海上低滲透致密儲層壓裂測試技術的研究

＊王應好 陳磊

（中海油能源發展股份有限公司工程技術湛江分公司 廣東 524057）

眾所周知，國內外的低孔低滲砂巖油氣藏儲量占比大，是目前勘探開發的一個重要區域。對于海上低孔低滲油氣藏的勘探開發，面臨勘探環境惡劣，條件制約因素等難題，如何高效實現低滲透致密探井的成功測試，助力類似油氣藏的開發至關重要。海上某探井所在海區水深130m，受臺風及季風影響比較大，目標層位孔滲性差，探井測試產能釋放難度大[1]。通過對壓裂液及產量釋放等多方面研究，分別構建了具有濾失低、殘渣少、粘度低和交聯強度高等功效的性能穩定的壓裂液體系，優選助排劑及破膠劑，提高壓后液體返排性能。

1.海上探井測試壓裂液的優選

表1 不同壓裂液類型優缺點比對

目前石油工業中應用最廣的主要三種類型的壓裂液，包括水基壓裂液、油基壓裂液和泡沫壓裂液，受海上鉆完井條件限制[2]，通常應用到海上壓裂測試的為水基壓裂液體系，可細分為淡水基、鈉濾海水基及海水基。為實現產能釋放及儲層保護，其核心處理劑有：稠化劑、殺菌劑、粘土穩定劑、破乳劑、助排劑、溫度穩定劑、pH調節劑、離子平衡劑、交聯劑等。在海上測試作業中，尤為關鍵的是需要結合儲層特征和壓裂載體工況條件進行探井測試壓裂液的選擇。

(1)儲層巖石礦物分析[3]

不同的壓裂液體系適用于不同的儲層巖石性質，首先需要分析目標層位的巖石礦物組分及含量情況，從而初選合理的壓裂液類型。比如：蒙脫石、高嶺石、伊利石、綠泥石、石英及長石、云母等礦物的含量情況，每一種礦物與壓裂液的傷害機理都不一樣，從而表現出的敏感性不一致。

(2)儲層敏感性評價

初步選擇好壓裂液的類型后，需要開展目標層位巖石的敏感性評價，根據儲層溫度、壓力特征，選擇耐溫性能好、易返排的壓裂液體系。核心問題是各種添加劑的比例調配，通過采用不同的比例配方進行儲層的敏感性實驗評價，選擇出防膨防運移的性能穩定的壓裂液。

(3)壓裂液體系評估

壓裂液體系的效果評估，原則是在壓裂過程中儲層傷害降低至最下，應以降低濾失、降低殘渣為主。根據篩選結果，選擇現場配制簡單、降阻性能好的壓裂液體系。目前海上常用的壓裂液體系為海水基或鉆井水基壓裂液體系，通過對開展巖心傷害實驗進行滲透率傷害率的評估。

2.壓裂液關鍵性能評價方法

壓裂液的關鍵性能核心就考慮兩個大方向，一方面應該滿足儲層保護的基本要求，另一方面滿足壓裂工藝的性能要求。即在儲層保護方面，需要開展巖心傷害率評價、滲透率的評價、膨脹性能、殘渣含量評價等，工程性能方面，應當進行攜砂能力評估、粘度測定、濾失量測定、溫度變化穩定性、配伍性等評價。

(1)儲層保護評價

巖心可根據現有條件選擇天然巖心、相似的地層巖心或露頭巖心，或人造巖心進行實驗。實驗前需要將巖心徹底洗油。采用壓降法測試污染前氣測滲透率K1，測試驅替壓力由低至高，壓力和流量穩定后，記錄各壓力點所對應的的氣體流量，計算各壓力點對應滲透率Ki。然后將壓裂液濾液擠入巖心，再按氣測滲透率方向，模擬地層返排壓差，用氮氣將巖心中的濾液吹出，測定巖心受到壓裂液濾液靜態損害后的氣測滲透率K2，流量和壓差穩定后測其滲透率。

式中：

K—液體滲透率，μm2；

Q—流量，cm3/s；

μ—濾液在試驗溫度下的粘度，mPa·s；

L—過濾介質的長度，cm；

Δp—通過過濾介質的壓差，MPa；

A—過濾介質表面暴露于液體的橫截面積，cm2。

滲透率損害率按下式計算：

式中：

ηd—滲透率損害率，%；

K1—巖心擠壓裂液濾液前的氣測滲透率，μm2；

K2—巖心擠壓裂液濾液損害后的氣測滲透率，μm2。

(2)殘渣含量評價

量取50mL（離心管容積）壓裂液，裝入密閉容器中加熱恒溫破膠。把徹底破膠的破膠液全部倒入已烘干恒量的離心管中，3000r/min±150r/min轉速下離心30min，然后慢慢傾倒出上層清液，加蒸餾水至50mL，用玻璃棒攪拌洗滌殘渣樣品，再放入離心機中離心20min，傾倒上層清液，將離心管放入恒溫電熱干燥箱中烘烤，105℃下烘干至恒重，殘渣含量為m3。壓裂液殘渣含量按式計算：

式中：

η—壓裂液殘渣含量，mg/L；

m3—殘渣質量，mg；

V0—壓裂液用量，mL。

(3)防膨率評價

比如測定鈉膨潤土在海水和破膠液中的防膨率。在10mL離心管中加入5mL待測液，稱取0.5g鈉膨潤土加入離心管中，再加入5mL待測液，搖勻，在室溫下放置2h，裝入離心機內，轉速1500r/min下離心15min，讀出鈉膨潤土膨脹后的體積V1。用蒸餾水代替待測液，測定鈉膨潤土在蒸餾水中的膨脹體積V2。用煤油代替待測液，測定鈉膨潤土在煤油中的膨脹體積V0。防膨率按下式計算：

(4)壓裂液的工程性能評價

壓裂液的攜砂性、粘度、濾失量、溫度變化穩定性、配伍性等工程性能參數的合理設置[4]，才能確保酸壓造縫的效果。①比如壓裂液在不同砂比條件下的攜砂能力不同，在35%砂比條件下，2h內沉降＜20%，攜砂性能良好。②壓裂液的濾失性能主要受粘度、巖石與流體的壓縮性、壓裂液的造壁性三種機理控制，通過調整壓裂液的粘度和造壁能力，評價壓裂液的靜態濾失和動態濾失，根據某目的層的溫壓條件，進行濾失實驗。③耐溫耐剪切性能，比如某海水基配方：海水+稠化劑+殺菌劑+防膨劑+助排劑+破乳劑+溫度穩定劑+離子穩定劑+交聯劑。140℃條件下，表觀粘度從900mPa·s左右降低，約38min后表觀粘度相對平穩，直至實驗結束表觀粘度均保持在200mPa·s以上。

3.壓裂液關鍵性能評價結果

(1)儲層保護評價結果

表2 海上某氣田儲層保護效果評價結果

從該氣田儲層保護效果的評價結果可以看出，測試液與壓裂液對儲層都有一定的影響，原始儲層滲透率較高時，測試液與壓裂液對儲層存在污染效果，并且壓裂液對儲層污染程度比測試液略低。當原始儲層滲透率很低時，測試液與壓裂液對儲層不存在污染，反而存在一定的凈化效果，并且壓裂液的凈化效果比測試液明顯。

(2)殘渣含量評價結果

表3 海上某氣田殘渣含量測定結果

從測定結果可以看出，該氣田兩種配方的殘渣含量通過該評價方法都滿足指標。

(3)防膨率評價結果

表4 某探井開展的防膨率測定結果

從測定結果看出，該井運用的壓裂液體系運用該評價方法滿足指標，并且該體系的防膨率隨著溫度的升高而升高。

(4)壓裂液的工程性能評價

表5 某壓裂液不同時間段表觀粘度結果

該海水基壓裂液表觀粘度在140℃的條件下，表觀粘度從900mPa·s左右降低，約38min后表觀粘度相對平穩，直至實驗結束表觀粘度均保持在200mPa·s以上，具有較好的耐溫耐剪切性能。

表6 設計/施工參數對比分析表一

4.現場應用

2021年，海上某探井應用了壓裂測試技術，該井井深為4200余米，該探井由于井深較深，井底溫度高，屬中～低孔、特低～低滲氣藏。粘土礦物成分主要為伊/蒙混層和綠泥石，其次為伊利石，儲層存在水敏和速敏，水鎖較強。采用壓裂液配方為：淡水+0.4%稠化劑+1% KCl+0.5%破乳助排劑+0.2%殺菌劑（保障壓裂液環境）+0.5%粘土穩定劑+0.8% pH調節劑+1%交聯劑，施工排量2.7～3.3m3/min，砂比5%～29%，地面施工壓力66.5～78.4MPa，井底施工壓力95.1～119.1MPa，總的入井混砂液量426.6m3，加砂量43.4m3。壓后返排效果良好，返排壓裂液各項檢測指標合格，返排率在20%左右時成功見油。本次壓裂泵注壓力高達78.4MPa，主壓裂形成的實際支撐縫長158.0m，支撐縫高24.6m，裂縫導流能力22.8D.cm，高效完成本井壓裂作業。

5.海上低滲透致密探井酸壓測試面臨的挑戰和針對性優化措施

海上低滲透致密儲層壓裂測試作業面臨多方面挑戰，未來如何充分結合海洋獨特的環境及地質條件，開展規?；挠行У膬痈脑欤枰嗟膭撔隆＝Y合近年來海上壓裂測試作業經驗，主要面臨如下的問題和挑戰：

①海洋環境帶來的常溫—低溫—高溫流動條件的變化，對壓裂液的溫度穩定性有更高的要求，在泵入過程中，壓裂液從常溫的環境到海底低溫環境，再到地層高溫環境。

②海上有限的作業條件，甲板面積小，承壓能力有限，壓裂液材料繁多，擺放空間規劃難度大。井口作業占用甲板面積，大型壓裂設備提前就位難度大，現場無法提前調試壓裂設備，增加銜接時間，從而使成本增加。測試地面設備與大型壓裂設備一起就位難度大，壓裂設備模塊化是目前能解決此問題的方法之一。

③海上壓裂施工作業環保風險高，回收含油返排液能力有限，甲板被大型壓裂設備所占，原油回收罐少，導致頻繁從平臺向環保船輸送含油返排液，并且海上原油運輸的環保船數量、艙室空間有限，長時間從平臺往環保船輸送含油返排液環保壓力大，存在較高風險。

④海洋石油勘探開發成本高昂，壓裂液泵注量大，需具備良好的返排性能，以減少鉆機時間，降低作業成本。需要打破常規管理模式，提出更多有利于開發的新模式。

針對海上低滲透致密探井壓裂液的優化，前期研究重點需結合儲層特性，開展壓裂液評價，實現降低濾失、降低殘渣為主，減少儲層傷害，最終實現產能釋放。

6.結論

（1）海上低滲透致密儲層壓裂液可根據儲層特征及海上施工條件等優選壓裂液體系，并對優選壓裂液體系進行儲層保護、殘渣含量、防膨率、工程性能等關鍵性能評價，確保壓裂液體系具有濾失低、殘渣少、粘度低和交聯強度高等功效和較好的返排性能，從而達到對儲層傷害降到最低，充分釋放產能的目的。

（2）海上探井的壓裂測試作業順利實施，論證壓裂測試工藝在海上油氣勘探開發過程中具備可行性，同時也為類似海上低滲氣田的開發提供了借鑒。