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，欠注井治理主要采用經濟有效的酸化解堵工藝進行治理，但多年現場經驗表明，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塊，選取2口具有典型特點的污染欠注井。通過膨潤土膨脹和粘土穩定劑與強水敏巖心分散試驗進行清水壓裂液的配方優選評價。再通過清水壓裂液性能和清水壓裂液導流能力進行評價，最后通過縫長優化等措施進行方案優化。本論文探究是為類似酸敏性地層在今后欠注井增注方面探索一條新途徑。

關 鍵 詞：欠注井; 清水壓裂; 優化方案

中圖分類號：TE 357 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）06-1229-03

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

LI Shi-bin，FU 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

葡萄花老區經過多年注水開發，欠注井逐漸增多，截止到2006年底，共有162口井287個層段欠注，占當年當地正常注水井開井數的16.8%。注水井壓裂工藝是治理欠注井的一項重要改造手段，統計“九五”以來當地共實施注水井壓裂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個月。因常規的水井壓裂采用水基凍膠壓裂液施工，壓裂液的濾失會對油層造成較大的傷害。此外，地層滲流能力和裂縫導流能力會降低。這些殘渣由壓裂液產生，所以要避免返排率低，這樣會降低壓裂效果。盡管其中2口井也采用了尾追樹脂砂工藝，但由于當地注水井地層溫度一般在30～40 ℃左右，樹脂砂固化質量差，在后期較高的注水壓力下樹脂砂會被推進到地層深部，造成裂縫閉合，影響壓裂效果。為此，我們開展清水壓裂工藝技術試驗，探索高壓欠注井及常規降壓增注措施無效井的治理技術[1]。

1 清水壓裂液的配方優選評價實驗

1.1 清水壓裂液添加劑的優選

為防止注入的清水進入地層后與地層的粘土接觸發生粘土膨脹或分散脫落，通過室內實驗選擇適合外圍油田油層條件的粘土穩定劑作為壓裂液的添加劑[2]。室內對防膨效果較好的兩種粘土穩定劑進行評價實驗，兩種粘土穩定劑分別標號為1#和2#。

1.2 膨潤土膨脹實驗

首先，選取一個50 mL比色管，取一級膨潤土3 g放在比色管中，加入清水、不同加量、不同種類的粘土穩定劑之后，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，仔細觀察此實驗膨潤土的膨脹體積，清水的膨脹體積為100%計，見圖1，觀察效果。

圖1 膨潤土膨脹率效果圖

Fig.1 Bentonite inflation effect

實驗結果：當使用濃度小于1.5%時，同樣使用濃度條件下，1#粘土穩定劑的膨脹率遠大于比色管2#粘土穩定劑，當使用濃度達到1.5%以上時，比色管1#粘土穩定劑通過和2#粘土穩定劑比較效果相差不大，只是用量會稍高一些。當使用濃度增加膨脹率下降并且幅度不大時，粘土穩定劑的使用濃度可以被確定，當使用濃度為0.8%時，可以看到2#粘土穩定劑趨于平穩，當使用濃度為1.5%時，1#粘土穩定劑趨于平穩。實驗結果還表明2#粘土穩定劑在使用時較1#粘土穩定劑用量低、防膨脹效果好[3]。

1.3 粘土穩定劑和強水敏巖心分散試驗

目的是評價2種不同的粘土穩定劑對外圍強水敏巖心的配伍性，用1#粘土穩定劑溶液濃度為2%和2#粘土穩定劑溶液濃度為0.8%去浸泡巖屑來自外圍油田巖心，測定出的分散率見表1。

由分散實驗結果可知： 如果是在外圍低滲儲層，通過比較實驗0.8%的2號粘土穩定劑的效果比2%的1號粘土穩定劑的效果要好[4]。

結果證實在膨潤土膨脹實驗和粘土穩定劑與強水敏巖心分散實驗中應該選2號粘土穩定劑，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 粘土穩定劑穩定性能表

Table 1 Clay stabilizer performance tables

2 清水壓裂液導流能力評價

2.1 導流能力實驗結果

用清水壓裂液體系試驗對比常規壓裂液中以硼交聯劑和鈦交聯劑對20～40目（350～800 μm）砂的滲透率隨時間變化關系[6]。見圖2可知變化關系。

圖2 清水壓裂液體系與凍膠

交聯體系的滲透率隨時間變化對比曲線

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

2.2 清水壓裂液性能評價實驗

壓裂液基液為清水，不存在破膠問題，添加劑產生的殘渣含量低，對儲層傷害小。室內在40 ℃條件下剪切30 min測定粘度3～5 mPas，仍具有一定的攜砂能力。通過對比實驗，較常規壓裂液相比具較大的技術優勢。見表2清水壓裂液與普通壓裂液性能指標對比表。

表2 清水壓裂液與普通壓裂液性能指標對比表

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

3 清水壓裂施工工藝優化

3.1 裂縫縫長優化

此方法依據反九點法注水井網，通過使用壓裂軟件進行不同砂比情況下的裂縫縫長和縫寬模擬實驗，見表3，并且對現場施工排量及攜砂能力的綜合判斷，加砂量大約4 m3，縫長約50 m以上[7]。

3.2 清水壓裂攜砂工藝

攜砂性在清水也存在，實驗顯示，當清水壓裂液有4.0 m3/min的排量時，最高攜砂比能夠達到17%。能夠滿足現場施工攜砂能力的要求。進行大排量施工，為了支撐裂縫通過將支撐劑攜入地層來達到支撐效果，這樣裂縫就有較高的導流能力，增注的目的就達到了。

表3 不同砂比條件下的裂縫縫長及導流能力實驗

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

3.3 防裂縫閉合工藝探究

當注水井進行壓裂后，將注水時間進行延長，注入水會把裂縫縫口的支撐劑推進地層，裂縫縫口將會閉合，這樣會導致壓裂沒有效果。可以選擇尾追樹脂砂固化縫口技術，以防壓裂裂縫閉合[8]。

3.4 樹脂砂封口工藝研究

樹脂砂壓裂技術就是在壓裂加砂快結束的時候，縫口支撐劑選擇尾追樹脂涂層砂，為了避免壓裂裂縫口閉合。樹脂涂層砂是在壓裂石英砂顆粒表面加了一層樹脂層，它薄而有一定韌性，它可以將原來的支撐劑變為有一定面積的接觸。支撐劑進入裂縫以后，考慮到溫度的影響，首先樹脂層會軟化，經過固化劑的作用樹脂層會產生聚合反應從而固化。因為樹脂的聚合顆粒之間會固定結合在一起，顆粒之間的點與點接觸會變成之間小面積的接觸，作用在砂粒上的單位面積負荷得到了降低，從而加強砂粒的抗破碎能力，這些砂粒固結在一起形成了網狀濾段，在壓裂中有效避免了砂的外吐[9]。樹脂涂層不會受到原油、地層水和酸的影響。

樹脂砂的這一特性被充分利用，選擇主要支撐劑時考慮石英砂，然后尾追樹脂砂，確保樹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 研究應用高效發泡助排劑

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

4 結 論

進行此項探究和實驗，得出以下結論：

（1）通過優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生粘土膨脹或分散，減少對地層所造成傷害。

（2）清水壓裂液基液為清水，不存在破膠問題，添加劑產生的殘渣含量低，對儲層傷害小。室內在40 ℃條件下剪切30 min測定粘度3～5 mPa.s，仍具有一定的攜砂能力。通過對比實驗，較常規壓裂液相比具較大的技術優勢。

（3）通過室內模擬實驗，研究清水在不同排量下的攜砂能力發現，清水壓裂液排量為4.0 m3/min時，最高攜砂比可達到17%。滿足現場施工對清水壓裂液的攜砂性能的要求。

（4）通過向地層內注入高效發泡助排劑，提高近井地層溫度，滿足樹脂砂固化要求。以解決由于注水井的長期注水所導致的地層溫度降低，滿足樹脂砂固化要求。

參考文獻：

[1]張華珍 . 斯倫貝謝革命性的裂縫導流技術有效提高油氣產量[J]. 國外油氣技術研發動態，2010，75（ 7） ：3 - 4.

[2]張強德， 等. 儲層無傷害壓裂技術——液態壓裂[J]. 石油鉆采工藝，2002，24（ 4） ： 47 -50.

[3]唐穎， 唐玄，王廣源，等 . 頁巖氣開發水力壓裂技術綜述[J]. 地質通報，2011，30（ 2/3） ： 393 -399.

[4]趙立強，劉飛，王佩珊，等.復雜水力裂縫網絡延伸規律 研究進展[J].石油與天然氣地質，2014，35（4）：562-569;26-29.

[5]陳馥，閻醒.砂巖地層酸化新進展[J].油田化學，1996，19（3）：75-77.

[6]陳明強，任龍，李明，等.鄂爾多斯盆地長7 超低滲油藏滲流規律研究[J].斷塊油氣田，2013，20（2）：191-195.

[7]茍波， 郭建春.基于精細地質模型的大型壓裂裂縫參數優化[J].石油與天然氣地質，2013，34（6）：809-815.

[8]鄭新權， 靳志霞 . 泡沫壓裂優化設計技術及應用[J]. 石油鉆采工藝， 2003，25（ 4） ： 53 -56.

[9]謝平， 侯光東， 韓靜靜.壓裂技術在蘇里格氣田的應用[J]. 斷塊油氣田， 2009，16（ 5） ： 104 -106.

[10]郭建春， 陳朝剛， 趙金洲，等.砂巖基質酸化模型研究與應用[J].石油天然氣學報，2005， 27 （4） ： 485-488.