非交聯(lián)全懸浮壓裂液在Wei5-71井的應(yīng)用

◇中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院 王進(jìn)濤 包敏新

介紹了全新的全懸浮非交聯(lián)壓裂液的技術(shù)背景，分析了全懸浮壓裂液的技術(shù)原理，從全懸浮壓裂液的溶解性、耐溫抗剪切性、攜砂性、傷害特性等方面進(jìn)行了評價，并在Wei5-71井成功應(yīng)用。該體系對提高人工裂縫的縫控體積，提高難動用儲量的開發(fā)效果具有重要意義。

目前，傳統(tǒng)胍膠壓裂液是通過交聯(lián)技術(shù)提高有效粘度來達(dá)到攜砂的目的，交聯(lián)后粘度較高，施工摩阻較大，在壓裂后裂縫閉合階段，人工裂縫內(nèi)部不可避免的產(chǎn)生支撐劑沉降，導(dǎo)致裂縫上部無法形成有效支撐，降低了裂縫的導(dǎo)流能力，影響了最終壓裂的縫控體積。同時，傳統(tǒng)瓜膠壓裂液屬于植物膠，破膠不徹底，存在交聯(lián)聚合物，不溶物含量較高（8%～10%），破膠后殘渣含量較高，對地層基質(zhì)存在傷害，對支撐劑充填層的嚴(yán)重堵塞可使?jié)B透率下降30%以上，大大降低壓裂效果。目前在提高人工裂縫的全尺度充填方面，行業(yè)內(nèi)主要從支撐劑和壓裂液兩方面進(jìn)行攻關(guān)，在支撐劑方面，形成了系列低密度支撐劑、包衣型支撐劑，壓裂液方面主要通過結(jié)構(gòu)流體流變學(xué)的研究，形成支撐劑全懸浮非交聯(lián)壓裂液體系。

1 全懸浮非交聯(lián)壓裂液技術(shù)原理

為滿足壓裂液對壓裂砂懸浮和攜帶及有利于造縫的需要，壓裂液必須具有必要的有效粘度。本文所研究的全懸浮壓裂液（PPS）與胍膠壓裂液外觀一樣，流變特性類似，功能類似，但化學(xué)原理及作用機(jī)理完全不同。該體系利用結(jié)構(gòu)流體流變學(xué)的相關(guān)理論及其流體懸浮與攜帶原理,解決無需交聯(lián)的壓裂液就能具有足夠的有效粘度和優(yōu)良的攜砂能力和其它優(yōu)良性能。

如圖1、圖2所示，溶液中的高分子鏈由分子間力作用形成隨速梯增減而可逆變化的超分子聚集體，由這些超分子聚集體相互結(jié)合形成布滿整個溶液空間的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使溶液成為一個典型的結(jié)構(gòu)流體。根據(jù)結(jié)構(gòu)流體流變學(xué)原理，壓裂液所需的有效粘度、耐溫、耐剪切等性能均可通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行調(diào)控，因此無需交聯(lián)。這類溶液的有效粘度和攜帶能力就可以完全解決，從而滿足施工要求和壓裂技術(shù)發(fā)展的需求。

圖1 瓜膠（GRJ-11）凍膠微觀結(jié)構(gòu)

圖2 全懸浮壓裂液（PPS）微觀結(jié)構(gòu)

2 PPS壓裂液性能評價

2.1 PPS壓裂液體系溶解性評價

通過調(diào)整分子結(jié)構(gòu)以及減小產(chǎn)品粒徑，提高PPS干粉產(chǎn)品的溶解速度。PPS干粉溶解時間從常規(guī)瓜膠的5min縮短到90s，溶解性大大的提高。

表1 不同時間PPS干粉溶解性能

2.2 PPS壓裂液體系抗剪切性能

設(shè)置流變儀初始剪切速率170s-1，剪切一段時間后，突然提高到1500s-1，20～30s后剪切速率降低至170s-1，測試PPS壓裂液經(jīng)過變剪切速率前后粘度變化。如圖3所示，結(jié)果表明，體系具有較好的剪切恢復(fù)性，適宜于高剪切速率的壓裂工藝。

圖3 PPS壓裂液體系剪切恢復(fù)性能

2.3 PPS壓裂液體系攜砂性能評價

取400mLPPS壓裂液至廣口瓶，然后按照25%的砂比加入陶粒（粒徑0.425～0.850mm，密度1.75g/cm3），接著迅速搖晃密封的廣口瓶使陶粒在壓裂液中混合均勻。將混合均勻后的懸砂壓裂液靜置，觀察陶粒沉降情況，同時與瓜膠壓裂液進(jìn)行對照。

由表2可知，0h、2h、8h、24h后，PPS壓裂液內(nèi)的陶粒基本未發(fā)生沉降，與瓜膠壓裂液對比可發(fā)現(xiàn)，其懸砂能力明顯更強(qiáng)。

表2 PPS壓裂液懸砂能力測試

2.4 PPS壓裂液傷害特效評價

（1）PPS壓裂液破膠性能評價。由表3不同破膠時間壓裂液粘度測試結(jié)果可知，PPS壓裂液采用常規(guī)破膠技術(shù)即能徹底破膠。

（2）PPS壓裂液巖心基質(zhì)傷害性能評價。參照水基壓裂液性能評價方法測試破膠液對巖心基質(zhì)滲透率傷害率。

表3 不同時間破膠液粘度測試

由表4可以看到，非交聯(lián)壓裂液破膠液對巖心基質(zhì)滲透率傷害率小于10%，具有低傷害特性。

表4 PPS壓裂液巖心基質(zhì)傷害性能評價

3 PPS壓裂液現(xiàn)場應(yīng)用及效果

江蘇油田Wei5區(qū)塊Wei5-71井E1f11儲層埋深1173-1191m。為了壓裂引效，提高單井產(chǎn)能，提出在Wei5-71井應(yīng)用PPS壓裂液，同時為對比該體系的應(yīng)用效果，在同區(qū)塊Wei5-68井采用常規(guī)瓜膠壓裂液進(jìn)行同步施工。

對Wei5-71井6、8-9號層采用籠統(tǒng)壓裂，配制PPS壓裂液160m3，現(xiàn)場順利加砂15m3。如圖4所示，該井壓前日產(chǎn)液1.4t/d，日產(chǎn)油0.6t/d，壓后日產(chǎn)液6.5t/d，日產(chǎn)油4.2t/d。增油倍比超過7倍，增油效果是該區(qū)塊常規(guī)瓜膠壓裂井Wei5-68井的4～5倍。

圖4 Wei5-71井壓裂前后采油曲線

4 結(jié)論及建議

（1）PPS壓裂液不需添加交聯(lián)劑、低粉比即有很好的粘彈性及攜砂性能，對地層傷害小，傷害率小于10%。

（2）PPS壓裂液體系具有較好的剪切恢復(fù)性。適宜于高剪切速率壓裂工藝，例如限流壓裂、水力噴射壓裂工藝等。

（3）相同溫度下，PPS壓裂液懸砂性比常規(guī)瓜膠懸砂性有明顯優(yōu)勢，有利于提高支撐劑在縱向上的鋪置。

（4）通過在Wei5-71井現(xiàn)場成功應(yīng)用并取得較好效果，表明PPS壓裂液體系具有廣闊的應(yīng)用前景，其低傷害性、強(qiáng)懸砂性有助于推動老區(qū)挖潛和新區(qū)增儲。