低傷害壓裂液性能研究及在鄂爾多斯盆地致密砂巖氣水平井壓裂中的應用

熊俊杰，李 春，張 亮，安 琦，楊生文，李昀昀，王世華

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

鄂爾多斯盆地某區塊致密砂巖氣藏為低孔、低滲、低壓、低溫氣藏類型，一般需要實施增產措施才能獲得工業氣流。壓裂是實現其高效開發的最主要技術手段。

某水平井壓裂目的層太2段以石英砂巖、巖屑石英砂巖為主，平均孔隙度為8.65%，平均滲透率為0.651 mD，儲層壓力系數0.9～1.0，溫度55℃左右，該類儲層存在壓裂液破膠難度大、壓后返排困難，壓裂液對地層傷害大等問題[1-6]。

針對該井儲層情況，優選了低傷害胍膠壓裂液體系。該體系具有易破膠，易返排、對地層傷害小等優點。通過使用該壓裂液，結合連續混配裝置，快速、高效地完成了一層7段壓裂施工。該井總用液量2 137.32 m3，加砂量174.35 m3。施工過程中，壓裂液性能良好，壓后1 h返排，破膠情況良好。壓后增產效果顯著，取得了良好的壓裂效果。

1 壓裂液體系配方及性能評價

1.1 壓裂液體系配方

配方：0.25%～0.3%胍膠+0.005%殺菌劑+0.2%黏土穩定劑+0.1%助排劑+0.15%堿+0.1%～0.12%交聯劑+0.02%低溫激活劑+0.012%～0.02%氧化破膠劑+0.05%生物酶破膠劑。

1.2 壓裂液性能評價

1.2.1 評價方法 參考SY/T 5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》對壓裂液體系進行評價。

1.2.2 評價結果

（1）壓裂液耐剪切性能：評價了配方在55℃下的耐剪切性能（見圖1）。

圖1 55℃下壓裂液耐剪切性能

由圖1可知，在55℃，170 s-1下，連續剪切2 h，黏度為100 mPa·s以上，說明壓裂液具有良好的耐剪切性能，滿足壓裂施工要求。

（2）壓裂液破膠性能：常用的破膠劑有過硫酸銨、過硫酸鉀等過硫酸鹽。在溫度較低時，過硫酸鹽分解速度較慢，降低了壓裂液的破膠速率，需要加入低溫激活劑或生物酶加速壓裂液破膠[7-9]。

本配方在壓裂液中添加了低溫激活劑及生物酶破膠劑，提高了壓裂液在低溫下破膠性能。壓裂液中分別添加不同濃度破膠劑后的破膠性能實驗結果（見圖2）。

由圖2可知，在破膠劑濃度分別為0.012%、0.014%、0.016%、0.018%、0.02%時，壓裂液分別在 10 h、6.5 h、4 h、3.5 h、2 h 內實現破膠，破膠液黏度小于 5 mPa·s。

（3）壓裂液對巖心基質滲透率損害率：低傷害壓裂液使用的胍膠濃度為0.25%～0.3%，胍膠濃度越低，對地層傷害越小[10，11]。為了評價壓裂液對巖心基質滲透率的傷害性能，選取儲層巖心進行實驗。實驗結果（見表1）。

圖2 55℃不同破膠劑濃度破膠性能

表1 壓裂液對巖心基質滲透率損害率

由表1看出，低濃度胍膠壓裂液體系對儲層三塊巖心的巖心基質滲透率損害率為10.40%～17.51%，平均為13.34%，遠低于水基壓裂液對儲層巖心基質滲透率損害率小于30%的通用技術要求，說明其具有低傷害的特點。

2 連續混配裝置配液及壓裂液性能檢測

2.1 連續混配裝置配液

該井共配制壓裂液2 350 m3，完全使用連續混配裝置進行配制。配液排量2.5 m3/min～3.5 m3/min，各添加劑排量按設計要求使用液添泵加入。為了評價連續混配裝置配制壓裂液性能，配液過程中，在連續混配裝置出口進行取樣，并放置一定時間，檢測壓裂液性能（見表2）。

表2 連續混配裝置出口壓裂液性能檢測

從表2看出，連續混配裝置出口基液黏度為39 mPa·s，放置一定時間，基液黏度保持不變，即連續混配裝置出口黏度為最終黏度，說明連續混配裝置滿足壓裂液連續混配施工要求。

2.2 壓裂液性能檢測

配液過程中，每間隔10 min檢測儲罐壓裂液性能（見表3）。

表3 各儲罐壓裂液性能檢測

從表3看出，各儲罐基液黏度為36 mPa·s～39 mPa·s，pH為7，交聯性能良好，滿足現場施工要求。

3 現場應用情況

本井7段壓裂施工總用液量2 137.32 m3，加砂量174.35 m3。施工過程中，壓裂液性能良好，施工壓力穩定。壓后1 h放噴返排，破膠劑黏度小于5 mPa·s，壓裂液破膠良好，返排液無砂，返排良好。

4 連續混配壓裂施工

一般而言，為應對處理壓裂過程中出現的異常情況，壓裂液準備液量要比設計液量多10%～20%，這樣易造成壓裂液的浪費。為了節約壓裂液用量，避免資源浪費，同時提高壓裂效率，本井采用連續混配壓裂施工技術，邊配液邊施工。按傳統配液方式壓裂施工，壓裂液準備液量比設計液量多20%計算，以本井第7段為例，比較了兩種不同配液方式的配液量及配液時間（見表 4）。

由表4可知，使用連續混配壓裂施工方法節約壓裂液40 m3，壓裂液節約率13.0%；節約配液時間62 min，時間節約率50.4%。有效的避免了壓裂液的浪費及提高了壓裂效率。

表4 不同壓裂配液方式下的配液情況

5 壓裂效果

該井壓前不產氣，預測壓后無阻流量15×104m3/d，壓后實測無阻流量13.6×104m3/d，壓裂增產效果明顯，達到預期增產目標。

6 結論

（1）室內研究表明，該壓裂液體系各項性能良好，對儲層巖心基質滲透率損害率為13.34%，遠低于水基壓裂液對儲層巖心基質滲透率損害率小于30%的通用技術要求，說明壓裂液具有低傷害的特點。

（2）針對儲層溫度低情況，通過優選低溫激活劑和生物酶破膠劑，提高了壓裂液破膠性能，實現了壓后1 h快速放噴，返排效果良好。

（3）該壓裂液通過采用連續混配壓裂施工方式，實現即配即用，有效避免了壓裂液的浪費，提高了壓裂液效率。