新型降濾失劑在陜295 區低壓氣藏的應用研究

譚 宏，丁金崗，王 旗

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安 710018；3.中國石油長慶油田分公司第四采油廠，陜西靖邊 718500）

隨著長慶氣田改造逐步向大規模體積壓裂思路轉變，壓裂液作為主要工作介質大量濾失至儲層深處，液體的返排率直接影響著最終儲層改造效果[1]。長慶氣區部分區塊低壓特征明顯，返排矛盾突出。以陜295 區為例，主力氣藏盒8 段儲層地層壓力系數0.73，平均地層壓力較鄰區低2.7 MPa 以上（表1），為典型的低壓氣藏。研究區目前以直定向井開發為主，采用胍膠壓裂液配合3%～5%比例伴注液氮，壓后依靠自然能量排液效果差，需采用制氮或鄰井氣舉同步配合排液，排液周期長、成本高。

表1 陜295 區盒8 段與相鄰氣區儲層參數對比

國內外針對低壓氣藏改造目前主要有N2泡沫壓裂、CO2前置增能壓裂，兩種改造方式均能夠有效提升壓后排液效果，但需要額外增加施工設備，對于低產能氣井效益建產難度大，亟需低成本降濾提高排液效果的技術措施。借鑒油井暫堵壓裂技術思路，提出了在壓裂前置液階段加入降濾失劑，形成適用于低壓氣藏的低傷害壓裂改造工藝，實現低壓氣藏提高液體效率、減少儲層傷害和提升單井產量技術目標（表2）。

表2 不同低壓氣藏壓裂工藝對比

1 降濾失劑研發與評價

水力壓裂過程中隨著壓裂液充滿裂縫內部，大量壓裂液從裂縫壁向儲層內濾失[2]，影響返排率的同時會對儲層造成不同程度的傷害。控制壓裂液的濾失意味著更多的液體在人工裂縫實現造縫功能，支撐劑填充后能夠得到更大的泄流面積，有助于返排和提產。通過加入降濾失劑是壓裂改造過程中有效的濾失控制技術，常用的壓裂液降濾失劑添加劑為柴油、熱熔型樹脂、聚合物和硅粉等材料。由于柴油、硅粉在壓裂液中的懸浮分布均勻程度比較差，實際降濾失效果不理想[3-5]。結合陜295 區儲層特征和技術需求，開發一種新型水溶性的降濾失劑進行暫堵降濾，以達到提高增產改造效果的目的[6]。

1.1 降濾失劑合成

實驗室內合成降濾失劑ZD-120，三維立體結構見圖1，通過三種不同的主要材料單元重復疊加，在保證超支化聚合物材料分子鏈增長的同時，端基單元則保留了兩個活性官能團，一個官能團未反應。

圖1 可降解降濾失材料的單元組成

ZD-120 中核心材料為塑性骨架，在水浴冷卻下按一定質量比加入水溶性可降解PAC、聚乙烯醇等材料。開動攪拌器，向其中緩慢加入一定量的氫氧化鈉水溶液進行中和，中和完畢后加入0.02%引發劑D、0.1%穩定劑E 和1.0%抑制劑F，室溫攪拌3 h。然后加入自制交聯劑、抗壞血酸和雙氧水，高速攪拌下引發超支化聚合，在200 ℃條件下高速攪拌1 h，將產物倒入四氟乙烯孔板上，產物通過孔板滴液成型絲狀和珠狀產品，通過造粒后得到降濾失劑產品（圖2），粒徑主要集中在0.1 mm 左右。

圖2 可降解降濾失材料

1.2 降濾失性能評價

陜295 區主體采用胍膠壓裂液，實驗室在壓裂液中按一定比例添加ZD-120，對壓裂液降濾失性能進行評價。

基液配方：0.4%CJ2-6+0.1%CJSJ-3+0.3%TGF-1+0.3%COP-3+0.3%TJ-1，交聯劑：JL-9，交聯比100.0∶0.3～0.4。

1.2.1 降濾失性能測試 測試計算含ZD-120 的壓裂液在90 ℃、壓差3.5 MPa 下的濾失情況，隨ZD-120 濃度的增加，濾失系數逐漸降低，在ZD-120 濃度達到0.1%時具有最佳的綜合降濾失效果，濾失系數降低63.6%，在后續測試中均采用0.1%ZD-120 進行評價（圖3）。

圖3 ZD-120 濃度與濾失系數的關系

1.2.2 巖心傷害性能測試 選用現場巖心，將巖心飽和地層水后，裝入挾持器置于烘箱中，正向以0.10～0.50 mL/min 排量注入標準鹽水測穩定滲透率；以恒定壓力驅替0.5～3.0 MPa，正向注氮氣測滲透率至滲透率穩定Kg；反向以0.01～0.50 mL/min 排量注入含0.1%濃度的ZD-120 的壓裂液，控制注入壓力不大于10.0 MPa，保持壓力使壓裂液在巖心中停留時間大于2 h，模擬壓裂施工壓裂液對巖心傷害，再以恒定壓力驅替0.5～3.0 MPa，氮氣驅正向測試氣測滲透率至穩定Ka。

式中：D-壓裂液導致的滲透率傷害率，%；Kg-氮氣驅初始滲透率，mD；Ka-傷害后氮氣驅滲透率，mD。

巖心傷害實驗數據見圖4，傷害前巖心滲透率0.191 mD，最后恢復至0.145 mD，巖心傷害率為24.1%。空白樣品壓裂液巖心傷害率為22.1%，說明ZD-120 對儲層沒有明顯額外傷害。

圖4 ZD-120 壓裂液巖心傷害測試

1.2.3 侵入深度測試 選擇巖心進行核磁共振實驗，實驗前測量并記錄干巖心的滲透率和質量，通過核磁共振設備連續測出不同時刻巖心的核磁共振一維頻率編碼和核磁共振成像，記錄并保存數據進行分析。空白樣品和加入0.1%ZD-120 的壓裂液在巖心中的濾液侵入測試曲線（圖5、圖6），以含水飽和度來衡量壓裂液濾液的侵入深度。

圖5 侵入深度與含水飽和度的關系（空白樣品）

圖6 侵入深度與含水飽和度的關系（ZD-120）

實驗結果表明，在不同時間段內同一深度加入降濾失劑樣品的含水飽和度明顯降低，隨著時間的增長，2.0 h 后在距巖心端面30 mm 處含水飽和度由85%下降至66%，表明降濾失劑加入后壓裂液的侵入深度明顯降低。

1.2.4 ZD-120 的可降解性能 ZD-120 顆粒形態在0.3 mm 以內，室內研究了ZD-120 在儲層條件下降解性能。取15 g 降濾失顆粒放入成化釜中，加入300 mL壓裂液破膠液，然后放入120 ℃滾子加熱爐中，10 h 后取出樣品，用蒸餾水潤洗三次，在真空烘箱中烘干后稱取質量，以計算樣品的降解率，測試ZD-120 的降解性能。實驗結果表明在100 ℃水中ZD-120 可完全降解，10 h 降解率達到95%以上。

2 現場應用

選取陜295 區同井場兩口井進行降濾失對比試驗，陜295-X1 井盒8 層施工過程中前置液階段按比例加入ZD-120 共計150 kg，對比陜295-X2 井盒8 層改造未加入ZD-120，從壓裂趨勢線可以看出，X1 井前置液階段在加入ZD-120 后對比X2 井壓力穩中有升，表明ZD-120 的加入有效降低了液體濾失，裂縫在橫向上能夠得到持續有效延伸，X2 井前置液階段壓降3.0 MPa，壓裂液濾失量較大，裂縫在橫向上延伸程度較弱。

X1 井壓后一次性放通，返排率40%左右點火成功，對比X2 井返排率達到40%時排液周期縮短20%以上，X1 井測試日產氣量3.4×104m3，無阻流量10.0×104m3/d，無阻流量對比X2 井提高15.8%，增產效果顯著。

3 結論

（1）通過室內合成，開發出適用于陜295 區低壓氣藏可降解降濾失劑ZD-120，顆粒粒徑0.1 mm，室內評價壓裂液濾失系數降低63.6%，10 h 降解率達到95%以上。

（2）現場試驗降濾失壓裂技術對比常規措施鄰井排液周期縮短20%，無阻流量提高15.8%，實現了低壓氣藏提高排液效果和單井產量的技術目標。