延長氣田山西組深井低濃度胍膠壓裂液體系的應用研究

羅立錦，謝 元，沈燕賓，李永豐，王 佳，路建萍，周 渝

（1.陜西延長石油（集團）有限責任公司油氣勘探公司，陜西延安 716000；2.陜西省石油化工研究設計院，陜西省石油精細化學品重點實驗室，陜西西安 710054；3.陜西省延長石油（集團）有限責任公司杏子川采油廠，陜西安塞 717400）

隨著油氣資源的開發，低滲透儲層成為未來油氣田增產的重要領域，其在天然氣開采中占有相當大的比重，并且有不斷增大的趨勢，是未來石油工業可持續發展的重要研究方向[1，2]。由于低滲透油氣儲層與中、高滲透性儲層的滲流特征不同，存在著啟動壓力大、滲流阻力大、非線性流動的特征，加之大多數具有非均質性強，存在一系列的應力敏感性等增加了低滲透油氣藏開采的難度[3-5]，而不同的儲層往往因儲層特征差異未進行差別化對待導致造成了較大的儲層傷害，基于油氣井開采的精細化作業，因此需要針對這些儲層特點進行研究開發合適的壓裂液體系[6-9]。目前延長氣井3 600 m以上井深采用的胍膠濃度為0.50%～0.55%，山西組也是氣區的主力氣層，因此本研究針對延長氣田深井（＞3 600 m）低滲透油氣儲層進行研究，針對低孔、低滲的儲層特征進行了低濃度胍膠壓裂液體系的研制，實現降低對儲層的傷害，提高壓裂效果，提升產氣量的效果，實現降本增效的企業理念。

1 壓裂助劑研究

1.1 山西組巖石礦物組成及分布

儲層巖石組成的分析對于開發合適體系壓裂液降低儲層傷害至關重要，因此采用了X衍射對山西組儲層巖石進行測試，其組成及分布（見表1）。

經研究發現以石英和黏土礦物為主，其中石英最大含量達到99%，黏土含量最大42.5%。研究區黏土礦物類型多樣，伊蒙混層礦物山西組平均達到了31.2%，23.4%樣品內伊蒙混層礦物相對含量超過20%，是造成研究區儲層水敏性的主要礦物類型，因此壓裂液體系需要添加黏土穩定劑類物質進行預防水敏性造成的儲層傷害。

1.2 儲層孔隙度、滲透率研究

表1 延長氣田山西組氣層X衍射全巖分析統計表

表2 延長氣田山西組儲層常規物性分析表

孔隙度、滲透率對于油氣開采效果具有重要的影響，針對山西組儲層孔隙度及滲透率進行統計研究，實驗數據（見表2）。

孔隙度主要分布在4.0%～10.0%，這一區段的樣品數可占76.59%，平均孔隙度6.4%，樣品孔隙度大于10%分布頻率為7.54%；滲透率主要分布在0.01×10-3μm2～0.5×10-3μm2，該分布區段的樣品數占 89.26%，平均為 0.2×10-3μm2，大于 0.5×10-3μm2的樣品分布頻率占到6.64%，屬低孔、低滲致密型儲集層，因此對于壓裂液體系需要注意低孔、低滲儲層的預防保護及壓裂結束后返排效果的提升，一方面可以降低壓裂液體系的殘渣減輕對孔隙度的傷害，另一方面需要通過助劑添加降低表界面張力降低水鎖效應，降低儲層中黏土類物質的敏感性減小儲層傷害。

1.3 儲層填隙物特征研究

填隙物往往是儲層傷害的關鍵，對山西組儲層中填隙物進行薄片鑒定，其填隙物成分（見表3）。

表3 延長氣田山西組主要儲層段砂巖填隙物成分表

通過測試發現填隙物主要為黏土礦物、硅質和碳酸鹽膠結物，其中黏土充填物的含量在山西組含量為0.99%～42.5%，硅質膠結山西組平均含量為4.37%，碳酸鹽類膠結物單井最大含量在15.67%～44.95%。

圖1 山西組儲層

為了研究填隙物對儲層的影響進行了掃描電鏡觀測（見圖1）。

通過電鏡掃描發現存在壓實作用、膠結、交代作用，壓實作用使顆粒間的接觸更為緊密趨于定向排列，膠結、壓溶易形成凹凸接觸，進一步的壓溶可出現由凹凸接觸向縫合線接觸的轉變，從而形成低孔致密儲層，因此儲層條件較差，需要保證壓裂液體系性能，降低壓裂過程中壓力的不平穩性及壓力過高等造成的儲層傷害性。

1.4 儲層氣藏特征研究

儲層氣藏特征對于壓裂后返排效果影響較大，對山西組34口井的氣藏數據統計（見表4）。

表4 延長氣田山西組氣藏特征簡表

由表4數據可知山西組氣藏壓力為低壓，其壓力系數最高為0.97，平均壓力系數為0.81，這一特點預示需要采取助排措施提升其返排效果，針對壓裂液體系可以通過添加起泡劑，降低返排液柱的壓力，另一方面可以添加助排劑降低壓裂液破膠液的表界面張力，降低水鎖效應，提高返排效果，增加油氣開采效率。

1.5 儲層水質研究

儲層水質與壓裂液體系可能存在不配伍性造成地層傷害，需要對其進行研究，通過對山西組14口井地層水化驗分析結果進行了統計（見表5）。

地層水中Ca2+、Cl-、Na+（K+）、Mg2+、HCO3-的含量較高，個別井的地層水中含有SO42-，礦化度含量高達幾十克每升，有的甚至幾百克每升，屬于高礦化度水。依據《油田水結垢趨勢預測》（SY/T 0600-1997）對地層水的CaCO3結垢趨勢進行分析，發現均有CaCO3結垢趨勢，而油氣開采壓裂過程中，用作壓裂液中破膠劑的過硫酸銨會生成SO42-，會生成硫酸鈣結垢，為了降低沉淀對地層的傷害，需要加入助劑降低沉淀的形成減輕對儲層的傷害。

2 壓裂液體系研究

針對儲層特征研究對壓裂液體系助劑添加進行了研究，確定了通過添加防膨穩定劑來降低儲層的傷害，通過添加起泡助排劑來提升返排效果，通過添加壓裂專用螯合劑來降低壓裂液進入地層后與地層水的不配伍性，通過降胍膠濃度由0.50%～0.55%降至0.35%減輕對儲層的傷害。通過實驗研究發現當防膨穩定劑添加量達到0.8%時，防膨率達到了90.15%，再增加其濃度對防膨率影響不大，起泡助排劑當濃度達到0.5%時，其發泡率為75.31%、表面張力為22.33 mN/m、界面張力為0.06 mN/m、助排率為93.3%，壓裂專用螯合劑濃度達到0.025%時，壓裂液與地層水的結垢趨勢已達到最小，故最終確定壓裂液體系為：0.35%胍膠+0.50%起泡助排劑+0.80%防膨穩定劑+0.15%溫度穩定劑+0.10%殺菌劑+0.15%Na2CO3+0.025%壓裂專用螯合劑+（0.10%～0.35%）高溫交聯劑。

2.1 壓裂液體系耐溫耐剪切性能研究

由于研究的地層深度均為大于3 600 m的儲層，因此對壓裂液體系進行130℃條件下的耐溫耐剪切實驗，其流變圖譜（見圖2）。

圖2 壓裂液體系的耐溫耐剪切曲線

由圖2可以看出體系經過2 h剪切后其黏度仍大于50 mPa·s，因此壓裂液體系具有較好的耐溫耐剪切性能，由于其耐溫已達130℃，故對于小于130℃的地層均不存在問題，能滿足壓裂現場要求。

2.2 壓裂液體系懸砂性能研究

表5 延長氣田山西組地層水化驗分析數據表

為研究體系懸砂能力，在90℃水浴中進行了性能測定，實驗數據（見表6）。

表6 壓裂體系懸砂時間研究

從表6中數據可以看出壓裂體系懸砂性能較好，目前現場體系的懸砂時間為8 min，因此所研究的壓裂體系完全適用于現場壓裂。

2.3 壓裂液對巖心傷害性研究

為考察低濃度胍膠壓裂液對巖心的傷害情況，將其與常規胍膠壓裂液的巖心傷害情況進行了對比研究，評價方法采用標準“水基壓裂液性能評價方法（SY 5107-2005）”，其實驗數據（見表7）。

表7 巖心傷害率對比

由表7可知，常規胍膠壓裂液體系對巖心的傷害率為28.70%，低濃度胍膠壓裂液體系對巖心的傷害率為14.49%，與常規體系相比傷害率減少率為49.51%，由此可以看出低濃度胍膠體系具有較低的儲層傷害性。

3 現場應用

根據研究的壓裂液體系進行了現場試驗，選2口井進行現場施工，其施工數據統計（見表8），施工圖譜（見圖3）。

表8 1＃、2＃井現場施工數據統計

由表8可以看出施工加砂按照設計可達到100%，平均砂比均大于20%，其射孔段深度最深達到了4 044 m，地層溫度達到了131℃，由施工圖譜可以看出兩口井均施工順利，施工壓力平穩，且1＃井施工壓力維持在60 MPa以下，2＃井施工壓力維持在65 MPa以下，因此壓裂液體系具有較好的性能，能滿足延長氣田山西組深井壓裂應用。

4 產氣效果

對施工的兩口井進行了試氣效果及返排效果測定，選擇鄰井同層位試氣效果進行對比，其實驗數據（見表9）。

通過對比發現針對山西組所研發體系在產氣效果及返排效果方面均具有較好的性能，其產氣量提升明顯，產氣提升量保持在1.0×104m3/d左右，返排提升率大于5%，從經濟價值方面考慮胍膠用量降低了30%以上，因此針對儲層特征所開發的體系具有較好的壓裂效果及經濟價值。

圖3 1＃、2＃井現場施工圖譜

表9 1＃、2＃井與鄰井產氣效果對比表

5 總結

通過對山西組儲層進行研究，開發的壓裂液體系具有較好的性能，其壓裂液體系配方為：0.35%胍膠+0.50%起泡助排劑+0.80%防膨穩定劑+0.15%溫度穩定劑+0.10%殺菌劑+0.15%Na2CO3+0.025%壓裂專用螯合劑。體系防膨率達到了90.15%，發泡率為75.31%、表面張力為22.33 mN/m、界面張力為0.06 mN/m、助排率為93.3%，在130℃時體系仍具有較好的耐溫耐剪切性能，在90℃條件下懸砂時間達到了29 min以上，與現場使用體系相比，懸砂時間大幅度延長，胍膠用量降低了30%以上，傷害率下降達到了49.51%。經過現場2口井的試驗表明在131℃的地層溫度下仍可順利施工，施工壓力平穩，加砂按設計完成，平均砂比均大于20%，壓后返排率效果、產氣效果提升明顯，前者達到了5%以上，后者達到1.0×104m3/d左右，綜合考慮針對山西組儲層特征研究所開發的壓裂液體系具有較好的性能及較好的經濟價值，具有降本增效的作用。