改性乙二醇壓裂液體系性能評價及薩爾圖油田的應(yīng)用

李存榮，楊春城，張明慧，王 焱，齊士龍，侯堡懷

（1.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江 大慶163453；2.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點實驗室，黑龍江 大慶 163453）

松遼盆地薩爾圖油田薩中開發(fā)區(qū)目前已進(jìn)入高含水開發(fā)后期，每年新增產(chǎn)能逐漸減少，而薩零組是目前長垣中部含油層系尚未規(guī)模開發(fā)的一套地層組合，是油田高含水開發(fā)后期接替潛力資源。2003年在薩中開發(fā)區(qū)進(jìn)行薩零組先導(dǎo)試驗，試驗區(qū)面積0.32 km2，平均砂巖厚度4.6 m，平均有效厚度2.4 m，地質(zhì)儲量8.38×104。由于油層成巖作用弱，儲層敏感性嚴(yán)重，開采及措施改造難度較大，原油儲量動用程度低[1-2]。先期對4口油井采用普通完井方式投產(chǎn)，初期平均單井日產(chǎn)油0.590 t，自然投產(chǎn)產(chǎn)能低。2004年對9口油井采用限流法壓裂+水基防膨壓裂液技術(shù)進(jìn)行壓裂投產(chǎn)，初期平均單井日產(chǎn)油2.080 t，取得了一定的效果。近年來，隨著壓裂工藝的快速發(fā)展，研究發(fā)展了大規(guī)模體積壓裂優(yōu)化設(shè)計及工藝技術(shù)[3-5]，研制應(yīng)用了改性乙二醇壓裂液等無水壓裂液技術(shù)[6-9]，為進(jìn)一步認(rèn)識松遼盆地薩零組油層生產(chǎn)能力以及壓裂改造后的工業(yè)產(chǎn)能油層開發(fā)潛力提供了技術(shù)支持。

1 地質(zhì)概況

松遼盆地薩零組油層埋藏深度較淺，一般為750～950 m，巖性為油侵粉砂巖或油斑泥質(zhì)粉砂巖，孔隙度為7.98%～29.74%，滲透率為0.4×10-3～568.0×10-3μm2。屬于中低孔隙度、中低滲透儲層。

薩中開發(fā)區(qū)實測的薩爾圖地層溫度為40.0～48.5℃，平均為42.4 ℃，油層壓力為6.510～8.800 MPa，平均為7.132 MPa。

X-衍射黏土定量分析顯示，該區(qū)黏土含量最高為44.11%，最低為15.73%，平均含量為27.31%。油層中黏土礦物含量豐富[10]，主要是蒙脫石、伊利石和高嶺石，其中蒙脫石相對含量達(dá)到52.25%，高嶺石相對含量達(dá)39.75%。

2 巖石敏感性評價

由于儲層埋藏淺，沉積作用弱，巖石膠結(jié)強度低，且?guī)r石敏感性礦物成分含量高，外來流體對地層影響較大[11]。室內(nèi)儲層巖石敏感性評價實驗結(jié)果表明，薩零組儲層巖石具有較強的水敏和鹽敏，水敏指數(shù)為0.87～0.97，臨界鹽度為起始鹽度（6 998 mg/L），并具有中等偏強的酸敏和一定的堿敏，酸敏指數(shù)為0.62～0.86，pH為8時巖石滲透率損害率為24.5%。

3 改性乙二醇壓裂液性能評價

結(jié)合薩零組儲層敏感性特點，推薦使用了改性乙二醇壓裂液體系。該醇基壓裂液體系中無水相，可高效穩(wěn)定敏感性礦物，同時壓裂液表界面張力低，容易進(jìn)入地層深部孔喉，可有效置換驅(qū)替原油。

3.1 壓裂液配方體系

根據(jù)薩零組儲層地層溫度，篩選改性乙二醇壓裂液配方為改性乙二醇原液+調(diào)理劑Ⅰ1%+調(diào)理劑Ⅱ0.4%+乳液稠化劑0.6%+0.4%交聯(lián)劑。

按照NB/T 14003.3-2017《連續(xù)混配壓裂液性能指標(biāo)及評價方法》配制基液400 mL，測得溶脹時間為10 s。采用哈克流變儀，在100 r/min剪切速率下測得壓裂液表觀黏度為30 mPa·s，增黏速率為90%。

液中加入1.6 mL交聯(lián)劑，充分?jǐn)嚢韬笈渲瞥蓛瞿z液，測得配制凍膠液的交聯(lián)時間50 s，呈凍膠狀（圖1），可以挑掛，表明改性乙二醇壓裂液凍膠液交聯(lián)性能較好。

圖1 改性乙二醇壓裂液交聯(lián)狀態(tài)

3.2 交聯(lián)凍膠耐溫耐剪切性能

采用哈克流變儀對改性乙二醇壓裂液進(jìn)行耐溫耐剪切性能評價[12-15]，在地層溫度條件下，以170 s-1剪切速率剪切120.0 min（表1、圖2），測得表觀黏度達(dá)到210.9 mPa·s以上，遠(yuǎn)大于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該壓裂液具有較好的耐溫抗剪切性能，可滿足壓裂施工要求。

表1 不同溫度條件下改性乙二醇壓裂液流變性能

圖2 45 ℃改性乙二醇壓裂液流變曲線

3.3 破膠性能

向凍膠壓裂液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%破膠劑，放入一定溫度的烘箱中，觀察壓裂液破膠狀態(tài)。實驗結(jié)果表明（表2），低溫條件下該壓裂液凍膠壓裂液2～6 h完全破膠，破膠液表觀黏度12.0 mPa·s，表面張力24.80 mN/m，破膠液與煤油界面張力1.17 mN/m，表明該壓裂液體系在低溫條件下破膠后易于返排出地層，對地層傷害小，能夠滿足壓裂施工需求。

表2 不同溫度條件下改性乙二醇壓裂液破膠性能

3.4 濾失性能

試驗區(qū)部分地層基質(zhì)滲透率較高，較高的黏度和造壁性能的壓裂液凍膠隨著時間的推移，在縫壁面逐漸生成濾餅，從而有效地降低濾失[16-19]。壓裂液濾失實驗可以得出（表3），壓裂液配方體系濾失系數(shù)較低，表明壓裂液體系具有很強的造壁性，從而減少流體向地層的濾失，可降低儲層傷害，加砂壓裂施工安全[20-23]。

表3 不同溫度條件下改性乙二醇壓裂液濾失性能

3.5 壓裂液懸砂性能

將支撐劑和壓裂液基液按照比例混合均勻后，倒入100 mL量筒中，加入一定比例的交聯(lián)劑攪拌均勻靜置2 h，觀察砂粒沉降情況。實驗結(jié)果表明，30%的砂比，20～40目陶粒靜置2 h后仍呈現(xiàn)良好的懸浮狀態(tài)，未發(fā)生明顯的沉降，凍膠液懸砂性能穩(wěn)定。

3.6 壓裂液殘渣含量

對改性乙二醇壓裂液破膠后的破膠液進(jìn)行離心，稱量殘渣含量[21]，得到殘渣含量7.4 mg/L，遠(yuǎn)低于常規(guī)瓜膠壓裂液殘渣含量，表明該壓裂液體系對儲層的傷害較小。

3.7 巖心浸泡實驗

取薩中開發(fā)區(qū)薩爾圖油田薩零油層組密閉取心巖樣，巖性為粉砂巖，巖心深度為814.90～824.44 m。將巖樣放入改性乙二醇壓裂液破膠液中浸泡，觀察1，6，12，24 h不同時間巖心分散膨脹情況。實驗結(jié)果顯示，采用改性乙二醇壓裂液侵泡實驗中巖心無分散膨脹，且無巖屑脫落（圖3），而采用清水浸泡24 h后巖心明顯分散，且?guī)r屑發(fā)生脫落（圖4）。表明改性乙二醇壓裂液體系適用于薩零組敏感性地層改造要求。

圖3 改性乙二醇破膠液中浸泡24 h巖心狀態(tài)

圖4 清水中浸泡24 h巖心狀態(tài)

3.8 破膠液復(fù)配性能評價

使用改性乙二醇壓裂液的破膠液按照一定的比例進(jìn)行復(fù)配，復(fù)配后的壓裂液交聯(lián)性能良好，45 ℃條件下以170 s-1剪切速率剪切120.0 min，表觀黏度達(dá)到198.3 mPa·s，表明復(fù)配后的改性乙二醇壓裂液仍具有較好的耐溫剪切和攜砂性能。因此，改性乙二醇壓裂液壓后返排液進(jìn)行回收再利用，有利于降低施工成本。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

在薩中開發(fā)區(qū)的薩爾圖油田薩零組X井的SA07號層開展現(xiàn)場試驗，巖性為砂巖，埋藏深度為850.7～856.4 m，儲層厚度為5.6 m，有效厚度為4.0 m，孔隙度為21.3%，滲透率為262×10-3um2。采用大規(guī)模壓裂工藝+改性乙二醇壓裂液體系，共加入支撐劑48.0 m3（石英砂45.0 m3，壓裂樹脂砂3.0 m3），改性乙二醇壓裂液360.0 m3，壓后日產(chǎn)油5.112 m3，取得了較好的增產(chǎn)效果（圖5）。

圖5 X井試油生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

（1）松遼盆地薩零組儲層巖石敏感性強，對壓裂液性能具有較高要求，應(yīng)避免外來流體對地層產(chǎn)生傷害，影響壓后產(chǎn)能和油田的有效開發(fā)。

（2）改性乙二醇壓裂液在低溫條件下具有良好的攜砂能力和破膠性能，殘渣含量低，且與地層巖石配伍性較好，可滿足薩零組敏感性儲層改造需求。

（3）改性乙二醇壓裂液體系成本較高。通過壓后返排液回收后再利用，可有效降低綜合操作成本，并有利于環(huán)境保護(hù)。