致密砂巖油藏低濃度胍膠壓裂儲層傷害實驗

侯新宇 尹太舉 孫少川 宋亞開 徐吉豐

摘? ? ? 要： 為分析低濃度胍膠壓裂對致密砂巖儲層帶來的傷害，以A、B、C等低含水區塊為研究實例，構建壓裂液耐溫抗剪切性能、黏彈性和攜砂性能、破膠性能和巖心配伍性實驗。研究得出：所研配方在充分剪切2 h后黏度仍然大于50 mPa·s，評定為合規。而在配方質量分數對比上，60～120 ℃的不同井溫前提下都表現出羧甲基羥丙基胍膠（CMHPG）壓裂液與羥丙基胍膠（HPG）壓裂液用量的巨大差異，其中明顯是CMHPG更省和成本更優;所研壓裂液180 ℃高溫下的殘渣質量濃度為270 mg·L-1，顯著優于HPG體系破膠情況;正向注入3 PV過硫酸銨破膠液后滲透率急劇下降至1.389×10-2 μm2，返向注入3 PV 3% NH4Cl解除傷害后滲透率恢復至? ? ? ?2.586×10-2 μm2，為初始值的89%，判定該壓裂液對儲層傷害低。

關? 鍵? 詞：致密砂巖;壓裂;胍膠壓裂液;儲層傷害

中圖分類號：TQ 317? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）09-2016-04

Abstract： In order to study the damage degree of low concentration guar gum fracturing to tight sandstone reservoir， taking A， B， C low water cut block as specific research examples， the experiments of temperature and shear resistance， viscoelasticity and sand carrying capacity， gel breaking capacity and core compatibility of fracturing fluid were carried out. The results showed that the viscosity of the formula was still greater than 50 mPa·s after 2-hour full shearing， so it was qualified. On the contrast of formula concentration， the amounts of CMHPG fracturing fluid and HPG fracturing fluid varied greatly under different well temperatures of 60～120 ℃. Among them， CMHPG was obviously more economical and cost-effective; the residue content of CMHPG fracturing fluid at 180 ℃ was 270 mg·L-1， which was significantly better than that of HPG system; after 3 PV ammonium persulfate fracturing fluid was injected forward， the permeability dropped to 1.389×10-2 μm2， and after 3 PV3% NH4Cl was injected back， the permeability recovered to 2.586×10-2 μm2， which was 89% of the initial value， which indicated that the fracturing fluid had low damage to the reservoir.

Key words： Tight sandstone; Fracturing; Guar gum fracturing fluid; Reservoir damage

壓裂施工是油氣田開發過程中增產增效的有效手段，以壓裂液為能量傳遞媒介溝通地層孔隙，并攜帶支撐劑進行儲層改造，極大優化了致密儲層孔隙結構，促進烴類介質驅替[1]。所以壓裂液對于壓裂施工過程至關重要。壓裂液性能評估主要考量流變性、濾失性、摩阻等關鍵可測物理量。通常高黏度、低摩阻、低濾失量、低儲層傷害、易獲取且低成本的壓裂液廣受市場青睞[2]。

當前國內外主要研究成果方面，理論導向上何樂、熊俊杰分別于2014年和2018年針對海水基壓裂液稠化劑溶脹機理進行探討，系統考察了所研型號稠化劑取代基類型、取代度、攪拌速度、用量、pH值和溫度對稠化劑溶脹性能的影響，并對壓裂液耐溫抗剪切性能和破膠性能進行了評定[3-4];方法導向上，范華波從分子設計入手，合成了Gemini型表面活性劑[5];結果導向上，哈里伯頓公司2002年研制出一種溫度穩定性可達232 ℃的超高溫合成聚合物壓裂液（Extreme Temperature Synthetic fracturing fluid），并在次年成功運用于得克薩斯南部的油? ?田[6-7]。貝克休斯公司在2011年研制出同類產品，現場運用表明，該體系聚合物稠化劑用量較小，單井運行成本較低。斯倫貝謝公司在2014年研制出耐溫達232 ℃的無瓜爾膠合成聚合物超高溫壓裂液（SAPPHIRE XF），并在印度淺海的油田成功運用。但任何新產品的研發都需要經濟成本和研發周期。如何進行已有壓裂液配方下的優化和評定，提高產品適應能力，降低生產成本是生產現場的首要問題。

3? 實驗評價

作為攜帶支撐劑進行能量傳遞的壓裂液必須適應高溫、高壓和復雜巖性情況的地層，所以基于儲層傷害為出發點的一切壓裂液耐溫抗剪切性能、黏彈性和攜砂性能、破膠性能等壓裂液性能評價和巖心配伍性評價至關重要。以下對收集到的研究區壓裂后現場參數做系統分析。

耐溫抗剪切性能評價。壓裂施工是一種高速可控的能量傳遞過程，其中從泵車到炮眼并快速進入地層需要壓裂液具備穩定而良好的抗剪切性能，以適應不同溫度和攜砂量的工藝要求。所以基于研究區生產需要，在此進行了60～120 ℃、170 r·s-1條件下的不同質量分數（0.2%、0.25%、0.3%）流變性能實驗，并運用老配方下的HPG和當前配方下的CMHPG進行實驗對比。

通過表1得出：所研配方在充分剪切2 h后黏度仍然大于50 mPa·s，評定為合規。而在配方質量分數對比上，60～120 ℃的不同井溫前提下都表現出羧甲基羥丙基胍膠（CMHPG）壓裂液與羥丙基胍膠（HPG）壓裂液用量的巨大差異，其中明顯是CMHPG更省和成本更優。

黏彈性和攜砂性能評價。羧甲基羥丙基胍膠破碎液是一種以彈性為主要因素的交聯網絡結構。壓裂液的黏彈性通過彈性模量（G）和黏性模量（G'）來測量，彈性模量G反映了壓裂液體系的彈性，而黏性模量G'反映了瓜爾膠的黏性。根據頁巖油儲層的性質，在實驗室實驗中在不同溫度下測試了羧甲基羥丙基瓜爾豆膠的黏彈性。

破膠性能評價。研究區儲層低孔低滲、物性差的特征需要壓裂后壓裂液快速返排，使儲層傷害最小化，因此所研配方中選用氧化破膠劑過硫酸銨（APS）。室內實驗根據現場實際，設定過硫酸銨質量濃度為50 mg·L-1，并根據實驗4配方，進行0.25%、0.35%、0.45%、0.6%稠化劑質量分數下的不同破膠溫度實驗，再和傳統羥丙基胍膠（HPG）情況進行比對。

通過表2得出，50 mg·L-1的過硫酸銨反應2 h可將模擬配置的壓裂液完全水化破膠，測定破膠液黏度小于5 mPa·s。質量分數為0.6%的稠化劑，180 ℃高溫下的殘渣質量濃度為270 mg·L-1，顯著優于HPG體系破膠情況。

巖心配伍性方面。隨機選取研究區代表性天然巖心（φ2.534 cm×6.038 cm），運用3% NH4Cl溶液飽和浸泡，測得2.845×10-2 μm2原始滲透率。正向注入3 PV過硫酸銨（APS）對巖心進行傷害，再返向注入3 PV 3% NH4Cl溶液進行壓后返排傷害的模擬解除，前后數據見表3。

通過表3得出，正向注入3 PV過硫酸銨破膠液后滲透率急劇下降至1.389×10-2 μm2，返向注入 3 PV 質量分數為3% 的NH4Cl解除傷害后滲透率恢復至2.586×10-2 μm2，為初始值的89%，判定該壓裂液配方體系與所測天然巖心配伍性好，對儲層傷害較低。

4? 結 論

壓裂施工中需要針對儲層特性與天然裂縫情況進行壓裂液性能、加砂量、加砂質量分數、液量、泵壓、排量和水馬力等關鍵可測物理量的設計和優選，確保儲層改造效果良好。所研配方在充分剪切2 h后黏度仍然大于50 mPa·s，評定為合規。而在配方質量分數對比上，60～120 ℃的不同井溫前提下都表現出羧甲基羥丙基胍膠（CMHPG）壓裂液與羥丙基胍膠（HPG）壓裂液用量的巨大差異，其中明顯是CMHPG更省和成本更優。CMHPG壓裂液180 ℃高溫下的殘渣質量濃度為270 mg·L-1，顯著優于HPG體系破膠情況;正向注入3 PV過硫酸銨破膠液后滲透率急劇下降至1.389×10-2 μm2，返向注入3 PV 質量分數為3% 的NH4Cl解除傷害后滲透率恢復至2.586×10-2 μm2，為初始值的89%，判定該壓裂液對儲層傷害低。

參考文獻：

[1]吳俁昊，歐陽傳湘，閆夢.低濃度低傷害胍膠壓裂液室內實驗評價[J].當代化工，2018，47（3）：458-461.

[2]張穎，陳大鈞，劉彥鋒，等.低濃度胍膠壓裂液體系的室內研究[J].應用化工，2013，42（10）：1836-1838.

[3]楊同玉，何青，付娜，等.超低濃度胍膠壓裂液體系在大牛地致密氣田的現場試驗[J].石油與天然氣化工，2017，46（3）：61-66.

[4]周珺，賈文峰，蔣廷學，等.耐高溫超低濃度納米胍膠壓裂液性能評價研究[J].現代化工，2017，37（5）：59-61.

[5]王帥，謝元，張明，等.低濃度羥丙基胍膠壓裂液體系研究[J].化學工程師，2016，30（11）：15-19.

[6]賈文峰，陳作，姚奕明，等.低濃度羥丙基胍膠壓裂液交聯劑合成與性能評價[J].精細石油化工，2015，32（3）：24-27.

[7]廖禮，周琳，冉照輝，等.超低濃度胍膠壓裂液在蘇里格氣田的應用研究[J].鉆采工藝，2013，36（5）：96-99.