一體化變黏滑溜水在江蘇油田的應(yīng)用

侯曉蕊，黃 越，馬 巍，金智榮，袁玉峰

（中國(guó)石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇揚(yáng)州 225000）

為加快江蘇油田資源有效接替，實(shí)現(xiàn)頁巖油壓裂關(guān)鍵技術(shù)突破，滿足現(xiàn)場(chǎng)大排量、大液量施工要求，一體化變黏滑溜水是實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油藏大規(guī)模體積壓裂的關(guān)鍵。一體化變黏滑溜水可實(shí)時(shí)變黏，在線混配，實(shí)現(xiàn)大排量、大液量連續(xù)施工，提高施工效率，可實(shí)現(xiàn)造縫、攜砂、降摩阻等多種功能，且成本較低，遠(yuǎn)低于胍膠[1-2]。江蘇油田首次在Y48-1X、YC1C 井開展了試驗(yàn)，滑溜水主體使用濃度0.20%～0.60%，存在使用濃度高、成本偏高問題，因此，針對(duì)降本和性能優(yōu)化開展下列相關(guān)研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

減阻劑（BFC-1）、防膨劑（KD-17）、助排劑（KD-35）、膨潤(rùn)土、過硫酸銨，均為工業(yè)品，HZ 區(qū)塊巖心。

攪拌器（IKA-6000）；掃描電子顯微鏡（JEOLJSM-35）；滾子爐（Fann 705ES Roller Oven）；自動(dòng)張力儀（TX-500C）；電動(dòng)六速黏度計(jì)（DV-Ⅱ型）；壓裂液管路摩阻測(cè)試儀（HAMZ-IV 型）；高溫高壓巖心動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)系統(tǒng)（JHMD-Ⅱ）；恒溫水浴鍋（HH-S1 型）；容量瓶（50 mL）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 黏度測(cè)試 黏度是評(píng)價(jià)壓裂液體系性能優(yōu)劣的重要參數(shù)[3]。選配濃度為0.08%、0.10%、0.20%、0.30%和0.40%的變黏滑溜水溶液，于室溫使用電動(dòng)六速黏度計(jì)在100 r/min 轉(zhuǎn)速下測(cè)試變黏滑溜水黏度穩(wěn)定讀值Φ100，本體黏度數(shù)值為3×Φ100。

1.2.2 防膨率測(cè)試 將等量膨潤(rùn)土和不同濃度的防膨劑分別加入到離心管中，將未加防膨劑的離心管作為空白對(duì)照，靜置2 h 后，在高速離心機(jī)1 500 r/min 轉(zhuǎn)速下離心15 min，計(jì)算離心管上升高度，得到防膨率。

1.2.3 巖心水化測(cè)試 將HZ 區(qū)塊巖心加入不同濃度防膨劑（0、0.10%、0.20%）水化12、24 h，未經(jīng)水化處理的巖心作為空白對(duì)照，將水化前后的巖心用掃描電子顯微鏡進(jìn)行掃描，觀察對(duì)比巖心水化前后膨脹效果。

1.2.4 表界面張力測(cè)試 將0.10%減阻劑濃度的滑溜水溶液加入0.10%助排劑，用自動(dòng)張力儀測(cè)試表界面張力。

1.2.5 攜砂性能評(píng)價(jià) 靜態(tài)攜砂實(shí)驗(yàn)：將不同減阻劑濃度的滑溜水（0.10%、0.20%、0.30%）、砂比為10%的40/70 目石英砂放入量筒中，觀察在不同減阻劑濃度滑溜水下石英砂1 min 內(nèi)沉降現(xiàn)象。

動(dòng)態(tài)攜砂實(shí)驗(yàn)：將不同減阻劑濃度的滑溜水（0.10%、0.20%、0.30%）、砂比為10%的40/70 目石英砂放入燒杯中，在同等轉(zhuǎn)速下觀察不同減阻劑濃度滑溜水的攜砂性能。Fluent 流體力學(xué)軟件模擬：模擬不同排量下（3、5、7、9 m3/min）滑溜水在井筒內(nèi)攜砂能力。

1.2.6 降阻性能評(píng)價(jià) 用壓裂液管路摩阻測(cè)試儀分別對(duì)減阻劑濃度為0.10%、0.20%、0.30%變黏滑溜水溶液進(jìn)行降阻率測(cè)試。選用2.5 m 長(zhǎng)，內(nèi)徑為8 mm 的直管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)壓點(diǎn)各距兩端0.25 m，即間距為2 m。先測(cè)量不同排量下清水的流動(dòng)壓降（每個(gè)流速點(diǎn)都要待至壓力穩(wěn)定再進(jìn)行記錄），然后測(cè)量某一濃度變黏滑溜水在不同排量下的壓降，清洗管路后變換其他濃度的變黏滑溜水重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

1.2.7 破膠性能評(píng)價(jià) 將減阻劑濃度為0.10%、0.20%、0.30%的滑溜水分別加入50、100 mg/L 的過硫酸銨，在90 ℃水浴條件下破膠4 h，分別用電動(dòng)六速黏度計(jì)測(cè)試破膠后黏度。

1.2.8 巖心傷害性能評(píng)價(jià) 用高溫高壓巖心動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)系統(tǒng)先測(cè)定HZ 區(qū)塊巖樣初始滲透率，用不同濃度的滑溜水驅(qū)替10～15 PV 后停止驅(qū)替，保持圍壓和溫度不變，使滑溜水充分與巖心反應(yīng)2 h 后測(cè)定傷害后的滲透率，最后計(jì)算巖心滲透率傷害率。

2 結(jié)果與討論

2.1 非交聯(lián)體系配方優(yōu)化

2.1.1 減阻劑濃度優(yōu)化 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)壓裂不同的工藝需求，對(duì)壓裂液黏度要求也不同。低黏滑溜水可以增加地層滲濾，開啟微裂縫、攜砂和蓄能；中黏滑溜水可以提高砂比，提高加砂強(qiáng)度；高黏滑溜水可實(shí)現(xiàn)穿層，提高縱向擴(kuò)展；交聯(lián)后的滑溜水可以降低濾失，促進(jìn)主縫延伸[4]。不同減阻劑濃度的滑溜水黏度結(jié)果見表1，由表1可知，隨著減阻劑濃度的增加，滑溜水黏度增加。根據(jù)不同造縫階段對(duì)壓裂液黏度要求，優(yōu)化確定減阻劑使用濃度0.08%～0.30%，黏度7～40 mPa·s 以增加裂縫復(fù)雜程度。

表1 不同減阻劑濃度的滑溜水黏度

2.1.2 防膨劑、助排劑濃度優(yōu)化 在壓裂過程中滑溜水大量進(jìn)入儲(chǔ)層后很容易導(dǎo)致黏土礦物膨脹、分散和運(yùn)移，如果不采取黏土穩(wěn)定措施將導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低[5-6]。加入不同濃度防膨劑后的防膨率見表2，隨著防膨劑濃度的增加，防膨率增加，0.20%的防膨劑防膨率可達(dá)76.3%。

表2 加入不同濃度防膨劑的防膨率

為進(jìn)一步優(yōu)化明確防膨劑用量，對(duì)HZ 區(qū)塊實(shí)體巖心進(jìn)行水化實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，HZ 區(qū)塊Ⅳ層巖心以伊利石為主，在掃描電鏡下呈表面光滑的邊緣破碎片狀單晶，經(jīng)清水（防膨劑濃度0%）水化作用24 h 后有輕微膨脹現(xiàn)象、經(jīng)壓裂液Ⅰ（防膨劑濃度0.10%）、壓裂液Ⅱ（防膨劑濃度0.20%）水化作用24 h 后膨脹現(xiàn)象不顯著，證明巖心水敏性不強(qiáng)，可降低防膨劑使用濃度，因此，優(yōu)化確定低黏滑溜水體系防膨劑用量為0.10%。

為提高滑溜水壓裂后的返排效率，降低對(duì)儲(chǔ)層的傷害，一般需要加入助排劑[7-8]。加入0.10%助排劑后滑溜水破膠液表面張力為23.45 mN/m，低于胍膠破膠液表面張力，為進(jìn)一步降低壓裂液成本，同時(shí)增加地層能量，提高地層壓力系數(shù)，最終優(yōu)化確定低黏滑溜水不加助排劑。

經(jīng)優(yōu)化后形成中高黏滑溜水配方為0.10%～0.30%減阻劑+0.20%防膨劑+0.10%助排劑和低黏滑溜水配方為0.08%～0.10%減阻劑+0.10%防膨劑。

2.2 非交聯(lián)體系性能評(píng)價(jià)

2.2.1 攜砂性能評(píng)價(jià) 將不同減阻劑濃度的滑溜水（0.10%、0.20%、0.30%）、砂比為10%的40/70 目石英砂放入量筒中，由1 min 內(nèi)沉降結(jié)果可知，0.10%減阻劑濃度的滑溜水?dāng)y砂能力比較弱，石英砂基本1 min 內(nèi)全部沉降，石英砂在0.20%減阻劑濃度的滑溜水中大部分發(fā)生沉降，在0.30%減阻劑濃度的滑溜水中少部分發(fā)生沉降。

將不同減阻劑濃度的滑溜水（0.10%、0.20%、0.30%）、砂比為10%的40/70 目石英砂放入燒杯中，在300 r/min 轉(zhuǎn)速下不同滑溜水的攜砂效果不同。低濃度減阻劑的滑溜水在靜態(tài)攜砂效果較差，但是在一定轉(zhuǎn)速下可實(shí)現(xiàn)攜砂，表明壓裂施工時(shí)在一定的施工排量下可實(shí)現(xiàn)攜砂功能。

借用Fluent 流體力學(xué)軟件模擬分析了滑溜水在井筒內(nèi)攜砂能力，不同排量下攜砂效率和沉砂率見表3。由表3 可知，通過增加排量可以明顯提高攜砂能力，井底沉砂減少，當(dāng)排量從3 m3/min 增加到9 m3/min，攜砂效率提高15.5%，井底沉砂比例減小12.0‰，表明降低減阻劑濃度，提高排量可實(shí)現(xiàn)攜砂同時(shí)可降低成本。

表3 不同排量下攜砂效率和沉砂率

2.2.2 降阻性能評(píng)價(jià) 不同濃度減阻劑的滑溜水降阻率見表4。由表4 可知，隨著減阻劑濃度的升高，降阻率由74%下降到62%。在井深5 000 m、排量18 m3/min下，0.30%減阻劑濃度的滑溜水濃度摩阻57 MPa，0.10%減阻劑濃度的滑溜水摩阻39 MPa，壓力可下降18 MPa，綜合考慮降摩阻和降成本，在保證攜砂的情況下降低減阻劑濃度。

表4 不同濃度減阻劑的滑溜水降阻率

2.2.3 破膠性能評(píng)價(jià) 不同減阻劑濃度的滑溜水加入50 mg/L 和100 mg/L 過硫酸銨破膠劑在滾子爐90 ℃條件下破膠4 h 后測(cè)試破膠液黏度見表5，結(jié)果顯示0.10%～0.30%減阻劑濃度的滑溜水破膠后黏度均小于5.00 mPa·s，滿足破膠返排條件。

表5 不同減阻劑濃度的滑溜水破膠后黏度

2.2.4 巖心傷害性能評(píng)價(jià) 利用高溫高壓巖心動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)系統(tǒng)測(cè)試了不同減阻劑濃度的滑溜水對(duì)巖心傷害前后的滲透率，計(jì)算出巖心傷害率（表6），從表6 結(jié)果可以看出，0.10%～0.30%減阻劑濃度的滑溜水壓裂液破膠后對(duì)巖心傷害率均低于10.0%。隨著減阻劑濃度的增加，對(duì)地層傷害率增加，在滿足施工要求的前提下優(yōu)選低濃度的減阻劑。

表6 不同減阻劑濃度的滑溜水對(duì)巖心傷害率

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

根據(jù)室內(nèi)減阻劑、防膨劑、助排劑濃度的優(yōu)化得到了非交聯(lián)體系中高黏滑溜水配方為0.10%～0.30%減阻劑+0.20%防膨劑+0.10%助排劑和低黏滑溜水配方為0.08%～0.10%減阻劑+0.10%防膨劑。此外對(duì)不同濃度的滑溜水進(jìn)行攜砂性能、降阻性能、破膠性能、巖心傷害性能的評(píng)價(jià)均能滿足相應(yīng)條件，進(jìn)行了致密油及頁巖油現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。

3.1 致密油試驗(yàn)

滑溜水體系首次在X 平臺(tái)三口井開展了試驗(yàn)，X平臺(tái)三口井位于E1f1段，油藏埋深大于2 800 m，平均孔隙度7.4%，平均滲透率0.34 mD，地層原油黏度20.14 mPa·s。設(shè)計(jì)采用一體化變黏滑溜水壓裂液，以補(bǔ)充地層能量、提升加砂強(qiáng)度、促進(jìn)裂縫復(fù)雜、增大改造體積、提升EUR 為目標(biāo)，采用橋塞分段、復(fù)合暫堵轉(zhuǎn)向工藝，支撐劑采用70/140 目陶粒+40/70 目陶粒/石英砂+30/50 目陶粒組合。

該平臺(tái)三口井采用0.08%～0.10%濃度的低黏滑溜水來蓄能、提高裂縫復(fù)雜程度，0.10%～0.20%濃度的中高黏滑溜水加砂，排量為10～12 m3/min，目前三口井累計(jì)產(chǎn)油5 430 t。

3.2 頁巖油試驗(yàn)

在HZ 區(qū)塊前后共應(yīng)用五口井（表7），減阻劑濃度由HY1HF、H2CHF 和HY3HF 井的0.10%～0.20%降低為HY5HF 和HY1-1HF 井的0.08%～0.10%，平均單井液體降本240 萬元，加砂強(qiáng)度由2.77 t/m 升高到3.61 t/m，目前五口井合計(jì)日產(chǎn)油160 t，累計(jì)增油2.83×104t。

表7 HZ 區(qū)塊五口井壓裂參數(shù)

4 結(jié)論

（1）通過優(yōu)化減阻劑、防膨劑、助排劑濃度，形成了非交聯(lián)體系中高黏滑溜水配方為0.10%～0.30%減阻劑+0.20%防膨劑+0.10%助排劑和低黏滑溜水配方為0.08%～0.10%減阻劑+0.10%防膨劑。

（2）優(yōu)化后的一體化變黏滑溜水在X 平臺(tái)三口致密油井和HZ 區(qū)塊五口頁巖油井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，加砂強(qiáng)度較高，增產(chǎn)效果較好。