新型低聚物壓裂液在牛圈湖油田的應用

黨建鋒，時際明，鄭 波

（中國石油吐哈油田井下技術作業公司，新疆鄯善 838200）

新型低聚物壓裂液在牛圈湖油田的應用

黨建鋒，時際明，鄭 波

（中國石油吐哈油田井下技術作業公司，新疆鄯善 838200）

牛圈湖油田西山窯油藏具有低孔、特低滲以及低溫、低壓特征，單井自然產能極低，絕大多數油井都需經過壓裂改造才能獲得高產。根據油藏特征,分析了壓裂改造技術的難點：壓裂液破膠返排困難、要求裂縫高導流能力及適當控制縫高延伸。針對上述難題，研究開發了低聚物壓裂液體系，體系具有耐溫、耐剪切性能好、殘渣含量低、地層傷害小、現場配制方便、摩阻低、成本低等性能優點。該液體體系應用于牛圈湖油田，增產效果顯著，取得了較好的經濟效益，為同類油藏的開發提供了強有力的技術保障。

低溫；低壓；低滲；壓裂；低聚物；水基壓裂液；儲層改造

牛圈湖西山窯屬于低滲透、低壓、低流度、非均質性嚴重的砂巖油藏。開采現狀表現出：單井產量低、采出程度低；儲層的非均質性嚴重，砂體內部不同儲層間互分布，滲透率變異系數大于0.7，突進系數大于3.0，縱向非均質性嚴重。依靠天然能量及常規直井開采，單井產量0.4～1.5 t/d，不具備經濟開發的條件[2]。絕大部分油井都需經過壓裂才能獲得工業油流。

1 壓裂施工主要難點及技術思路

根據對地層巖性、物性、流體性質、溫度壓力、巖石力學、地應力以及裂縫方位等儲層特征的一系列評估，分析西山窯油藏主要存在以下壓裂難點以及其相應的壓裂技術要求。

（1）儲層低滲（k=1.27×10-3μm2），要求一定長度的水力裂縫；

（2）超前注水開發（井距250m），要求控制裂縫長度，提高掃油效率；

（3）地層溫度低（45℃），低溫破膠困難；

（4）壓力系數低（壓力系數0.75）壓后排液困難；

（5）原油性質差（粘度高），要求裂縫具有較高的導流能力；

（6）儲隔層應力差較小（3～8 MPa），要求控制裂縫高度延伸。

2 新型低聚物壓裂液體系研究

目前吐哈油田廣泛應用的壓裂液體系為胍膠體系，胍膠體系存在的主要問題是：胍膠的相對分子質量大，難以通過小孔吼，破膠后殘渣含量高，返排困難，對低滲儲層傷害嚴重，難以達到有效改造儲層的效果。另外，隨著胍膠價格急劇上漲，胍膠體系的成本大幅度增加，急需一種成本較低、低傷害、適用于低滲儲層改造的壓裂液體系。

2.1 低聚物壓裂液交聯機理

低聚物壓裂液的增稠劑是疏水締合型水溶性聚合物，在親水性大分子鏈上帶有少量疏水基團。疏水基團之間由于憎水作用而發生聚集（靜電、氫鍵、疏水締合效應），使大分子鏈產生分子內和分子間聚集作用。同時在體系中引入了容易交聯的離子基團，在臨界締合濃度以上，形成分子間締合為主的超分子結構，增大了流體力學體積，溶液的黏度、彈性大幅度升高，形成可挑掛、較高彈性的凍膠。這種壓裂液具有一些特性:良好的高效增黏特性、抗溫性、抗鹽性、抗剪切性、靜動屈服值、粘彈性等[3-6]。

2.2 稠化劑的優選

稠化劑作為壓裂液的主劑，用以提高水溶液的粘度、降低液體濾失、懸浮和攜帶支撐劑，它多為各種水溶性高分子聚合物。稠化劑一直是壓裂液領域研究的重點和熱點，其焦點是稠化劑的增粘能力及耐溫、抗鹽、抗剪切性以及殘渣量等。人工合成類聚合物有多種，如：聚丙烯酰胺（PAM）、部分水解聚丙烯酰胺（PHPAM）、羥甲基聚丙烯酰胺（PHMA）、甲叉基聚丙烯酰胺（MPAM）、聚氧化乙烯類聚合物（PEO）、疏水締合水溶性聚合物（HAWSP）等，在室內對以上聚合物增稠性能進行評價，實驗表明：疏水締合水溶性聚合物增稠效果，性能穩定，疏水締合水溶性聚合物（HAWSP）作為低聚物壓裂液的稠化劑。

2.3 壓裂液配方研究

將HAWSP作為低聚物體系的稠化劑，優選交聯劑、破膠劑、粘土穩定劑、助排劑，根據吐哈油田高中溫低地層特征，確定了不同地層溫度下壓裂液的配方（見表 2）。

表1 牛圈湖西山窯油藏儲層物性參數表

表2 不同地層溫度的低聚物體系配方

2.4 壓裂液綜合性能評價

針對低壓、低滲油藏開采難度大、油層容易受傷害的特點，用于開發這類油藏的壓裂液，在具備常規壓裂液各項性能的前提下，還應當具備低殘渣、易返排的特點[7]，通過室內對比試驗，低聚合物壓裂液滿足以下的性能指標（見表3）。

對低聚物體系的綜合性能與常規胍膠體系的性能進行對比，結果（見表4）。

表3 低聚合物壓裂液性能判定指標

表4 低聚物與常規胍膠壓裂液性能指標對比

在90℃溫度下，用RS6000高溫流變儀對低聚物的抗溫抗剪切性能做了測定，實驗結果（見圖1）。

圖1 低聚物壓裂液的抗溫抗剪切性能

從圖1流變曲線可以看出，在170 s-1剪切速率下，低聚合物壓裂液剪切1 h后，壓裂液粘度在180mPa·s以上，具有良好的流變性能。

依照SY/T 5107-2005水基壓裂液性能評價方法，對低聚物壓裂液的破膠性能進行了測定，測得在各溫度段下低聚物壓裂液的破膠液粘度，結果（見表5）。

表5 低聚物壓裂液破膠性能一覽表

以上表中結果表明，低聚合物壓裂液各個溫度段配方的破膠時間均小于4 h，破膠液粘度小于5mPa·s，殘渣量小于110mg/L。各項破膠性能都好于胍膠壓裂液的破膠性能參數，符合低傷害壓裂液的要求。

3 實施概況及效果

2012年低聚物壓裂液在牛圈湖油田施工11井次，有效11井次，與胍膠體系相比，增油量與有效期均高于胍膠體系，增產效果顯著。

表6 低聚物與常規瓜膠壓裂液壓裂效果對比表

表6 低聚物與常規瓜膠壓裂液壓裂效果對比表（續表）

4 認識及結論

（1）室內實驗及現場實踐表明低聚物壓裂液適用于牛圈湖低溫、低壓、低滲砂巖油藏的壓裂改造。

（2）低聚物壓裂液具有用量少、交聯時間可調、耐溫性能好、攜砂能力強、殘渣少、易返排等優點，符合壓裂液低成本、低傷害的發展方向。

（3）目前低聚物壓裂液的抗鹽效果不理想，不適用于地層水礦化度較高的儲層改造，下步應開展抗鹽性能評價，完善低聚物壓裂液配方，擴大低聚物體系的推廣應用范圍。

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Application of a new type of low polymer fracturing luqid in Niujuanhu oilfield

DANG Jianfeng，SHIJiming，ZHENG Bo
（Downhole Technique Service Company，Tuha OilfieldofPetrochina，Shanshan Xinjiang838200，China）

The J2x oill reservoir in Niujuanhu oil field has the characteristics of low porosity,extra low percolation,low temperature and low pressure,which leads to very low natural production,so most of the oil wells can obtain high production by fracturing stimulation.The main difficulties of fracturing stimulation is that fracturing fluid fails to break glue abruptly,the formation is short of power of fracturing fluid for flowback and requires high fracture conductivity as well as controls fracture height properly.Deal with key problems that have been investigated to form the system of low polymer fracturing fluid,the advantages ofwhich have temperature resistance and shear resistance and low residue content and low formation damage and low friction resistance and low cost.The applications ofwhich show that the technologies are able to greatly enhance oil production in Niuquanhu oil field and provide economic efficient technicalmeasures for the similar oil reservoir in low permeability formation.Key words：low temperature；low pressure；low percolation；fracturing；low polymer；water base fracturing fluid；reservoir stimulation

黨建鋒，男（1979-），河南商水人，碩士研究生，工程師，2006年畢業于中國石油大學（北京）應用化學專業，現在吐哈油田井下技術作業公司從事壓裂技術研究及現場服務工作，郵箱：jfdang@163.com。

10.3969/j.issn.1673-5285.2013.03.023

TE357.12

A

1673-5285（2013）03-0090-04

2013－01-09