欠注井清水壓裂液性能研究

李士斌 付瑞佳 張立剛

摘 要： 近年來(lái)，欠注井治理主要采用經(jīng)濟(jì)有效的酸化解堵工藝進(jìn)行治理，但多年現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，酸化解堵工藝在治理高壓注水井和酸敏性地層條件時(shí)效果不理想，在選井選層上仍選取具有一定砂巖厚度、油層連通條件較好的欠注井，在水敏程度較弱的葡北及敖包塔區(qū)塊，選取2口具有典型特點(diǎn)的污染欠注井。通過(guò)膨潤(rùn)土膨脹和粘土穩(wěn)定劑與強(qiáng)水敏巖心分散試驗(yàn)進(jìn)行清水壓裂液的配方優(yōu)選評(píng)價(jià)。再通過(guò)清水壓裂液性能和清水壓裂液導(dǎo)流能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后通過(guò)縫長(zhǎng)優(yōu)化等措施進(jìn)行方案優(yōu)化。本論文探究是為類(lèi)似酸敏性地層在今后欠注井增注方面探索一條新途徑。

關(guān) 鍵 詞：欠注井; 清水壓裂; 優(yōu)化方案

中圖分類(lèi)號(hào)：TE 357 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）06-1229-03

Research on Performance of Fracturing Fluid？for Under-injected Wells

LI Shi-bin，F(xiàn)U Rui-jia，ZHANG Li-gang

（？College of Petroleum Engineering，？Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163318， China）

Abstract： In recent years， the treatment of under-injected wells mainly used the technology of acidification and plugging removal. But， the field experience has shown that the technology of acidification and plugging removal is not ideal for treating high pressure injection wells and acid sensitivity formation. So under-injected wells with a certain sandstone thickness and good connection condition should be chosen. In Pubei and Aobaota blocks with weak water sensitivity degree， two polluted under-injected wells were selected. Firstly， through bentonite expansion and clay stabilizer and strong water sensitivity core dispersion test， formula of water fracturing fluid was optimized. Secondly， properties and diversion capacity of water fracturing fluid were evaluated. Finally， the fracturing scheme was optimized.

Key words： Under-injected well;Water fracturing;Optimization scheme

葡萄花老區(qū)經(jīng)過(guò)多年注水開(kāi)發(fā)，欠注井逐漸增多，截止到2006年底，共有162口井287個(gè)層段欠注，占當(dāng)年當(dāng)?shù)卣Ｗ⑺_(kāi)井?dāng)?shù)的16.8%。注水井壓裂工藝是治理欠注井的一項(xiàng)重要改造手段，統(tǒng)計(jì)“九五”以來(lái)當(dāng)?shù)毓矊?shí)施注水井壓裂23口井，壓后有效僅有12口井，有效率為52.2%，從壓裂效果上分析，壓裂后初期增注效果較好，但有效期較短，平均水平不到2個(gè)月。因常規(guī)的水井壓裂采用水基凍膠壓裂液施工，壓裂液的濾失會(huì)對(duì)油層造成較大的傷害。此外，地層滲流能力和裂縫導(dǎo)流能力會(huì)降低。這些殘?jiān)蓧毫岩寒a(chǎn)生，所以要避免返排率低，這樣會(huì)降低壓裂效果。盡管其中2口井也采用了尾追樹(shù)脂砂工藝，但由于當(dāng)?shù)刈⑺貙訙囟纫话阍?0～40 ℃左右，樹(shù)脂砂固化質(zhì)量差，在后期較高的注水壓力下樹(shù)脂砂會(huì)被推進(jìn)到地層深部，造成裂縫閉合，影響壓裂效果。為此，我們開(kāi)展清水壓裂工藝技術(shù)試驗(yàn)，探索高壓欠注井及常規(guī)降壓增注措施無(wú)效井的治理技術(shù)[1]。

1 清水壓裂液的配方優(yōu)選評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

1.1 清水壓裂液添加劑的優(yōu)選

為防止注入的清水進(jìn)入地層后與地層的粘土接觸發(fā)生粘土膨脹或分散脫落，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)選擇適合外圍油田油層條件的粘土穩(wěn)定劑作為壓裂液的添加劑[2]。室內(nèi)對(duì)防膨效果較好的兩種粘土穩(wěn)定劑進(jìn)行評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，兩種粘土穩(wěn)定劑分別標(biāo)號(hào)為1#和2#。

1.2 膨潤(rùn)土膨脹實(shí)驗(yàn)

首先，選取一個(gè)50 mL比色管，取一級(jí)膨潤(rùn)土3 g放在比色管中，加入清水、不同加量、不同種類(lèi)的粘土穩(wěn)定劑之后，用水溶液50 mL加入到比色管中，不停攪拌直到均勻后停止，將此管放在常溫下并靜止8 h，仔細(xì)觀察此實(shí)驗(yàn)膨潤(rùn)土的膨脹體積，清水的膨脹體積為100%計(jì)，見(jiàn)圖1，觀察效果。

圖1 膨潤(rùn)土膨脹率效果圖

Fig.1 Bentonite inflation effect

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)使用濃度小于1.5%時(shí)，同樣使用濃度條件下，1#粘土穩(wěn)定劑的膨脹率遠(yuǎn)大于比色管2#粘土穩(wěn)定劑，當(dāng)使用濃度達(dá)到1.5%以上時(shí)，比色管1#粘土穩(wěn)定劑通過(guò)和2#粘土穩(wěn)定劑比較效果相差不大，只是用量會(huì)稍高一些。當(dāng)使用濃度增加膨脹率下降并且幅度不大時(shí)，粘土穩(wěn)定劑的使用濃度可以被確定，當(dāng)使用濃度為0.8%時(shí)，可以看到2#粘土穩(wěn)定劑趨于平穩(wěn)，當(dāng)使用濃度為1.5%時(shí)，1#粘土穩(wěn)定劑趨于平穩(wěn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明2#粘土穩(wěn)定劑在使用時(shí)較1#粘土穩(wěn)定劑用量低、防膨脹效果好[3]。

1.3 粘土穩(wěn)定劑和強(qiáng)水敏巖心分散試驗(yàn)

目的是評(píng)價(jià)2種不同的粘土穩(wěn)定劑對(duì)外圍強(qiáng)水敏巖心的配伍性，用1#粘土穩(wěn)定劑溶液濃度為2%和2#粘土穩(wěn)定劑溶液濃度為0.8%去浸泡巖屑來(lái)自外圍油田巖心，測(cè)定出的分散率見(jiàn)表1。

由分散實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知： 如果是在外圍低滲儲(chǔ)層，通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)0.8%的2號(hào)粘土穩(wěn)定劑的效果比2%的1號(hào)粘土穩(wěn)定劑的效果要好[4]。

結(jié)果證實(shí)在膨潤(rùn)土膨脹實(shí)驗(yàn)和粘土穩(wěn)定劑與強(qiáng)水敏巖心分散實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該選2號(hào)粘土穩(wěn)定劑，并且使用濃度在0.8%，這樣才能作為壓裂液的添加劑[5]。

表1 粘土穩(wěn)定劑穩(wěn)定性能表

Table 1 Clay stabilizer performance tables

2 清水壓裂液導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)

2.1 導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

用清水壓裂液體系試驗(yàn)對(duì)比常規(guī)壓裂液中以硼交聯(lián)劑和鈦交聯(lián)劑對(duì)20～40目（350～800 μm）砂的滲透率隨時(shí)間變化關(guān)系[6]。見(jiàn)圖2可知變化關(guān)系。

圖2 清水壓裂液體系與凍膠

交聯(lián)體系的滲透率隨時(shí)間變化對(duì)比曲線

Fig.2 The permeability change curve of clean fracturing fluid system and gel crosslinking system with time

2.2 清水壓裂液性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

壓裂液基液為清水，不存在破膠問(wèn)題，添加劑產(chǎn)生的殘?jiān)康停瑢?duì)儲(chǔ)層傷害小。室內(nèi)在40 ℃條件下剪切30 min測(cè)定粘度3～5 mPas，仍具有一定的攜砂能力。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，較常規(guī)壓裂液相比具較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。見(jiàn)表2清水壓裂液與普通壓裂液性能指標(biāo)對(duì)比表。

表2 清水壓裂液與普通壓裂液性能指標(biāo)對(duì)比表

Table 2 Comparison of performance indexes of clean fracturing fluid and common fracturing fluid

3 清水壓裂施工工藝優(yōu)化

3.1 裂縫縫長(zhǎng)優(yōu)化

此方法依據(jù)反九點(diǎn)法注水井網(wǎng)，通過(guò)使用壓裂軟件進(jìn)行不同砂比情況下的裂縫縫長(zhǎng)和縫寬模擬實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)表3，并且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工排量及攜砂能力的綜合判斷，加砂量大約4 m3，縫長(zhǎng)約50 m以上[7]。

3.2 清水壓裂攜砂工藝

攜砂性在清水也存在，實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)清水壓裂液有4.0 m3/min的排量時(shí)，最高攜砂比能夠達(dá)到17%。能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工攜砂能力的要求。進(jìn)行大排量施工，為了支撐裂縫通過(guò)將支撐劑攜入地層來(lái)達(dá)到支撐效果，這樣裂縫就有較高的導(dǎo)流能力，增注的目的就達(dá)到了。

表3 不同砂比條件下的裂縫縫長(zhǎng)及導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)

Table 3 Experiments of fracture length and flow conductivity under different sand ratio

3.3 防裂縫閉合工藝探究

當(dāng)注水井進(jìn)行壓裂后，將注水時(shí)間進(jìn)行延長(zhǎng)，注入水會(huì)把裂縫縫口的支撐劑推進(jìn)地層，裂縫縫口將會(huì)閉合，這樣會(huì)導(dǎo)致壓裂沒(méi)有效果。可以選擇尾追樹(shù)脂砂固化縫口技術(shù)，以防壓裂裂縫閉合[8]。

3.4 樹(shù)脂砂封口工藝研究

樹(shù)脂砂壓裂技術(shù)就是在壓裂加砂快結(jié)束的時(shí)候，縫口支撐劑選擇尾追樹(shù)脂涂層砂，為了避免壓裂裂縫口閉合。樹(shù)脂涂層砂是在壓裂石英砂顆粒表面加了一層樹(shù)脂層，它薄而有一定韌性，它可以將原來(lái)的支撐劑變?yōu)橛幸欢娣e的接觸。支撐劑進(jìn)入裂縫以后，考慮到溫度的影響，首先樹(shù)脂層會(huì)軟化，經(jīng)過(guò)固化劑的作用樹(shù)脂層會(huì)產(chǎn)生聚合反應(yīng)從而固化。因?yàn)闃?shù)脂的聚合顆粒之間會(huì)固定結(jié)合在一起，顆粒之間的點(diǎn)與點(diǎn)接觸會(huì)變成之間小面積的接觸，作用在砂粒上的單位面積負(fù)荷得到了降低，從而加強(qiáng)砂粒的抗破碎能力，這些砂粒固結(jié)在一起形成了網(wǎng)狀濾段，在壓裂中有效避免了砂的外吐[9]。樹(shù)脂涂層不會(huì)受到原油、地層水和酸的影響。

樹(shù)脂砂的這一特性被充分利用，選擇主要支撐劑時(shí)考慮石英砂，然后尾追樹(shù)脂砂，確保樹(shù)脂砂在裂縫口均勻鋪積，防止支撐劑被注入水推向地層里，這樣容易造成裂縫閉合，從而致使壓裂措施失效[10]。

3.5 研究應(yīng)用高效發(fā)泡助排劑

由于注水井的長(zhǎng)期注水，井底的實(shí)際溫度大約在31～41 ℃左右，很難達(dá)到樹(shù)脂砂固化的一些要求（如樹(shù)脂砂固化溫度要求為50 ℃）。本著解決地層溫度過(guò)低的問(wèn)題，方案選取為在樹(shù)脂砂進(jìn)地層之后，通過(guò)注進(jìn)高效發(fā)泡助排劑來(lái)進(jìn)行緩解，助排劑一般是由氯化氨、亞硝酸鈉、發(fā)泡劑、表面活性劑、穩(wěn)定劑、清防蠟劑在反應(yīng)釜中進(jìn)行復(fù)配才能成功。在催化劑的作用下，氯化氨和亞硝酸鈉進(jìn)行反應(yīng)并能夠讓熱量釋放，使其升高地層溫度達(dá)到50～60 ℃。這樣能夠達(dá)到樹(shù)脂砂的固化要求，從而促使裂縫縫口的有效支撐得到保證。這樣恢復(fù)注水后，能夠避免注入水將樹(shù)脂砂攜入地層深部讓壓裂失去效果。

4 結(jié) 論

進(jìn)行此項(xiàng)探究和實(shí)驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)優(yōu)選效果好的粘土防膨劑作壓裂液添加劑，合理控制注入體系的礦化度，可以避免清水壓裂液在地層易產(chǎn)生粘土膨脹或分散，減少對(duì)地層所造成傷害。

（2）清水壓裂液基液為清水，不存在破膠問(wèn)題，添加劑產(chǎn)生的殘?jiān)康停瑢?duì)儲(chǔ)層傷害小。室內(nèi)在40 ℃條件下剪切30 min測(cè)定粘度3～5 mPa.s，仍具有一定的攜砂能力。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，較常規(guī)壓裂液相比具較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

（3）通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，研究清水在不同排量下的攜砂能力發(fā)現(xiàn)，清水壓裂液排量為4.0 m3/min時(shí)，最高攜砂比可達(dá)到17%。滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)清水壓裂液的攜砂性能的要求。

（4）通過(guò)向地層內(nèi)注入高效發(fā)泡助排劑，提高近井地層溫度，滿(mǎn)足樹(shù)脂砂固化要求。以解決由于注水井的長(zhǎng)期注水所導(dǎo)致的地層溫度降低，滿(mǎn)足樹(shù)脂砂固化要求。

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