一種低傷害清潔壓裂液性能評價及現場試驗

劉 驍，張盼盼，楊開利，李志濤，孫 宇

（陜西延長石油（集團）有限責任公司1.油氣勘探公司，陜西 延安 716000；2.延長氣田采氣二廠，陜西 榆林 718500）

引言

壓裂液是壓裂施工的工作液，壓裂液性能好壞直接影響壓裂增產效果[1]。清潔壓裂液因具有良好的攜砂、破膠、低傷害、施工簡單等優點而備受關注。自1974年斯倫貝謝研制出清潔壓裂液并成功應用以來，國內外學者做了大量研究，清潔壓裂液的耐溫性能、組成體系、應用范圍趨于豐富[2,3,4]。

延安氣田地處鄂爾多斯盆地東南部，構造上屬于伊陜南坡，是典型的“低孔、低滲、低含氣”氣藏。延安氣田上古儲層普遍采用改性胍膠壓裂液體系，該體系存在現場施工工序復雜、配方體系復雜、對儲層傷害較大、耐高溫性能差、廢液處理困難等問題。為降低儲層傷害、提高儲層改造效果，2019年公司在各采氣廠陸續開展清潔壓裂液技術試驗，經過兩年多實踐，Slick-Wo在線清潔壓裂液在上古儲層改造中得到一致認可。

1.主要特點

1.1 體系組成和技術原理

Slick-Wo 在線清潔壓裂液是一種高性能的液體生物接枝聚合物和活性劑形成的在線清潔壓裂液，由A劑和B劑組成，A劑是一種甲殼素接枝丙烯酰胺聚合物，B劑是活性劑。推薦配方比例：1.5%A劑+0.2%B劑，A劑使用濃度為0.5-1.5%。

當A 劑和B 劑遇水快速膨脹，在水中形成棒狀結構的膠束，膠束之間高度“纏結”，形成類似于一種分子網狀結構，使其具有很高的粘彈效應和有效粘度，從而具備很好的懸砂性和攜帶性能。

1.2 技術優勢

與胍膠壓裂液相比，該清潔壓裂液的優勢在于：

1.2.1 操作簡便。與胍膠壓裂液相比，其藥劑數量少；能夠將配制、攜砂一體化，施工設備少，作業工序簡化。

1.2.2 節約環保。通過在線添加、隨用隨配的方式，可避免因特殊情況無法施工造成的壓裂液浪費現象；因液體聚合物為中性生物制劑，對人對設備無傷害；因液體聚合物具有遇水自我溶解擴散釋放增粘，可被水任意比稀釋，對氣藏傷害低。

1.2.3 增產增效。壓裂液中特殊的生物表面活性藥劑，具有很好改變潤濕性、助排效果；低摩阻，降阻率在60%以上，有效降低施工壓力，提高造縫能力；相比常規壓裂液技術可提高壓裂效率10-25%。

2.性能評價

2.1 溶解性能

在溫度30℃下，按1.5%A 劑+0.2%B 劑配制Slick-Wo 在線清潔壓裂液10mL，均勻攪拌后觀察其溶脹情況，用秒表記錄溶脹時間，用六速粘度計測定溶解后表觀粘度，用PH 試條測定PH，測定結果見表1。從表1 可以看出，在線清潔壓裂液呈中性、起粘快、流動性好、摩阻小。

表1 溶脹時間和表觀粘度實驗數據

2.2 抗剪切性能

在剪切溫度120℃、170s-1剪切速率的測定環境下，采用哈克流變儀，測試了剪切120min后壓裂液的粘度，如圖1。圖1表明，剪切后粘度保持在40mPa·s左右，能夠滿足現場粘度要求25mPa·s以上。

圖1 清潔壓裂液120℃剪切曲線

2.3 攜砂性能

在室內25℃，把配制好的壓裂液放置于500mL的量筒中，在勻速攪拌的情況下，按照砂比40%加入40-60目的陶粒砂，攪拌均勻后，靜置40s、10min、20min、30min，如圖2。將此量筒放置于設定溫度90℃的恒溫臺上，靜置40s、10min、20min、30min 觀察液體懸砂情況，如圖3。試驗表明，25℃（模擬井口溫度）和90℃（模擬產層中部溫度）下Slick-Wo在線清潔壓裂液懸砂時間均在30min 以上，能夠滿足壓裂施工攜砂需要。

圖2 25℃條件下靜置40S、10min、20min、30min的懸砂情況

圖3 90℃條件下靜置40S、10min、20min、30min的懸砂情況

2.4 防膨性能

稱取0.50g 膨潤土置于10mL 離心管中，加入50ppm 的10mL 破膠液，充分混合均勻，靜置2h 后，1500r/min 轉速下離心15min，讀取膨潤土膨脹后膨脹體積，同時用水和煤油代替破膠劑，測定膨脹體積[6]，計算防膨率80%。結果表明，破膠液本身具有很好的防膨效果，對氣藏保護性好。

2.5 破膠性能

利用了表面活性劑親油基的特殊性，通過引入碳氫類物質改變體系平衡的穩定性而破膠[5]。在配制好的在線清潔壓裂液中分別加入50ppm、100ppm的破膠劑，在90℃、120℃下觀察破膠時間，實驗數據見表2。從表2 可以看出，當加入低濃度的破膠劑，溫度可顯著加速破膠，當加入高濃度的破膠劑，溫度對破膠影響緩慢，綜合來看，隨著溫度、破膠劑加量的不同，在線清潔壓裂液破膠時間不同，破膠時間可控且破膠徹底。

表2 在90℃和120℃條件下壓裂液破膠情況實驗數據

2.6 傷害性能

取M 井不同層位的巖心各2 塊，測試巖心氣相滲透率（K1）和清潔壓裂液在巖心破膠后的滲透率（K2）[7]，然后根據K1、K2計算巖心滲透率損害率（?d）[8]，如式（1）所示，結果見表3，進而評價巖心的損害程度。從表3 可以看出，巖心滲透性損害率在10%左右，遠低于標準中巖心滲透率損害率15%的要求。

表3 巖心滲透率損害率實驗數據

2.7 降阻性能

使用的管道循環裝置（管道直徑約0.8cm，長度2m，流速0.4m3/h）進行降阻率測定時間，實驗中在線清潔壓裂液濃度分別為0.03%、0.05%、0.1%、1.0%、1.2%、1.5%，通過壓差變化計算降阻率[8]，時間與減阻率的關系如圖4。可以看出，降阻率在60%以上，有效降低施工壓力，有力提高造縫能力。

圖4 不同濃度的壓裂液下降阻率的變化

3.現場應用

3.1 單一在線清潔壓裂液技術應用

X-1 井位于陜西省榆林市靖邊縣三岔渠鄉祁家溝村，是一口開發井。該井山2、山1 層（4020-4024m、4050-4055m）的電阻率62-106Ωm，聲波時差214-216μs/m，滲透率0.16-0.34mD，孔隙度6.2-7.7%，氣測烴值0.5-43%。2021年11月4日，對山2+山1層采用單一在線清潔壓裂液技術進行壓裂增產，施工曲線如圖5所示。從圖5可以看出，施工過程平穩，地層破裂明顯，加砂完成率100%，最大砂比17.6%。

圖5 X-1井山2、山1層壓裂施工曲線

與采用常規加砂壓裂的Y-1 井山1+盒8 層相比，X-1井試氣效果（無阻5.0389萬方/天）明顯高于Y-1井無阻流量1.2499萬方/天。

3.2 在線清潔壓裂液與高導流通道壓裂技術復合應用

Z 井位于陜西省榆林市靖邊縣三岔渠鄉祁家溝村，井深4283.20m。2021年10月19日，對山1+盒8層采用在線清潔壓裂液+高導流通道技術進行壓裂增產，施工壓力60MPa 左右，加砂完成率100%，最大砂比13.7%，壓后一次放通，返排率75.2%，無阻流量10.9157 萬方/天，壓裂施工曲線如圖6。根據施工過程和放噴情況來看，將兩種壓裂工藝的復合可以優勢集中，一方面通過提高裂縫導流能力而增產，另一方面降低儲層傷害、增強返排的效果。

圖6 Z井山1層、盒8層壓裂施工曲線

與同井場Z-1 井對比，Z 井轉層壓裂改造效果明顯，返排效果較單一在線清潔壓裂液改造的返排效果差，見表4。

表4 鄰井試氣效果對比

3.3 在線清潔壓裂液與10%前置生物酸技術復合應用

Q-1 井位于陜西省榆林市靖邊縣席麻灣鄉長渠溝村，井深4466.90m。該井本溪+山1 層的滲透率0.48-1.27mD，孔隙度9.4-1.4%。2021年10月，對本溪+山1層應用在線清潔壓裂液+10%前置生物酸技術壓裂增產，加砂完成率100%，砂比19.45%，無阻流量13733 方/天，本溪層壓裂施工曲線如圖7。從圖7 可以看出，本溪層破裂壓力37.3MPa，最高壓力75.7MPa，平均壓力60.4MPa，表明10%前置生物酸技術明顯改善本溪層施工壓力。

圖7 Q-1井本溪層壓裂施工曲線

結論與認識

通過室內性能評價和現場應用，我們得到以下認識：

1.與常規胍膠壓裂液性能相比，Slick-Wo 在線清潔壓裂液具有溶解快、起粘迅速、攜砂好、低摩阻、抗剪切、低傷害等優點。

2.與常規胍膠壓裂液提前配制和考慮富余量相比，在線清潔壓裂液可在線連續混配，節約材料，液體性能得到保證。

3.在線清潔壓裂液現場施工過程平穩，攜砂性能好，增產效果明顯，能夠適應本區塊的改造需求。

4.在線清潔壓裂液技術與高導流通道壓裂技術、10%前置生物酸技術等新技術具有很強的兼容性，能夠發揮各自優勢，滿足施工要求。

5.在線清潔壓裂液技術因其攜砂好、破膠可控、低傷害、現場可連續混配施工等優點，可以進一步替代胍膠壓裂液，在延長氣田具有很強的推廣價值。