壓裂增稠劑對特低滲儲層傷害試驗研究

南源,馬雙政 (中海油能源發展股份有限公司工程技術湛江分公司,廣東湛江 524057)

壓裂增稠劑對特低滲儲層傷害試驗研究

南源,馬雙政 (中海油能源發展股份有限公司工程技術湛江分公司,廣東湛江 524057)

為減少壓裂增稠劑對特低滲儲層的傷害問題,研究了4種不同增稠劑胍膠、羥丙基胍膠、生物聚合物XC及HXC構成的水基壓裂液體系。在整體性能優良前提下,除壓裂液標準中要求的測試壓裂液殘渣含量外,還需測試殘渣的粒徑及其分布范圍數據,并用于解釋壓裂液破膠后殘渣對特低滲儲層巖心和陶粒支撐劑污染后的儲層保護效果。研究結果表明,加入高效黏土抑制劑和快速破乳助排劑,使巖心滲透率恢復值得到較大提高,有利于保護儲層;選擇膠液殘渣量少,粒徑分布范圍較窄且滿足陶粒孔喉直徑＞殘渣顆粒粒徑＞巖心孔喉直徑的增稠劑,使殘渣不易進入巖心孔喉而易于穿過陶粒支撐劑空隙,可最大限度提高破膠后殘渣液的返排效率,提高裂縫的綜合導流能力,降低壓裂液綜合傷害率。

增稠劑;水基壓裂液;特低滲儲層

近十幾年來,低滲透儲層的原油儲量在所探明油田的比例逐年增大。在我國油田的低滲儲層中,特低滲儲層約占一半左右,具有很大的資源量,由于其儲層物性差,屬低孔隙度、特低滲透率儲層,自然產量低,開采難度大,鉆成油井均要經過先期壓裂改造才能投產,具備一定的工業開采價值[1-2]。水基壓裂液因成本低、特性好和易于處理,已廣泛用于油氣井生產。許多水溶性聚合物如胍膠、羥丙基胍膠等,均可加入水中提高黏度,以改善支撐劑傳送特性[3-4],但在壓裂作業時,壓裂增稠劑在壓裂后形成的殘渣、未破膠液和濾餅等對儲層的導流能力造成了較大的損害,而且一旦受到傷害,對儲層的影響將是永久性的,增稠劑高殘渣將嚴重影響裂縫的導流能力,在裂縫壁上形成厚而致密的濾餅,阻礙地層流體的產出,影響產能,所以選用優質稠化劑可降低破膠液中的殘渣[5-6],增大破膠劑用量可保證壓裂液徹底破膠,是解決以上問題的關鍵。

1 壓裂液體系及懸砂性能

試驗選用現場較為常用的植物膠胍膠、羥丙基胍膠 (加入有機硼交聯以降低破膠后的殘渣含量),與生物聚合物黃原膠XC及其衍生物HXC的性能進行對比,生物聚合物是集增稠、懸浮、乳化、穩定于一體,具有較高的懸浮性能,其壓裂液體系組成如表1所示。

表1 壓裂液體系組成

按照上述配方配制壓裂液溶液,試驗選取宜興均徑陶粒 (20～60目)作為壓裂支撐劑,體積密度為1.67g/cm3,圓球度均為0.9。室溫下按攜砂比50%以轉速1000r/min倒入壓裂液中攪拌均勻, 10min后停止,記錄陶粒沉降至壓裂液高度的一半所需時間。由表2數據可知,生物聚合物XC、HXC黏度較低,卻具有較好的懸砂攜砂性能。

表2 不同增稠劑的流變性及懸砂性能

2 破膠液殘渣含量及粒徑分布

選用破膠劑JPC-H作為壓裂液破膠劑,在溫度80℃條件下,與高分子聚合物作用,進而破膠水化。按照石油行業標準《SY/T5107-2005水基壓裂液性能評價方法》測得壓裂液體系的殘渣含量,除此之外,試驗采用CS激光粒度儀測試殘渣的粒徑分布范圍。

表3 破膠液殘渣含量及粒徑分布

由表3數據可知,生物聚合物壓裂液的殘渣含量較低,是由于其經生物發酵而成,不像植物膠壓裂液受原粉質量、合成工藝、配方等各種因素的影響。雖然破膠劑JPC-H對不同增稠劑的破膠時間有所不同,但是破膠都比較徹底,生物聚合物分子結構比較牢固,能夠維持膠液黏度的時間較長。

3 儲層導流能力試驗

3.1 基質巖心傷害試驗

取特低滲透儲層的露頭巖心,按照石油行業標準《SY/T5107-2005水基壓裂液性能評價方法》評價,試驗溫度80℃,測定壓裂液濾液及破膠液殘渣對巖心的傷害程度。露頭巖心長度約為5.5cm,直徑約2.5cm。

1)濾液對巖心傷害試驗研究 試驗選用含有不同添加劑的胍膠壓裂液濾液對特低滲儲層的巖心(1m D≤K0≤10m D)的傷害試驗[8],結果如表4所示。隨著黏土穩定劑與破乳助排劑的加入,濾液對巖心的傷害程度逐漸減弱,巖心滲透率恢復值也得到了很好的提高。

表4 加入添加劑的壓裂液濾液對巖心的傷害

2)殘渣對巖心傷害試驗研究 特低滲儲層具有黏土礦物含量高、孔隙度低、滲透率低等特點[9],最大孔徑變化范圍在1～23μm,平均有效喉峰半徑為0.3～4μm,即有效喉峰直徑平均為0.7～8μm。

由表5數據結合表3可知,黃原膠XC及衍生物HXC殘渣含量較低,但粒徑大小及分布不同,XC粒徑較小,粒徑＜2μm的殘渣含量為98.68%,平均粒徑為0.81μm,與特低滲儲層巖心孔喉粒徑相匹配,易進入儲層孔道造成堵塞,造成儲層嚴重傷害;HXC粒徑較大,平均粒徑30.56μm,粒徑＜2μm的殘渣含量僅有8.48%,對儲層的傷害很小。胍膠及羥丙基胍膠凍膠的殘渣含量相對較高,粒徑較大,不會進入孔道,但易在儲層基質端面形成濾餅,返排過程中易堵塞裂縫通道,使巖心裂縫導流能力降低。

表5 破膠液殘渣對特低滲巖心的傷害試驗

3.2 壓裂液對陶粒支撐劑導流能力傷害試驗

壓裂液對支撐劑導流能力的傷害一般用導流能力恢復值來表示,選擇宜興均徑陶粒粒徑在20～60目混合均勻,量取陶粒100ml,模擬地層壓力50MPa加壓在陶粒模具,試驗方法模擬標準《SYT 6302-2009壓裂支撐劑充填層短期導流能力評價推薦方法》在室溫條件下進行。根據表6與表3數據,并結合緊密堆積理論計算出陶粒孔喉直徑范圍為38.8～128.7μm,可得出如下結論:胍膠,羥丙基胍膠的殘渣含量較多且顆粒粒徑較大,易堵塞陶粒間的縫隙,而XC、HXC的恢復值較高,由于XC、HXC殘渣含量較小且粒徑較小,易通過陶粒間的縫隙,所以對支撐劑導流能力的傷害較小。

表6 不同類型壓裂液破膠液的導流恢復能力

4 結論

1)在特低滲透率儲層中,由于濾液侵入巖心,引起了黏土的膨脹、運移、乳化等傷害,使孔徑變小而堵塞,又增大了孔隙的毛管力,使滲透率大幅度降低。所以,加入高效抑制性和快速破乳助排劑,有利于巖心滲透率恢復值的提高。

2)在《SY/T5107-2005水基壓裂液性能評價方法》增加膠液殘渣粒徑分布的測試項目,針對特低滲儲層的特征,選擇膠液殘渣量少、膠液殘渣粒徑分布范圍較窄并滿足:陶粒孔喉直徑＞殘渣顆粒粒徑＞巖心孔喉直徑的增稠劑,使殘渣易于穿過陶粒支撐劑空隙,不易進入巖心孔喉,最大限度提高破膠后殘渣液的返排效率。

[1]龔才喜.特低滲砂巖油藏整體壓裂工藝技術[M].北京:石油工業出版社,2012.

[2]吳春新.特低滲油藏開發方式優化研究[D].青島:中國石油大學(華東),2011.

[3]蔣玲玲.吉林油田低滲氣藏新型無固相壓裂液研究及應用[D].成都:西南石油大學,2006.

[4]蔣海.低壓低滲油氣藏增產液傷害因素分析及保護措施研究[D].成都:西南石油大學,2006.

[5]王麗偉.壓裂液殘渣及支撐劑嵌入對裂縫傷害的影響[J].鉆井液與完井液,2007,24(5):59-61.

[6]吳勇.壓裂液濾液對特低滲透儲層驅油效率的影響[D].成都:西南石油學院,2005.

[7]洪怡春.低傷害水基壓裂液體系研究[D].長春:吉林大學,2006.

[8]劉易非,黃海.壓裂液濾液對特低滲透儲層驅油效率的影響[J].油氣地質與采收率,2007,14(1):94-95.

[9]劉合,肖丹鳳.新型低損害植物膠壓裂液及其在低滲透儲層中的應用[J].石油學報,2008,29(6):880-882.

[編輯] 洪云飛

TE258

A

1673-1409(2014)20-0059-03

2014-03-15

南源(1987-),男,工程師,現主要從事油田生產與開發技術方面的研究工作。