超低濃度瓜膠壓裂液研究及在延長油田的應(yīng)用

杜海軍，曲世元，劉政帥，賀曉亮，鐘 靜

(1.西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西西安 710065；2.陜西延長油田股份有限公司七里村采油廠；3.中國石油大學(xué)(北京)提高采收率研究院；4.陜西延長油田股份有限公司川口采油廠；5.中國石油大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院；6.中國石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院)

超低濃度瓜膠壓裂液研究及在延長油田的應(yīng)用

杜海軍1，2，曲世元3，劉政帥4，賀曉亮5，鐘 靜6

(1.西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西西安 710065；2.陜西延長油田股份有限公司七里村采油廠；3.中國石油大學(xué)(北京)提高采收率研究院；4.陜西延長油田股份有限公司川口采油廠；5.中國石油大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院；6.中國石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院)

為降低羥丙基瓜膠使用量，同時(shí)降低壓裂液對(duì)儲(chǔ)層傷害，研究開發(fā)出了適合延長油田的超低濃度瓜膠壓裂液配方體系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：超低濃度瓜膠壓裂液當(dāng)瓜膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%時(shí)，在90 ℃170 s-1的剪切速率下經(jīng)過60 min耐溫剪切，黏度保持在250 mPa·s，與常規(guī)瓜膠壓裂液相比，殘?jiān)亢蛶r心傷害率明顯降低。該壓裂液體系2013年在延長油田累計(jì)施工402井次，取得了較好的使用效果。

延長油田；超低濃度壓裂液；高效交聯(lián)劑；性能評(píng)價(jià)

延長油田屬低孔特低滲致密油藏，油井需壓裂才能投產(chǎn)，而壓裂液性能則直接關(guān)系到壓裂施工的成功與否。雖然壓裂液的耐溫耐剪切性能是影響壓裂施工的關(guān)鍵指標(biāo)，但壓裂液破膠液的殘?jiān)窟^高，也會(huì)堵塞油氣滲流通道，導(dǎo)致地層傷害增加[1-2]，油氣產(chǎn)量下降。優(yōu)質(zhì)、低損害、低成本是壓裂液發(fā)展的主要方向[3]，降低壓裂液稠化劑濃度是降低壓裂液殘?jiān)驓埬z含量、提高裂縫導(dǎo)流能力、降低壓裂液成本的重要途徑[4-5]。本文針對(duì)延長油田儲(chǔ)層特點(diǎn)，研究了超低濃度瓜膠壓裂液配方。

1 超低濃度瓜膠壓裂液體系開發(fā)

1.1 超低濃度瓜膠壓裂液體系組成

本文研究出的超低濃度瓜膠壓裂液體系以普通的羥丙基瓜膠作為稠化劑，開發(fā)出了與羥丙基瓜膠具有良好交聯(lián)性能的高效交聯(lián)劑，同時(shí)針對(duì)延長油田儲(chǔ)層特征優(yōu)化出了與儲(chǔ)層相配伍的破乳助排劑、殺菌劑、黏土穩(wěn)定劑、pH調(diào)節(jié)劑等添加劑。該壓裂液配方與常規(guī)瓜膠壓裂液相比，瓜膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低了0.15～0.2個(gè)百分比點(diǎn)。適應(yīng)120℃以下地層的超低濃度瓜膠壓裂液配方為：(0.15%～0.33%)羥丙基瓜膠+ 0.4%破乳助排劑 + 0.1% 殺菌劑+ 0．4% 黏土穩(wěn)定劑+(0～0.2%)pH調(diào)節(jié)劑+(0.3% ～ 0.6%)TMJP-10交聯(lián)劑+0.2%TM-3交聯(lián)促進(jìn)劑。

1.2 高效交聯(lián)劑

硼酸鹽、有機(jī)配位體、助劑在一定條件下反應(yīng)生成了高效交聯(lián)劑TMJP-10。以該高效交聯(lián)劑形成的壓裂液具有較好的抗溫、抗剪切能力，具有易破膠、殘?jiān)康汀⒁追蹬?、?duì)巖心傷害率低等優(yōu)點(diǎn)。

1.3 TM-3交聯(lián)促進(jìn)劑

利用交聯(lián)動(dòng)力學(xué)原理研制了TM-3交聯(lián)促進(jìn)劑，它能使壓裂液充分交聯(lián)，解決了常溫或低溫條件下壓裂液體系的脫水問題。

1.4 最佳聚合物濃度的確定

利用最小濃度理論，確定聚合物的最佳濃度。羥丙基瓜膠理論上有一個(gè)最小濃度，在這個(gè)濃度上分子之間才可能交聯(lián)；低于這個(gè)濃度，聚合物分子之間相距太遠(yuǎn)，不可能形成化學(xué)交聯(lián)。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，得出羥丙基瓜膠的最低交聯(lián)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%。

1.5 超低濃度壓裂液配方的確定

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究開發(fā)出了表界面張力低、對(duì)砂巖無吸附的高效非離子助排劑，它能促使壓裂液快速返排；針對(duì)延長油田儲(chǔ)層特征篩選出了配伍性好的破乳劑、殺菌劑、黏土穩(wěn)定劑等添加劑，并優(yōu)化出了適應(yīng)于120 ℃以下不同溫度的超低濃度瓜膠壓裂液配方。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，瓜膠使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.30%～0.55%下降至0.15%～0.33%。

2 超低濃度瓜膠壓裂液性能評(píng)價(jià)

根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T6376-2008壓裂液通用技術(shù)條件》，對(duì)該壓裂液體系進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，并以90℃配方為例對(duì)比了超低濃度瓜膠壓裂液與常規(guī)瓜膠壓裂液耐溫耐剪切能力、巖心傷害率及殘?jiān)俊?/p>

2.1 耐溫耐剪切性能評(píng)價(jià)

配制適用于90℃超低濃度瓜膠壓裂液(瓜膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%)及常規(guī)瓜膠壓裂液(瓜膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.45%)，用RS6000流變儀在170 s-1下測(cè)試耐溫耐剪切性能，見圖1。由圖1可以看出，超低濃度瓜膠壓裂液在90℃時(shí)耐溫耐剪切性能很好，經(jīng)過長時(shí)間剪切，黏度保持在250 mPa·s，遠(yuǎn)大于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工的需要。

圖1 90℃耐溫耐剪切性能對(duì)比

2.2 巖心傷害性能評(píng)價(jià)

按照標(biāo)準(zhǔn)《SY/T6376-2008壓裂液通用技術(shù)條件》實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)兩種壓裂破膠濾液進(jìn)行的巖心基質(zhì)滲透率的損害率測(cè)定情況如表1。由表1可以看出，0.25%超低濃度瓜膠壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的平均傷害率明顯低于常規(guī)瓜膠壓裂液，具有很好的保護(hù)儲(chǔ)層作用。

2.3 殘?jiān)?/p>

按照標(biāo)準(zhǔn)《SY/T6376-2008壓裂液通用技術(shù)條件》實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)試了兩種壓裂液破膠殘?jiān)俊?shí)驗(yàn)結(jié)果為：0.25%超低濃度瓜膠壓裂液破膠液殘?jiān)鼮?46.3 mg/L，0.45%常規(guī)瓜膠壓裂液破膠液殘?jiān)鼮?69 mg/L，超低濃度瓜膠壓裂液大大減少了對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的傷害程度。

表1 壓裂液對(duì)儲(chǔ)層巖心傷害實(shí)驗(yàn)

2.4 超低濃度瓜膠壓裂液綜合性能評(píng)價(jià)

對(duì)超低濃度瓜膠壓裂液體系的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，研究出的超低濃度瓜膠壓裂液耐溫耐剪切性能好，與地層配伍性好，破膠徹底，殘?jiān)康?，?duì)儲(chǔ)層巖心傷害率低，是一種低成本低傷害瓜膠壓裂液體系。

表2 超低濃度瓜膠壓裂液綜合性能評(píng)價(jià)結(jié)果

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

該超低濃度瓜膠壓裂液2013年在延長油田累計(jì)施工402井次，最高砂比40%，破膠返排液黏度小于5 mPa·s，取得了較好的增產(chǎn)效果。試驗(yàn)井南××井施工曲線如圖2。由圖2可以看出，施工過程壓力平穩(wěn)，砂比達(dá)到40%，壓裂液具有良好的攜砂性能，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工的需要。

圖2 超低濃度瓜膠壓裂液壓裂施工曲線

4 結(jié)論與建議

(1)針對(duì)延長油田開發(fā)出滿足25～ 120 ℃低滲透儲(chǔ)層壓裂需要的超低濃度胍膠壓裂液配方，該壓裂液綜合性能優(yōu)于目前所使用的壓裂液，破膠殘?jiān)?、?duì)地層的傷害率均有大幅的降低。

(2)該超低濃度胍膠壓裂液可以有效降低壓裂液成本，提高單井壓裂的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)該壓裂液在延長油田得到了推廣應(yīng)用，取得了較好的壓裂效果，建議在國內(nèi)同類低滲透儲(chǔ)層壓裂施工中推廣應(yīng)用。

[1] 王麗偉,蒙傳幼,崔明月,等.壓裂液殘?jiān)爸蝿┣度雽?duì)裂縫傷害的影響[J].鉆井液與完井液,2007,24(5):59-61.

[2] 盧擁軍.壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的損害及其保護(hù)技術(shù)[J].鉆井液與完井液,1995,12(5): 36-43.

[3] 盧擁軍，房鼎業(yè)，楊振周，等.黏彈性清潔壓裂液的研究與應(yīng)用[J].石油與天然氣化工， 2004，33(2):113-114.

[4] 盧擁軍, 楊曉剛, 王春鵬, 等.低濃度壓裂液體系在長慶致密油藏的研究與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2012,34(4):67-70.

[5] 車航，楊兆中，李建召，等.華北油田高含水油藏轉(zhuǎn)向壓裂用暫堵劑研究[J].石油地質(zhì)與工程，2014，28(1)：112-114.

編輯：李金華

1673-8217(2015)04-0139-03

2015-03-05

杜海軍，工程師，1985年生，2008年畢業(yè)于西安石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事采油技術(shù)研究工作。

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