì)導(dǎo)流能力傷害較小。

圖3 實(shí)驗(yàn)后支撐劑掃描電鏡圖片

圖4 相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)HPG 與CMHPG 導(dǎo)流能力對(duì)比

在其他添加劑不變的情況下，改變稠化劑的用量。將不同稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的基液黏度和交聯(lián)時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，由表1 可看出，稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，基液黏度也越高，交聯(lián)時(shí)間越短，稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.25%后可得到較好的交聯(lián)效果。

表1 稠化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同時(shí)交聯(lián)情況

水基凍膠壓裂液大多在堿性條件下交聯(lián)，現(xiàn)場(chǎng)配液用水的礦化度嚴(yán)重影響壓裂液的性能。經(jīng)檢測(cè)華慶地區(qū)配液用水中Ca2+含量為280 mg/L，Mg2+含量為160 mg/L，分別為當(dāng)?shù)仫嬘盟?.6 倍和4.0 倍。較高濃度的Ca2+、Mg2+在堿性條件下會(huì)產(chǎn)生沉淀，不僅影響瓜膠的溶脹和增黏，還會(huì)影響交聯(lián)凍膠的彈性和耐剪切性。因此在壓裂液配方中加入凝膠穩(wěn)定劑，通過化學(xué)作用，使溶液中的Ca2+、Mg2+在堿性條件下以離子狀態(tài)存在。通過降低CMHPG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)和加入凝膠穩(wěn)定劑，最終形成壓裂液配方：0.25%羧甲基羥丙基瓜膠+0.5%助排劑+0.5%黏土穩(wěn)定劑+0.5%凝膠穩(wěn)定劑+0.4%交聯(lián)促進(jìn)劑+交聯(lián)劑+0.015%破膠劑。

3 性能評(píng)價(jià)

3.1 耐溫耐剪切性與流變性

針對(duì)華慶長(zhǎng)6 儲(chǔ)層溫度65～70 ℃的實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)了該體系在70 ℃條件下的流變性能。以170 s–1的剪切速率剪切交聯(lián)后的CMHPG壓裂液，90 min 后壓裂液的表觀黏度為172 mPa·s（圖5），可以滿足施工要求。

圖5 CMHPG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%時(shí)壓裂液耐溫耐剪切性能

3.2 破膠性能與殘?jiān)?/h3>

考慮到壓裂施工結(jié)束約30 min 后放噴，依據(jù)井底溫度場(chǎng)恢復(fù)計(jì)算此時(shí)地層溫度約為50 ℃。在50 ℃下以0.015%的比例向該體系中加入破膠劑，30 min 后破膠液黏度小于5 mPa·s（表2），殘?jiān)繛?28 mg/L，為同濃度HPG 壓裂液的25.6%。

表2 破膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3 靜態(tài)濾失性能

使用Bariod 高溫高壓靜態(tài)濾失儀，測(cè)試了70 ℃時(shí)壓裂液體系的靜態(tài)濾失性，得到的濾失系數(shù)為9.72×10-4m/min1/2，靜態(tài)初濾失量為0.296 m3/m2。

3.4 巖心傷害實(shí)驗(yàn)

選擇華慶長(zhǎng)6 儲(chǔ)層6 塊巖心應(yīng)用巖心動(dòng)態(tài)流動(dòng)儀對(duì)CMHPG 壓裂液體系進(jìn)行巖心損害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前巖心的平均滲透率為0.62 mD，實(shí)驗(yàn)后平均滲透率為0.45 mD，損害率為27.4%，低于常規(guī)HPG 壓裂液的巖心損害率的35%～55%。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該體系在長(zhǎng)慶華慶油田長(zhǎng)6 儲(chǔ)層成功應(yīng)用23 井次，從施工曲線上看，破裂壓力為22.4～35.0 MPa，施工壓力平穩(wěn)，裂縫延伸順利，壓裂液性能穩(wěn)定，平均加砂量36.5 m3，平均砂比30.0%。與常規(guī)壓裂液相比，液量和加砂量沒有變化，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。試驗(yàn)井壓裂改造后6 個(gè)月的平均比采油指數(shù)為同井組對(duì)比井的1.4 倍，應(yīng)用效果較好，可以大規(guī)模推廣應(yīng)用。

5 結(jié)論

從初期的探索到有針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，再到試驗(yàn)井區(qū)的應(yīng)用，羧甲基羥丙基壓裂液體系在長(zhǎng)慶低滲透油藏經(jīng)歷了從試驗(yàn)到完善的發(fā)展過程。通過幾年的技術(shù)攻關(guān)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，羧甲基羥丙基壓裂液體系實(shí)現(xiàn)了在低溫條件下的可控交聯(lián)和快速破膠，解決了與現(xiàn)場(chǎng)配液用水的適應(yīng)性等問題，在長(zhǎng)慶華慶長(zhǎng)6 儲(chǔ)層試驗(yàn)區(qū)塊取得了較好的效果，形成了適合華慶長(zhǎng)6 儲(chǔ)層的低濃度羧甲基羥丙基壓裂液體系，為低滲透油藏提高改造效果提供了一條有效途徑。

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