壓裂用水溶性暫堵劑的研究與現場應用

汪小宇

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安710018；3.中國石油天然氣集團公司油氣藏改造重點實驗室－CO2壓裂增產研究室，陜西西安710018）

壓裂用水溶性暫堵劑的研究與現場應用

汪小宇1，2，3

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安710018；3.中國石油天然氣集團公司油氣藏改造重點實驗室－CO2壓裂增產研究室，陜西西安710018）

縫內轉向壓裂技術是在水力壓裂過程中加入暫堵劑，在水力壓裂主裂縫通道內暫時形成橋堵，產生升壓效應，從而壓開新的支裂縫或溝通更多微裂縫，增大油/水層泄流面積，實現油/水井的增產增注。暫堵劑是縫內轉向壓裂的關鍵技術之一，目前在用的大部分為油溶性暫堵劑，不太適用于高含水油井及注水井。本文研制出一種水溶性壓裂暫堵劑WSA，對其性能進行了研究，并開展了六口井的現場應用，結果表明，水溶性暫堵劑WSA滿足縫內轉向壓裂工藝要求，取得了良好的增產增注效果。

水溶性；暫堵劑；縫內轉向壓裂技術；現場應用

縫內轉向壓裂技術是在水力壓裂過程中加入暫堵劑，在水力壓裂主裂縫通道內暫時形成橋堵，產生升壓效應，從而壓開新的支裂縫或溝通更多微裂縫，增大油/水層泄流面積，實現油/水井的增產增注［1-4］。暫堵劑是完成縫內橋堵，實現縫內轉向的關鍵所在，其性能應滿足以下三方面要求［5-6］：（1）轉向劑在地層環境下必須具有一定變形但變形后有一定強度，應具有塑性特征，與剛性支撐劑混合后能發揮更好的裂縫封堵效果。（2）水力壓裂結束后，在排液過程中暫堵劑可溶于原油，快速排出。（3）常溫下暫堵劑應具有一定強度，不粘泵、易泵送。目前在用的大部分為油溶性暫堵劑，對于高含水油井及注水井，裂縫封堵效果下降，解除堵塞時間較長，返排速度受到限制。本文研制出一種適用于高含水油井及注水井縫內轉向壓裂用的水溶性暫堵劑，對其性能進行了研究，并開展了六口井的現場應用。

1　實驗部分

1.1實驗儀器與藥品

主要實驗儀器：感量為0.001 g天平（美國梅特勒公司），RS6000模塊化旋轉流變儀（德國賽默飛世爾公司），K100表/界面張力儀（德國Kruss公司）。

主要實驗藥品：水溶性暫堵劑WSA、VES清潔壓裂液（實驗室自制）。

1.2實驗方法

1.2.1體積密度、視密度的測定方法按SY/T5108-2006《壓裂支撐劑性能指標及測試推薦方法》中12.1體積密度測試和12.2視密度測試執行，視密度測試時將標準中所用的水換為無水煤油。

1.2.2最低軟化溫度測定方法取10 g水溶性暫堵劑WSA樣品放入清潔干燥的燒杯中，置于電子可控恒溫水浴中，恒溫水浴鍋從30℃開始升溫，每升高1℃保持恒溫5 min，保溫階段用玻璃棒感觸樣品，樣品開始軟化變形時，電子恒溫水浴鍋所對應的溫度即為暫堵劑的最低軟化溫度值。

1.2.3溶解度的測定方法將盛有100 mL水的具塞廣口瓶置于一定溫度的恒溫水浴鍋中，每次加入約0.5 g水溶性暫堵劑WSA樣品，觀察溶解情況。如果溶解，則再次加入，直至不能溶解為止。記錄加入水溶性暫堵劑WSA的質量。酸溶性測定時將水換成酸。

1.2.4對壓裂液耐溫耐剪切、破膠、表界面張力性能以及殘渣含量影響評價方法按2%質量比將水溶性暫堵劑WSA加入自來水中，放置45℃下，等WSA完全溶解并涼至室溫后，分別用溶解后的水、自來水正常配制壓裂液。按石油天然氣行業標準SY/T5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》分別測試壓裂液耐溫耐剪切性能、破膠性能、破膠液表界面張力、殘渣含量，其中破膠液表界面張力測試按石油天然氣行業標準SY/ T5370-1999《表面及界面張力測定方法》執行，取破膠液下層清液，在30℃±1℃下，用K100表/界面張力儀測定，采用掛片法。

2　結果與討論

2.1藥劑配方

本文中水溶性壓裂暫堵劑WSA的研制基于以下原則：（1）水溶性好，適應溫度范圍寬；（2）暫堵強度高，有一定的有效期；（3）施工簡單，作業費用低；（4）材料來源廣，售價低。水溶性暫堵劑WSA由A劑、B劑、C劑、D劑制成，其中A：B：C：D的質量比為3.5：0.5：1：1。

2.2水溶性壓裂暫堵劑WSA作用機理

在高壓下，暫堵劑隨著壓裂液一同注入井中，進入較高滲透層段，壓裂液通過暫堵劑并濾出濾液，使暫堵劑表層的A劑溶解，在壓差的作用下緊密地聯結在一起，形成致密的濾餅，阻擋壓裂液繼續進入地層，達到封堵目的。當壓裂結束后，在水和破膠水化的壓裂液的作用下，暫堵劑中的B劑先溶解于水，增加了水溶面積，繼而使C、A劑先后溶解于水排出地層。

2.3水溶性暫堵劑WSA性能評價

2.3.1基本性能參數水溶性暫堵劑WSA為固體顆粒，具有一定的硬度，受力情況下呈現脆性破壞，不粘泵；當溫度達到一定值時，暫堵劑顆粒軟化；隨水力壓裂排液過程，水溶性暫堵劑WSA可完全溶解、排出。

表1　水溶性暫堵劑WSA基本性能參數

2.3.2在水和酸中的溶解度測定室內評價了水溶性壓裂暫堵劑WSA在水和土酸中的溶解度，結果（見表2）。

表2　不同溫度下WSA的溶解度

由表2可知，WSA在水和酸中均具有良好的溶解性，從室內研究結果來看，WSA也能夠用于油井的酸化改造，用作酸化暫堵劑。

2.3.3對壓裂液耐溫耐剪切性能影響評價由于水溶性暫堵劑WSA溶于水，而目前壓裂液均采用水基壓裂液，水溶性暫堵劑在短時間內會溶解一部分，從而對壓裂液性能產生一定影響。室內評價了加入2%水溶性暫堵劑WSA對VES清潔壓裂液的耐溫耐剪切性能影響，實驗結果（見圖1和圖2）。

圖2　加入WSA后壓裂液耐溫耐剪切性能

由圖1、圖2可知，未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液體系在60℃下連續剪切90 min后，粘度均能保持50 mPa·s左右，說明水溶性暫堵劑WSA不影響VES清潔壓裂液體系的耐溫耐剪切性能。

2.3.4對壓裂液破膠性能影響評價室內評價了未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液體系在60℃條件下的破膠性能，實驗結果（見表3）。

表3　對壓裂液破膠性能影響

由表3可知，未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液體系破膠性能相當，在60℃、150 min內均能徹底破膠，滿足SY/T6376-2008《壓裂液通用技術條件》要求。

2.3.5對壓裂液破膠液表界面張力影響評價室內評價了未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液體系的表界面張力，結果（見表4）。

表4　對壓裂液破膠液表界面張力影響

由表4可知，未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液破膠液表界面張力相比較，后者表界面張力略有增加，但增加幅度不大，不影響壓裂液返排性能。2.3.6對壓裂液破膠液殘渣含量影響評價室內評價了未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液體系的殘渣含量，結果（見表5）。

表5　對壓裂液破膠液殘渣含量影響

由表5可知，未加和加入水溶性暫堵劑的VES清潔壓裂液破膠液殘渣含量相比較，后者殘渣含量略有增加，但增加幅度不大，滿足SY/T6376-2008《壓裂液通用技術條件》要求，不影響壓裂液性能。

3　現場應用

水溶性暫堵劑WSA應用于縫內轉向壓裂技術，截止目前已開展了6口井的現場應用，施工成功率100%，措施有效率83.3%，取得了良好的增產增注效果。以X133井為例，X133井屬于長慶油田A區塊一口注水井，屬于增注難度大井，前期增注措施效果不理想。應用水溶性暫堵劑加VES清潔壓裂液縫內轉向壓裂技術對該井開展重復改造試驗，壓裂施工曲線（見圖3）。如圖所示在前置液階段（即圖示時間軸6 min左右）加入200 kg水溶性暫堵劑WSA，隨后泵壓開始有明顯上升，表示暫堵劑已經到達地層裂縫中并開始發生作用，壓力上升約10 MPa，在圖示的10 min左右處達到最大值，后有裂縫轉向、新裂縫開啟的特征顯示，隨后按設計加砂16 m3。

圖3　X133井施工曲線

表6　X133井措施前后生產狀況對比

措施后首次注水，油壓10 MPa，套壓9.5 MPa，配注20 m3，實注21 m3，措施降壓5.2 MPa，日增注14 m3；措施后5個月，平均日增注7.8 m3，累計增注1 163 m3，說明水溶性暫堵劑WSA發揮了很好的暫堵升壓作用，實現了縫內轉向壓裂工藝目標，取得了較好的增注效果。

4　結論

（1）本文研制出的水溶性暫堵劑WSA具有一定的硬度，最低軟化溫度達90℃；WSA在水和酸中均具有良好的溶解性，僅從室內研究結果來看，WSA也能夠用作酸化暫堵劑，用于油井的酸化改造。

（2）室內評價結果顯示，水溶性暫堵劑WSA對VES清潔壓裂液的耐溫耐剪切、破膠、表界面張力性能以及殘渣含量影響很小。

（3）六口井現場試驗表明，水溶性暫堵劑WSA不影響壓裂液各項性能，發揮了很好的暫堵升壓作用，實現了縫內轉向壓裂工藝目標，取得了較好的增產增注效果。

［1］宋振云，任雁鵬，吳增智.一種產生多縫水力壓裂工藝［P］.中國發明專利.ZL 03134303.1，2009.

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［4］黃克軍.綏靖油田縫內轉向重復壓裂研究與應用［J］.內蒙古石油化工，2011，37（16）：15-21.

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［6］陳瑜芳，等.低滲透油藏重復壓裂機理研究及運用［J］.西部探礦工程，2010，79（3）：31-35.

The development and application of water-soluble fracturing temporary plugging agent

WANG Xiaoyu1，2，3
（1.Drilling&Production Engineering Technology Institute，Chuangqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，CNPC，Xi＇an Shanxi 710018，China；2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil&Gas Fields，Xi'an Shanxi 710018，China；3.Department of CO2Fracturing Stimulation，Key Laboratory of Reservoir Stimulation，CNPC，Xi'an Shanxi 710018，China）

In-fissure divert fracturing technology，in which temporary plugging agent is added，the temporary plugging is made and the pressure increases in the main fracture，can create new branch fractures and micro fractures，increase the area of fluid-release，finaly achieve the goal of production and injection increase.Temporary plugging agent is one of the key technology for in-fissure divert fracturing，most of the plugging agent is oil-soluble，and is not suitable for the high water cut oil wells and injection wells.A kind of water-soluble fracturing temporary plugging agent was prepared in the lab，and its performance was studied，application of six wells was successfully carried out，the result shows that the water-soluble plugging agent meet the demand of in-fissure divert fracturing technology and achievethe goal of production and injection increase.

water-soluble；plugging agent；in-fissure divert fracturing technology；application

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.025

TE357.12

A

1673-5285（2015）06-0091-04

2015－04-22

川慶鉆探工程有限公司科研項目“深井壓裂液體系開發研究”，項目編號：2010-43。

汪小宇（1982-），工程師，2007年畢業于長江大學化學與環境工程學院，獲碩士學位，現從事油氣田開發相關的研究工作，郵箱：wxy_gcy@cnpc.com.cn。