延長氣田微弱傷害胍膠壓裂液體系的研究應用

王 帥，謝 元，周 渝，沈燕賓，王 佳，許 磊，路建萍

（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，陜西西安 710054；3.陜西省石油精細化學品重點實驗室，陜西西安 710054）

隨著油氣資源的勘探及開發，低滲透儲層所占比例越來越大，其增產必然是未來油氣田增產的重要方向[1，2]。由于低滲透油氣儲層存在著啟動壓力大、滲流阻力大、非均質性強的特征，加之敏感性等因素增加了低滲透油氣藏開采的難度[3-5]，而施工過程不可避免造成對儲層的傷害，造成產氣效果的下降，因此需要從多個方面對其進行研究盡可能降低各個環節對儲層造成的傷害。延長氣田儲層存在水敏性，其滲透率主要分布在（0.1～0.5）×10-3μm2，孔隙度主要分布在4 %～12 %，屬于低孔低滲儲層，且存在黏土礦物、硅質和碳酸鹽膠結物，因此需要通過合理措施降低施工過程對儲層的傷害，才能有效緩解對產氣帶來的不利影響[6-9]。

本研究針對延長氣田深井（＞3 800 m）低滲透油氣儲層，開發了微弱傷害胍膠壓裂液體系，該體系具有良好的流變性能，對儲層具有良好的保護作用，可有效提升產氣效果，實現降本增效的企業理念。

1 壓裂液體系研究

目前延長氣田胍膠壓裂液體系采用的胍膠濃度為0.40 %～0.55 %，對于儲層深度大于3 500 m 的深井均采用0.50 %～0.55 %的胍膠壓裂液體系，該體系雖然具有較好的懸砂性能及流變性能，但是具有殘渣高，對地層傷害較高的特點，需要對體系進行改進研究。針對目前存在問題，主要從胍膠濃度、交聯劑性能、水質、破膠劑性能4 個方面進行改進，由于所需研究的井深度均大于3 800 m，因此胍膠濃度采用了0.35 %，壓裂液體系為：0.35 %胍膠+0.50 %黏土穩定劑+0.50 %起泡助排劑+0.15 %溫度穩定劑+0.14 %Na2CO3+0.10 %殺菌劑+0.015 %壓裂專用螯合劑+（0.10 %～0.25 %）交聯劑。體系中交聯劑采用了專利產品[10]，破膠劑采用了尾追專利產品高分子斷裂催化劑[11]的方式，該體系具有流變性能好，耐高溫、耐剪切，破膠殘渣低的特點，具有良好的應用前景。

1.1 壓裂液體系耐溫耐剪切性能及懸砂性能研究

1.1.1 壓裂液體系耐溫耐剪切性能研究 針對儲層較深的特點，壓裂液體系關鍵性指標是在高溫情況下的性能，本研究測試了壓裂液體系在130 ℃條件下的耐溫耐剪切性能，其流變圖譜（見圖1）。

圖1 壓裂液體系的耐溫耐剪切曲線

從圖1 曲線可以看出體系具有較好的性能，體系經過120 min 剪切后黏度維持在100 mPa·s 左右，因此壓裂液體系可完全滿足130 ℃儲層的要求，實際施工過程中前置液可以使地層溫度得到一定程度的降低，伴注的液氮進一步降低了地層的溫度，故能完全滿足壓裂現場要求。

表1 壓裂體系懸砂時間研究

1.1.2 壓裂液體系懸砂性能研究 對壓裂液體系而言，其懸砂性能是體系的關鍵，也決定了壓裂施工的成敗，為了確定體系的懸砂能力，在90 ℃水浴中進行了沉降速度測定，實驗數據（見表1）。

由表1 數據可以看出該體系具有良好的懸砂性能，其沉降速度達0.008 37 cm/s，而目前常規體系沉降速度約為0.03 cm/s，遠高于微弱傷害胍膠壓裂液體系，因此從沉降速度可以看出壓裂體系完全滿足現場應用。

1.2 破膠性能研究

針對目前壓裂施工過程采用膠囊破膠劑及過硫酸銨，由于過硫酸銨的使用導致壓裂液進入地層后生成硫酸根，從而與地層水中的鈣、鎂、鋇、鍶反應生成沉淀對地層造成傷害，影響產氣效果，其加入量越低越好。由于過硫酸銨在施工中主要是通過追加進行，因此本研究采用了專利產品高分子斷裂催化劑進行了研究，其實驗數據（見圖2）。

由實驗數據可以看出采用高分子斷裂催化劑后，當其濃度達到300 mg/L 時即可實現良好的破膠，其破膠后黏度為3.7 mPa·s，破膠后殘渣為58 mg/L，破膠可在半小時內徹底完成，具有破膠徹底，破膠殘渣低，破膠速度快的特點，因此該體系可以實現對儲層微弱傷害的性能。

圖2 壓裂液破膠黏度變化圖

1.3 地層水質研究

地層水具有礦化度高的特征，當壓裂液進入地層改變了原有的平衡狀態容易發生沉淀、結垢等特征，從而傷害儲層，本研究調查了10 口井的地層水質，化驗分析結果（見表2）。

由表2 數據可以看出地層水中Ca2+、Mg2+的含量較高，部分地層水中含有Ba2+、Sr2+、SO42-，礦化度從幾十克每升到幾百克每升，當工作液進入地層后原有平衡體系破壞后容易形成結垢。依據《油田水結垢趨勢預測》（SY/T 0600-1997）進行分析預測，發現有CaCO3結垢趨勢，加之壓裂液體系中破膠劑過硫酸銨的使用會生成硫酸鹽結垢，進一步對儲層造成了傷害，為減輕對儲層的傷害，本研究通過添加壓裂專用螯合劑以降低其阻垢趨勢及沉淀物的生成，實驗條件為在90 ℃條件下用地層水與壓裂用水混合，然后通過微濾膜過濾觀察生產結垢量，實驗數據（見圖3）。

表2 延長氣田地層水化驗分析數據表

圖3 地層水與壓裂用水結垢實驗圖

由實驗結果可知壓裂專用螯合劑添加量達到0.015 %時地層水與壓裂液結垢質量達到了最低值，因此壓裂專用螯合劑合適的添加量為0.015 %。1.4 壓裂液體系對巖心傷害性研究

針對儲層特征進行研究，最終確定的壓裂液體系為：0.35 %胍膠+0.50 %黏土穩定劑+0.50 %起泡助排劑+0.15 %溫度穩定劑+0.14 %Na2CO3+0.10 %殺菌劑+0.015 %壓裂專用螯合劑+（0.10 %～0.25 %）交聯劑，交聯劑采用的是自主研發的專利產品[10]，破膠劑采用膠囊破膠劑及高分子斷裂催化劑，為研究該體系對巖心的傷害情況，將其與常規胍膠壓裂液的傷害性能進行對比研究，研究方法根據標準“水基壓裂液性能評價方法（SY 5107-2005）”，實驗數據（見表3）。

由表3 實驗數據可以看出微弱傷害胍膠壓裂液體系對巖心的傷害率僅為11.60 %，常規胍膠壓裂液體系的傷害率為28.90 %，傷害率下降率為59.87 %，因此其對儲層具有較低的傷害性。

表3 巖心傷害率對比

表4 1＃、2＃井現場施工數據統計

圖4 1＃井現場施工圖譜

圖5 2＃井現場施工圖譜

2 現場應用

對研究的壓裂液體系進行現場施工應用，該體系在現場均按照設計順利施工，選其中4 口代表井進行統計研究，其數據統計（見表4），對其中2 口進行分析，施工圖譜（見圖4、圖5）。

由表4 中數據可以看出體系均能按照設計100 %完成加砂任務，平均砂比最高可達21.5 %，射孔段最深達到了4 068 m，對應的地層溫度達到了133 ℃，由圖4、圖5 可以看出施工壓力平穩，且1＃井、2＃井施工壓力均維持在65 MPa 以下，表明該體系能具有良好的施工性能，可實現延長氣田深井壓裂應用。

3 產氣效果

選擇與施工井同層位的鄰井進行返排效果及產氣效果對比，生產數據（見表5）。

由表5 數據可以看出采用微弱傷害胍膠壓裂液體系返排率均高于鄰井，其產氣效果提升明顯，產氣提升量最低保持在0.196 2×104m3/d，提升率最低達到了35.09 %，胍膠用量則降低了30 %以上，因此該體系具有較好的壓裂效果及經濟價值。

4 總結

（1）本次開發的壓裂液體系配方為：0.35 %胍膠+0.50 %黏土穩定劑+0.50 %起泡助排劑+0.15 %溫度穩定劑+0.14 %Na2CO3+0.10 %殺菌劑+0.015 %壓裂專用螯合劑，交聯劑采用專利產品，常規壓裂施工追加的過硫酸銨采用高分子斷裂催化劑替代。

表5 1＃、2＃井與鄰井產氣效果對比表

（2）壓裂液體系在130 ℃具有良好的耐溫耐剪切性能，剪切120 min 后黏度維持在100 mPa·s 左右，90 ℃懸砂沉降速度為0.008 37 cm/s，懸砂性能大幅度提升。

（3）胍膠用量降低率大于30 %，儲層傷害率下降值為59.87 %。經過現場應用表明在133 ℃的地層溫度下體系仍具有較好性能，加砂量可按設計要求順利完成，平均砂比達到了21.5 %。

（4）壓裂液體系具有順利施工，施工壓力平穩，返排率、產氣效果提升明顯的優勢，產氣提升量最低達到0.196 2×104m3/d，提升率達到了35.09 %，該體系具有較好的應用性能及經濟價值，具有良好的實現降本增效作用。