長慶油田壓裂返排液對儲層支撐裂縫損害室內研究

張群

(中海油能源發展股份有限公司實驗中心，廣東 湛江 524057)

王松

(長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

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長慶油田壓裂返排液對儲層支撐裂縫損害室內研究

張群

(中海油能源發展股份有限公司實驗中心，廣東 湛江 524057)

王松

(長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

為降低壓裂返排液對儲層支撐裂縫的損害，對長慶油田目前使用的壓裂液類型如胍膠體系、生物膠體系、滑溜水體系及滑溜水-胍膠體系開展了壓裂返排液對儲層支撐裂縫損害的研究。首先在室內測定了4種壓裂返排液體系的pH值、密度、固相含量、顆粒粒徑；然后對4種壓裂返排液進行了預處理，評價了壓裂返排液對巖心基質滲透率損害程度；最后探討了4種壓裂返排液中懸浮物粒徑、懸浮物濃度與支撐裂縫損害之間的關系。評價結果表明，胍膠和生物膠對支撐裂縫的損害程度較小，滑溜水和滑溜水-胍膠混合液對支撐裂縫的損害程度較大；隨著懸浮物顆粒粒徑以及質量濃度的減小，壓裂返排液對支撐裂縫損害也隨之減弱；壓裂返排液對地層巖心基質損害率較小，可以實現壓裂返排液體系的再利用，具有一定的應用前景。

壓裂返排液；裂縫；羥丙基胍膠；生物膠；滑溜水；儲層傷害

油層壓裂工藝措施是提高油層的滲透能力，以增加注水量(注水井)或產油量(油井)。但壓裂液進入地層后是通過物理或化學作用引起滲透率下降的。一般情況支撐劑要滿足以下要求：密度低、粒徑均勻、強度高、圓球度好。若支撐劑粒徑分布范圍過寬，將會造成小顆粒支撐劑運移堵塞裂縫造成對地層的損害；若支撐劑的硬度大于巖石硬度時，支撐劑顆粒將嵌入到巖石中；反之若支撐劑強度過低，會被壓碎，形成許多微粒、雜質，它們隨著流體流動運移堵塞孔隙、縫隙，不僅不能支撐裂縫，反而會造成裂縫失去導流能力。因此開展壓裂返排液對儲層的損害及支撐裂縫的堵塞損害評價研究有重要的意義[1～3]。

1　試驗儀器、體系配方

1.1試驗儀器

CDY-2006型支撐裂縫導流測試儀(江蘇華安科研儀器有限公司)；密度計；ZNN-D6型六速旋轉黏度計(青島海通達儀器公司)；Microtrac S3500型激光粒度分析儀(美國EXXON公司)。

1.2體系配方

1)滑溜水體系清水+0.5%黏土穩定劑TOS-1+0.25%降阻劑EM30 +0.25%助排劑TOF-2(配方中的百分數為質量分數，下同)。

2)胍膠體系清水+0.5%助排劑CF-5D+0.25%～0.3%胍膠粉CJ2-6+0.5%黏土穩定劑COP-3+0.1%殺菌劑CJSJ-3+0.3%流型調節劑TJ-1+0.3%～0.6%交聯劑JL-13。

3)滑溜水-胍膠體系滑溜水和胍膠按體積比為1∶1混合。

4)生物膠體系胍膠返排液+3%生物膠。

2　試驗結果及分析

2.1壓裂返排液的基本性能

在長慶油田壓裂現場分別取不同體系壓裂液樣品，分別測定胍膠、滑溜水、生物膠、滑溜水-胍膠4種壓裂返排液的pH值、密度、固相含量(表1)。pH值接近中性，密度在1.01～1.05g/cm3，固相含量也比較小。

2.2不同壓裂返排液懸浮物的粒徑分析

表1　壓裂返排液基本性能

分別取4種體系的壓裂返排液少量，搖勻后利用激光粒度儀進行粒徑分析，結果如圖1所示。圖1(a)為滑溜水壓裂返排液中懸浮物的粒徑分布，其范圍在1～249μm之間，平均顆粒粒徑D50為21.31μm。圖1(b)為滑溜水-胍膠混合的壓裂返排液懸浮物的粒徑分布，其范圍在1～148μm之間，分布范圍相對滑溜水體系窄一些，體系中D50為16.53μm。圖1(c)為胍膠壓裂返排液懸浮物的粒徑分布圖，其范圍在6.54～294μm之間，與滑溜水、滑溜水-胍膠混合體系相比，主要分布區域比較集中，D50為75.45μm。圖1(d)為生物膠體系的壓裂返排液懸浮物的粒徑分布，其范圍在1.375～352μm之間，分布情況相對于胍膠壓裂返排液更雜亂，主要分布范圍為9.25～31.11μm和124.4～248.9μm，體系中D50較小，為17.25μm。

圖1　壓裂返排液懸浮物粒徑分布圖

圖2　不同壓裂返排液體系對支撐裂縫導流能力損害程度

2.3不同壓裂返排液對支撐裂縫導流能力損害

選取壓裂施工中廣泛應用的20～40目陶粒作為支撐劑，在20MPa閉合壓力下，測定滑溜水、胍膠、生物膠以及滑溜水-胍膠4種不同體系的壓裂返排液損害前后支撐裂縫對清水的導流能力，并計算壓裂返排液損害后支撐裂縫對清水導流能力恢復值，結果如圖2所示。胍膠體系的壓裂返排液損害支撐裂縫后，裂縫對清水導流能力的恢復值最大，即對支撐裂縫的損害程度最小；滑溜水-胍膠混合液體系的壓裂返排液對支撐裂縫的損害程度最大，其侵入裂縫后，裂縫對清水的導流能力只恢復了10.43%；此外，滑溜水壓裂返排液流過裂縫后，支撐裂縫對清水的導流能力只恢復了16.26%，可見其對支撐裂縫的損害也很大，而生物膠體系的壓裂返排液流過支撐裂縫后，支撐裂縫對清水的導流能力恢復了53.4%，約為損害前的一半，其對支撐裂縫的損害略小于胍膠體系。

2.4不同壓裂液體系中返排液懸浮物粒徑與支撐裂縫損害之間的關系

4種不同體系的壓裂返排液經篩網過濾后，返排液中大顆粒物質被除去，懸浮物的平均粒徑減小。試驗使用CDY-2006型支撐裂縫導流測試儀，選取20～40目陶粒作為支撐劑，在20MPa閉合壓力下測定4種體系的壓裂返排液原液、經160、400目篩網過濾后壓裂返排液，支撐裂縫對清水的導流能力，并計算支撐裂縫對清水導流能力恢復值[5～9]，試驗結果如圖3所示。

圖3　壓裂液中不同懸浮物粒徑對支撐裂縫導流能力損害程度對比

圖4　壓裂液中不同懸浮物質量濃度對支撐裂縫導流能力損害程度對比

圖3(a)為滑溜水體系以及篩網過篩后濾液對支撐裂縫導流能力損害程度對比，160目篩網過篩后平均粒徑為47.25μm，400目篩網過篩后平均粒徑為11.43μm，可以看出，支撐裂縫對清水導流能力恢復值依次增大，400目篩網過篩后濾液流過支撐裂縫，其導流能力恢復值達到91.33%，此時的壓裂返排液的濾液對支撐裂縫導流能力損害已經很小。圖3(b)為胍膠體系以及濾液對支撐裂縫導流能力損害程度對比，160目篩網過篩后平均粒徑為53.55μm，400目篩網過篩后平均粒徑為12.66μm，可以看出，隨著壓裂返排液中懸浮物平均粒徑的減小，懸浮物對支撐裂縫導流能力損害隨之減弱，胍膠體系的壓裂返排原液經160目篩網過濾后，支撐裂縫對清水的導流能力的恢復值由60.9%上升到91.7%；而400目篩網過濾后的濾液流經裂縫后，裂縫對清水導流能力恢復值上升至99%，此時濾液已基本不會對裂縫的導流能力造成損害。圖3(c)為生物膠體系以及濾液對支撐裂縫導流能力損害程度對比，160目篩網過篩后平均粒徑為37.5μm，400目篩網過篩后平均粒徑為17.25μm，可以看出，隨著生物膠中懸浮物平均粒徑的減小，懸浮物對支撐裂縫的損害逐漸減弱；但生物膠壓裂返排液經400目篩網過篩后的濾液流經支撐裂縫后，裂縫對清水的導流能力相對于損害前恢復了82.5%。圖3(d)為滑溜水-胍膠混合體系、160目以及400目篩網過篩后濾液對支撐裂縫導流能力損害程度對比，160目篩網過篩后平均粒徑為21.31μm，400目篩網過篩后平均粒徑為14.23μm，可以看出，滑溜水-胍膠混合體系的壓裂返排原液對支撐裂縫損害較大，流經裂縫后，支撐裂縫對清水的導流能力只恢復了10.43%；但經過篩網過濾后，損害也隨之減弱，400目篩網過濾濾液流經支撐裂縫后，裂縫對清水導流能力相對于損害前已能恢復80.7%。

2.5不同壓裂返排液體系中懸浮物質量濃度與支撐裂縫損害之間的關系

滑溜水、胍膠、生物膠以及滑溜水-胍膠混合體系的壓裂返排液經160、400目篩網過濾后，返排液中固相物質減少，懸浮物質量濃度降低，在20MPa閉合壓力下測定原液及濾液流經裂縫，支撐裂縫對清水的導流能力，試驗結果如圖4所示。隨著體系中懸浮物質量濃度的減少，壓裂返排液對支撐裂縫的導流能力損害程度減弱。

3　結論

1)滑溜水壓裂返排液中懸浮物其平均顆粒粒徑D50為21.31μm。滑溜水-胍膠混合的壓裂返排液中懸浮物平均顆粒粒徑D50為16.53μm。胍膠壓裂返排液中D50為75.45μm。生物膠壓裂返排液中D50為17.25μm。

2) 胍膠、生物膠、滑溜水、滑溜水-胍膠混合體系的壓裂返排液損害支撐裂縫后，裂縫對清水的導流能力分別為60.9%、53.4%、16.26%和10.43%。

3)隨著壓裂返排液中懸浮物平均粒徑的減小，4種體系的壓裂返排液對支撐裂縫的損害也減小：經400目篩網過濾后，滑溜水、胍膠的濾液對支撐裂縫造成損害很小，損害裂縫后裂縫的導流能力恢復值達到90%以上。

4)隨著壓裂返排液中懸浮物質量濃度的減小，壓裂返排液對支撐裂縫的堵塞情況也減小。經400目篩網過濾后的濾液侵入支撐裂縫后，裂縫對水的導流能力恢復值相對于過篩前大大提高。

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[編輯]帥群

2016-06-10

張群(1983-)，男，工程師，現從事鉆井液與完井液方面的科研工作；通信作者：王松，wangs_2008@sina.com。

TE357.12

A

1673-1409(2016)29-0055-04

[引著格式]張群，王松.長慶油田壓裂返排液對儲層支撐裂縫損害室內研究[J].長江大學學報(自科版), 2016,13(29):55～58.