李奎東

中國石化江漢油田分公司采油工藝研究院

醇基壓裂液的研究與應用

李奎東

中國石化江漢油田分公司采油工藝研究院

摘要以低分子醇類配制的醇基壓裂液，應用于低滲透致密氣藏可促進返排，有效解除水鎖，增加氣井產(chǎn)量。分析了低分子醇類對羥丙基胍膠分子(HPG)溶脹及交聯(lián)的影響機理，研制了專用增溶劑和交聯(lián)促進劑，實現(xiàn)了HPG配制醇基壓裂液，醇含量可達20%(w)，性能優(yōu)良。該體系在JN氣田致密砂巖儲層成功應用，效果明顯優(yōu)于同類儲層鄰井。

關鍵詞醇基壓裂液水鎖致密砂巖氣藏

大規(guī)模壓裂改造是低滲透砂巖油氣藏增產(chǎn)的重要技術手段[1-2]，由于儲層孔喉半徑小，壓裂改造后，壓裂液濾液及破膠液會在毛細管力和壓差作用下，進入滲流通道，難以排出，形成水鎖傷害，導致油氣相對滲透率降低，使油氣產(chǎn)量下降[1，3]。選擇適當?shù)膲毫岩后w系，減少水相的使用，促進措施后液體返排[4]，可以有效降低水鎖傷害，增加油氣井產(chǎn)量[5-8]。國內(nèi)一些油田利用低分子醇類，開展醇基壓裂液的研究[7]。但由于植物膠類稠化劑在高含醇溶液(醇的質(zhì)量分數(shù)大于5%)中可溶性差[9]。針對以甲醇或乙醇等低分子醇類溶液為介質(zhì)、羥丙基胍膠(HPG)為稠化劑、有機硼交聯(lián)而成的醇基壓裂液體系所存在的可溶性問題，研制了專用的溶脹助劑和交聯(lián)促進劑，實現(xiàn)了羥丙基胍膠在醇基體系中的溶脹和交聯(lián)。液體性能優(yōu)良，在JN氣田志留系深層致密砂巖氣藏成功應用。

1醇基壓裂液特點

據(jù)Michael等人的研究[10]，醇基壓裂液在流變性、殘渣、濾失量、攜砂能力、裂縫導流能力保持率(一般大于90%)等方面都有良好的性能，尤其適用于敏感性、水鎖傷害嚴重的儲層。筆者研究表明：①醇基壓裂液表/界面張力較低，返排性能優(yōu)良，利于解除水鎖，降低微細孔喉儲層的水鎖傷害；②濾液進入基質(zhì)孔隙，會與巖石礦物組分發(fā)生復雜的物理、化學作用，表現(xiàn)為泥質(zhì)組分的膨脹、脫落和運移，造成孔隙堵塞。醇基壓裂液醇含量高達50%(w)，有利于穩(wěn)定敏感性礦物，降低儲層傷害；③高壓濾失試驗濾餅形成的過程中，在壓差作用下，醇會產(chǎn)生瞬間氣化現(xiàn)象，造成濾餅中含有大量氣泡，且濾餅厚度僅為常規(guī)HPG壓裂液的30%～40%，大幅度降低濾餅傷害；④醇與水互溶性好，可以將一部分原生水從孔隙表面脫出，提高了油氣相對滲透率。

2室內(nèi)實驗部分

2.1實驗設備及藥品

實驗設備：吳茵混調(diào)器、RS-600旋轉流變儀、高溫高壓巖心流動實驗裝置、大容量離心機、恒溫水浴鍋及常規(guī)玻璃器皿。

實驗藥品：NaOH(化學純)、HPG(山東信德)、有機硼交聯(lián)劑C-200(工業(yè)品)、甲醇(工業(yè)品)、溶脹助劑JC-1(自主研究)、交聯(lián)促進劑JC-2(自主研究)。

2.2實驗方法

(1) 醇基壓裂液配制。將含有不同濃度的甲醇溶液作為配液用溶液，放入?yún)且鸹煺{(diào)器中，在高速攪拌下依次加入HPG、JC-1、JC-2及其他壓裂液添加劑，配制成醇基壓裂液基液?；褐邪床煌壤尤胗袡C硼，形成壓裂液凍膠。

(2) 性能評價。按SY/T 5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》，對甲醇加量為20%(w)和0.6%(w)HPG醇基壓裂液的流變性能、濾失系數(shù)及破膠液性能等進行評價。

3結果與討論

3.1醇對壓裂液性能影響

當甲醇加量超過5%(w)以后，HPG分子溶脹受到明顯影響，基液放置一段時間后，燒杯底部會出現(xiàn)大量絮狀物。當有機硼加量0.25%(w)，與不同甲醇濃度的基液進行交聯(lián)試驗，發(fā)現(xiàn)5%(w)和10%(w)甲醇含量的基液具有一定的成膠效果，但凍膠不能挑掛，用玻璃棒輕微攪拌，壓裂液迅速“變碎”，常溫下靜置2 min，脫水，自動破膠。

分析原因為：HPG分子與強極性的水分子結合才能溶脹，擴展為線狀，極性較弱的甲醇，對HPG分子的溶脹具有抑制作用，濃度越高抑制作用越強。由于醇的存在，使得大量HPG分子無法溶脹或者溶脹不完全，形成絮狀物而沉降，從而導致HPG有效濃度大幅度降低，與硼酸根離子交聯(lián)時，成膠能力很弱，即便成膠也很容易發(fā)生脫水自動破膠。

3.2醇基壓裂液配方研究

3.2.1溶脹助劑評選

研究了一種醇基壓裂液溶脹助劑JC-1，該添加劑能夠有效屏蔽甲醇對HPG分子溶脹的不利影響，加快HPG分子的溶脹速度。實驗發(fā)現(xiàn)，在基液中加入0.5%(w)JC-1，含20%(w)甲醇的水可正常配制HPG基液，長時間放置性能穩(wěn)定，無絮狀沉淀產(chǎn)生，測得0.6%(w)HPG基液黏度在80 mPa·s左右。

3.2.2交聯(lián)促進劑評選

溶脹助劑可改善HPG在醇基介質(zhì)中的溶脹性能，但所形成的凍膠挑掛性能很差，靜置時仍會出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，故研究了交聯(lián)促進劑JC-2。該添加劑能促進硼酸根離子的生成，提高硼酸根離子的有效濃度，在加量為0.5%(w)時，即可產(chǎn)生良好的促進交聯(lián)效果。室內(nèi)試驗表明，0.60%(w)HPG醇基交聯(lián)液凍膠在120 ℃、170 s-1條件下連續(xù)剪切120 min，黏度為130～310 mPa·s，表現(xiàn)出良好的耐溫耐剪切性能。

3.2.3壓裂液配方研究

在篩選出JC-1、JC-2醇基壓裂液特殊添加劑的基礎上，進行了pH值調(diào)節(jié)劑、助排劑、黏土穩(wěn)定劑等常規(guī)壓裂液添加劑的篩選及濃度優(yōu)化，最終形成了醇基壓裂液的配方。

基液：20%(w)～30%(w)CH3OH+0.5%(w)～0.6%(w)HPG+2%(w)KCl+0.5%(w)JC-1+0.5%(w)JC-2+其他添加劑

交聯(lián)液：0.25%(w)C-200交聯(lián)劑。

3.3醇基壓裂液性能評價

3.3.1流變性能

從實驗結果(表1)可以看出，壓裂液經(jīng)剪切90 min后，稠度系數(shù)K′仍保持較高的值，表現(xiàn)出較好的增稠效果；流態(tài)指數(shù)n′相對變化率為8.2%，說明其抗剪切降解的能力較強。

表1 醇基壓裂液流變性能Table1 Rheologicalpropertyofalcoholfracturingfluid時間/min3090平均K'/(Pa·sn)2.6212.4352.528n'0.54990.50480.5274 注:實驗溫度為120℃。

3.3.2濾失性能測定

3.3.3破膠液性能

將適量過硫酸銨加入到壓裂液中，在90 ℃恒溫水浴中可完全破膠，實驗結果見表2。由表2可知，醇基壓裂液具有破膠液黏度低、低表/界面張力、低殘渣含量的特點。

表2 醇基壓裂液破膠液性能Table2 Gelbreakingliquidpropertyofalcoholfracturingfluid破膠液黏度/(mPa·s)表、界面張力/(mN·m-1)殘渣含量/(mg·L-1)測定值平均值測定值平均值測定值平均值1.812.221.931.9920.20、1.0119.79、0.9219.79、0.9819.93、0.97352270302307

3.3.4巖心傷害評價

選取某區(qū)塊低滲透天然巖心，進行傷害評價。測得巖心初始氣測滲透率為7.265×10-3μm2，擠入醇基壓裂液破膠液3～5 PV，保溫保壓2 h后，巖心滲透率為5.571×10-3μm2，傷害率為23%。而同等試驗條件下，常規(guī)HPG壓裂液巖心傷害率35%。因此，醇基壓裂液具有較低的巖心傷害特征。

4現(xiàn)場應用

JZ1井為JN氣田一口深層致密砂巖探井，措施井段4 862.0～4 941.6 m/2層，井溫133.5 ℃，綜合評價為Ⅲ類差氣層。低孔、低滲、微細孔喉半徑特征明顯，考慮降低儲層傷害、提高壓后返排效果的需要，采用醇基壓裂液施工。

該井共泵入醇基壓裂液180 m3，破裂壓力84 MPa，施工壓力75～95 MPa，施工排量2.7～4.1 m3/min，平均砂比12.3%，施工結束立即開井放噴，5 h內(nèi)液體返排率50%。放噴35 min后，點火成功。測試穩(wěn)定產(chǎn)量2.0×104m3/d，高于采用常規(guī)HPG壓裂液措施的鄰井(鄰井最高產(chǎn)量1.0×104m3/d，且產(chǎn)量下降較快)。

5結 論

(1) 以低分子醇類溶液為介質(zhì)、羥丙基胍膠(HPG)為稠化劑，通過研制專用溶脹助劑和交聯(lián)促進劑，實現(xiàn)了HPG配制醇基壓裂液。該壓裂液性能優(yōu)良，適應于低滲透、敏感性、水鎖傷害大的儲層。

(2) 現(xiàn)場應用表明，醇基壓裂液能有效降低儲層傷害，提高措施效果，具有較好的推廣應用前景。

參 考 文 獻

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Research and application of alcohol fracturing fluid

Li Kuidong

(OilProductionTechnologyResearchInstituteofJianghanOilfield,Wuhan430035,China)

Abstract:The alcohol fracturing fluid prepared with low molecular weight alcohols can be used in low permeability tight reservoirs to promote flow back, effectively relieve water locking, and increase production of wells. The influence mechanism of alcohols to hydroxypropyl guar gum swelling and crosslinking reaction was analyzed. Special solubilizer and crosslinking promoter have been developed, the alcohol fracturing fluid (alcohols amount up to 20%) have been successfully prepared by HPG. The fluid system was applied on tight sandstone gas reservoir in JN gas field, and the effect was superior to the adjacent wells of similar reservoirs.

Key words:alcohol fracturing fluid, water locking, tight sandstone gas reservoir

收稿日期：2014-09-15；編輯：馮學軍

中圖分類號：TE357.2

文獻標志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.02.018

作者簡介：李奎東(1983-)，山東安丘人，2005年畢業(yè)于西安交通大學，現(xiàn)任江漢油田采油工藝研究院采氣所副所長。主要從事油田化學、儲層改造方面的科研工作。E-mail：tfang713@163.com