毛細管吸收實驗在吉林油田壓裂液體系中的應用

劉琴

（中國石油吉林油田油氣工程院 吉林松原 138000）

1 CST實驗裝置組成及原理

CST是利用滲透濾紙毛細管吸入力產生的濾失來研究含水體系的濾失特性。在吸入力的影響下，懸浮液過濾時，其擴展遠離懸浮液的速率與懸浮液的濾失性相關。實驗儀器包含兩個單獨的部分，帶電極的濾失部分和計時器部分。操作時將含水體系的待測樣品放入樣品圓筒中，在樣品下方濾紙的吸入力作用下進行濾失實驗，濾失進程是放射狀的，當液體到達第一對電極時計時器開始計時，當液體到達第三電極時計時器停止計時。CST時間越長，說明巖層樣品對液體有越強的吸收性，導致黏土的膨脹和擴散形成膠體，使得液體難以被吸收出來；CST時間短，則說明增產過程中濾失進入近井地層的液體不會產生顯著傷害。

圖1 毛細管吸收時間測定儀

2 CST實驗在壓裂液體系中的應用

2.1 篩選壓裂液體系

吉林油田大部分采油廠儲層孔隙度和滲透率低、儲層中等偏強水敏，壓裂液與儲層不配伍極易引起儲層黏土膨脹、分撒，堵塞孔喉，影響單井產能，傳統防膨試驗（試管法）結果受人為讀數誤差影響較大；利用CST實驗測定膠體分散溶液吸收時間長短，計時器自動讀數，具有方便、快速、準確的特點，可以用于快速評價壓裂液中黏土穩定劑的防膨效果，為不同儲層、區塊篩選壓裂液體系。

為盡量模擬壓裂液在地層中對儲層傷害的工況，室內配制不同壓裂液體系（性能均滿足儲層改造需求）進行完全破膠，將破完膠的壓裂液體系與需要改造儲層巖心粉按操作規程要求配制，進行CST實驗。

表1 XX井巖心粉在不同壓裂液體系中CST時間比

從表1數據可以看出，速溶胍膠對XX井巖心粉有較好的穩定性能，在壓裂液其余性能均滿足儲層要求的前提下，選擇速溶胍膠體系對保持儲層穩定性最好。

2.2 與試管法聯合應用優化壓裂液體系中黏土穩定劑濃度

隨著油田開發進入中后期，產能建設投資持續走高，近年通過工具、工藝方面研發改進，成本有所降低，但還是難以滿足效益成本。因此，在壓裂液材料成本方面需要進一步優化。試驗選用XX井目的層位巖心磨粉進行防膨劑濃度優化試驗。XX井所在區塊前期使用壓裂液體系為羥丙基胍膠體系，防膨劑濃度分別設計為0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，比對試劑為煤油。

圖2 XX井試管法不同防膨劑濃度下膨脹實驗

表3 XX井巖心粉在不同黏土穩定劑濃度下CST時間比

從表2與圖2中可以看出，加入不同濃度防膨劑，巖心粉膨脹差異不大，受實驗本身性質影響，讀數精確性差，為進一步確定黏土穩定劑用量，室內用CST實驗進行驗證。

圖3 XX井不同防膨劑濃度下的CST值

從表3可以得到如下結論：隨著黏土穩定劑用量增加CST值越來越小，說明黏土穩定劑用量增加，對巖心粉顆粒的分散及膨脹抑制越好，試管法與CST試驗結合可以精確地確定防膨劑用量為0.1%時即，可達到較好穩定黏土效果。

2.3 定性探討壓裂液中破膠劑用量

壓裂液對黏土的穩定性性能測定一般用破膠液進行，在壓裂液通用技術指標中要求破膠液黏度≤5 mPa.s，但在此前提下進行黏土穩定性評價實驗時，有時會出現破膠液CST空白值較高，而加完巖心后的破膠液CST值較低的情況，以滑溜水體系出現此現象最為頻繁，這意味著CST的時間比會出現負值。通過大量試驗研究分析，認為是壓裂液部分長分子鏈未能完全斷裂，未加入巖心粉時長鏈分子分散在水溶液中，液體通過濾紙濾失時在濾紙表面集中形成網狀結構，阻礙液體濾失，使得液體到達電極時間變長；加入巖心粉后，巖心粉與高分子鏈發生纏繞、吸附，減少高分子鏈在濾紙表面集中的可能性，降低濾紙表面集中濃度，使得液體能順利濾失，到達電極時間變短，此時可以通過延長壓裂液破膠時間或者增加破膠劑用量，待CST空白值正常后再進行破膠液性能評價。

從表4可以得到如下結論：破膠劑用量為0.03%、0.06%時，破膠120min后破膠液黏度達到5mPa.s以下，但壓裂液可能存在未完全斷裂的高分子鏈，破膠劑用量為0.12%時，再繼續增加破膠劑用量，CST時間值變化不大，在破膠時間一定時可適當調整破膠劑用量。

3 結論

CST技術因其快速、方便的特點，廣泛應用于吉林油田各種油氣井壓裂液體系篩選、防膨劑濃度優化實驗等，優化后的壓裂液體系現場應用效果良好。

（1）CST實驗與常規防膨實驗相比，具有快速、方便的優勢，可輔助儲層快速篩選壓裂液體系，降低壓裂液對儲層的傷害。

（2）CST實驗與試管法防膨試驗聯合應用，可用于優化壓裂液體系中防膨劑用量，降低壓裂液成本。

（3）CST實驗可用于輔助分析壓裂液體系破膠時間和用量，為現場施工合理確定壓裂液返排時間奠定基礎。