超低濃度線性膠壓裂液研究與應(yīng)用

向德良 蔣文學(xué) 李楷

(1.陜西延安石油天然氣有限公司項(xiàng)目管理部,陜西 西安 710018；2.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院,陜西 西安 710018；3.長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西 西安 710018；4.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710018)

水力壓裂是低滲透油田開發(fā)的重要手段之一，水力壓裂中壓裂液稠化劑主要是植物膠及其改性產(chǎn)品，以常用羥丙基胍膠為例，由于植物膠壓裂液水不溶物含量相對高（水不溶物一般為6-8%左右）[1]，低溫下壓裂液凍膠破膠不徹底以及破膠液殘?jiān)鼤?huì)給低滲儲(chǔ)層帶來較大的傷害[2]。石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求水基壓裂液對儲(chǔ)層滲透率的傷害小于30%以內(nèi)[3]，經(jīng)室內(nèi)評價(jià)植物膠壓裂液對低滲儲(chǔ)層滲透率害率平均達(dá)到30%-45%，甚至超過60%[4]。因此研發(fā)一種超低濃度壓裂液使其減少對低滲儲(chǔ)層傷害、降低改造成本、提高儲(chǔ)層開發(fā)效率，該壓裂液在低滲儲(chǔ)層中將會(huì)有廣泛的前景。

1.超低濃度線性膠壓裂液體系的研制及性能評價(jià)

1.1 超低濃度線性膠稠化劑及交聯(lián)劑研制

室內(nèi)以丙烯酰胺、AMPS、亞甲基丁二酸單體為原材料，在一定比例下溶入蒸餾水中，攪拌，在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下加入一定量的過硫酸銨引發(fā)，控溫在48℃-50℃，反應(yīng)5h，經(jīng)烘干、粉碎得到線性膠壓裂液稠化劑。

室內(nèi)以多羧基絡(luò)合物、氧氯化鋯為主要原材料，在一定50℃下反應(yīng)3h，復(fù)配檸檬酸鹽調(diào)節(jié)pH值7-7.5，得到超低濃度線性膠交聯(lián)劑。

壓裂液其他添加劑:破乳助排劑、殺菌劑、黏土穩(wěn)定劑均來源于長慶化工集團(tuán)產(chǎn)品。

1.2 超低濃度線性膠壓裂液體系建立及性能評價(jià)

根據(jù)儲(chǔ)層特征和前期研究經(jīng)驗(yàn)，建立壓裂液體系組成如下:0.18%線性膠稠化劑＋0.3%破乳助排劑＋0.1%殺菌劑＋0.5%黏土穩(wěn)定劑＋0.3%-0.4%交聯(lián)劑

交聯(lián)比:100:0.35；破膠劑:過硫酸銨

1.2.1 流變性能

抗室內(nèi)在超低濃度線性膠壓裂液中加入交聯(lián)劑，完全交聯(lián)后在RS6000流變測試儀進(jìn)行耐溫測試。

圖1 壓裂液耐溫耐測試結(jié)果

從圖中可得出該壓裂液耐溫能力達(dá)到91.5℃。

根據(jù)壓裂液體系的耐溫能力結(jié)果，室內(nèi)測試了壓裂液在85℃下的耐溫耐剪切性能。

圖2 壓裂液耐溫耐剪切測試結(jié)果

從圖中可得出超低濃度線性膠壓裂液在85℃、170S-1剪切90min后，壓裂液的粘度大于80 mPa·s。說明該體系在85℃下有具有良好的耐溫、抗剪切性能，流變穩(wěn)定性好，滿足長慶砂巖油藏壓裂改造需求。

1.2.2 粘彈性能

室內(nèi)采用RS6000流變測試儀評價(jià)了該壓裂液的儲(chǔ)能模量Gˊ與損耗模量G〞（應(yīng)力為1.0Pa，掃描范圍0.1-10HZ）實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表。

表1 壓裂液的粘彈性測試結(jié)果

結(jié)果顯示超低濃度線性膠壓裂液體系G’/G〞比值明顯的優(yōu)于硼砂、有機(jī)硼的瓜膠壓裂液體系，而壓裂液的攜砂能力與粘彈性成正比，因此該體系具有良好的粘彈性能和攜砂性能，利于人工裂縫內(nèi)高導(dǎo)流能力改造需求。

1.2.3 破膠性能

為減少對壓裂液在地層的滯留傷害，要求壓裂液在滿足其攜砂功能后快速破膠。室內(nèi)測試了75℃、加入不同破膠劑加量下該體系破膠情況，測試結(jié)果如圖所示。

結(jié)果顯示超低濃度線性膠壓裂液體系在0.01%破膠劑加量下，90min能徹底破膠，利于壓裂液快速返排需求。

1.2.4 破膠液性能

室內(nèi)取壓裂液破膠液上層清液，測試其表面張力為24.32mN/m，界面張力為1.67mN/m，較常規(guī)瓜膠體系具有更好的返排能力，有利于提高壓裂液液的返排效率，減少外來流體在油層中滯留，降低儲(chǔ)層傷害。

超低濃度線性膠壓裂液在75℃、0.01%破膠劑（過硫酸銨）、90min條件下破膠后，測試其殘?jiān)繛?.2mg/L，較常規(guī)瓜膠壓裂液（300mg/L左右）、超低濃度瓜膠壓裂液（200mg/L左右）降低了90%以上，大幅度降低壓裂液殘?jiān)鼘?chǔ)層傷害。由于線性膠壓裂液稠化劑無水不溶物，經(jīng)稠化劑破膠后變成小分子片段溶解入返排液中，易隨壓裂液返排出地層，減少其在地層內(nèi)滯留傷害。

1.2.5 巖心流動(dòng)性能

巖心流動(dòng)性能評價(jià)能反應(yīng)壓裂液對儲(chǔ)層巖心的傷害程度，室內(nèi)采用ACFDS-800-10000巖心流動(dòng)試驗(yàn)儀測試了超低濃度線性膠壓裂液和常規(guī)0.35%瓜膠壓裂液的破膠液濾液對儲(chǔ)層巖心滲透率的傷害結(jié)果。

表2 巖心流動(dòng)評價(jià)結(jié)果

結(jié)果顯示，常規(guī)瓜膠壓裂液對巖心滲透率平均傷害率為31.87%，超低濃度線性膠壓裂液對巖心滲透率平均傷害率為13.62%，與常規(guī)瓜膠壓裂液相比其對巖心傷害率下降了18.25%，該體系在壓裂改造中降低了儲(chǔ)層傷害，滿足低滲儲(chǔ)層壓裂改造中壓裂液要求。

圖3 壓裂液的破膠性能測試結(jié)果

2.超低濃度線性膠壓裂液現(xiàn)場應(yīng)用及效果分析

2013年以來超低濃度線性膠壓裂液在長慶靖安油田進(jìn)行了14井次的現(xiàn)場試驗(yàn)。現(xiàn)場試驗(yàn)井施工順利，施工最高砂比45%，單層最大加砂量65m3。以G176井為例，現(xiàn)場施工排量1.8m3/min，加砂量40m3，入井液161m3，平均砂比32.2%，施工正常。

圖4 現(xiàn)場施工曲線

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，使用超低濃度線性膠壓裂液的14口試驗(yàn)井，試油平均日產(chǎn)油11.88m3/d，平均日產(chǎn)水2.41m3/d；與鄰近22口對比井（其中12口井常規(guī)瓜膠壓裂液，10口井超低濃度瓜膠壓裂液）試油產(chǎn)量相較，使用超低濃度線性膠壓裂液試油日產(chǎn)油量提高了17.9%，取得了一定的增產(chǎn)效果。

表3 超低濃度線性膠壓裂技術(shù)改造效果

3.結(jié)語

3.1 針對壓裂液殘?jiān)鼘Φ蜐B透儲(chǔ)層傷害特點(diǎn)，室內(nèi)開發(fā)出低殘?jiān)⒌蛡Φ某蜐舛染€性膠稠化劑和交聯(lián)劑，并形成了超低濃度線性膠壓裂液體系。

3.2 該體系具有良好的耐溫抗剪切性能、粘彈性能。與常規(guī)瓜膠壓裂液體系相比，該體系壓裂液殘?jiān)拷档土?0%以上，大幅度降低了儲(chǔ)層巖心滲透率傷害程度。

3.3 經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用顯示，開發(fā)出的超低濃度線性膠壓裂液完全能夠滿足壓裂施工要求，該壓裂液體系在靖安油田的應(yīng)用取得一定的增產(chǎn)效果。

[1]管保山,汪義發(fā),何治武,杜彪,劉靜.CJ2-3型可回收低分子量瓜爾膠壓裂液的開發(fā)[J].油田化學(xué),2006,23(1):27-31.

[2]李永明,劉林,李莎莎,何紅梅.含纖維的超低濃度稠化劑壓裂液的研究[J].鉆井液與完井液,2010,27(2):50-53.

[3]李亭,楊琦,馮文光,張騫.煤層氣新型清潔壓裂液室內(nèi)研究及現(xiàn)場應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012,12(36):9828-9832.

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