張群

(中海油能源發(fā)展股份有限公司實(shí)驗(yàn)中心，廣東 湛江 524057)

王松

(長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

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長(zhǎng)慶油田壓裂返排液對(duì)儲(chǔ)層支撐裂縫損害室內(nèi)研究

張群

(中海油能源發(fā)展股份有限公司實(shí)驗(yàn)中心，廣東 湛江 524057)

王松

(長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

為降低壓裂返排液對(duì)儲(chǔ)層支撐裂縫的損害，對(duì)長(zhǎng)慶油田目前使用的壓裂液類型如胍膠體系、生物膠體系、滑溜水體系及滑溜水-胍膠體系開展了壓裂返排液對(duì)儲(chǔ)層支撐裂縫損害的研究。首先在室內(nèi)測(cè)定了4種壓裂返排液體系的pH值、密度、固相含量、顆粒粒徑；然后對(duì)4種壓裂返排液進(jìn)行了預(yù)處理，評(píng)價(jià)了壓裂返排液對(duì)巖心基質(zhì)滲透率損害程度；最后探討了4種壓裂返排液中懸浮物粒徑、懸浮物濃度與支撐裂縫損害之間的關(guān)系。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，胍膠和生物膠對(duì)支撐裂縫的損害程度較小，滑溜水和滑溜水-胍膠混合液對(duì)支撐裂縫的損害程度較大；隨著懸浮物顆粒粒徑以及質(zhì)量濃度的減小，壓裂返排液對(duì)支撐裂縫損害也隨之減弱；壓裂返排液對(duì)地層巖心基質(zhì)損害率較小，可以實(shí)現(xiàn)壓裂返排液體系的再利用，具有一定的應(yīng)用前景。

壓裂返排液；裂縫；羥丙基胍膠；生物膠；滑溜水；儲(chǔ)層傷害

油層壓裂工藝措施是提高油層的滲透能力，以增加注水量(注水井)或產(chǎn)油量(油井)。但壓裂液進(jìn)入地層后是通過物理或化學(xué)作用引起滲透率下降的。一般情況支撐劑要滿足以下要求：密度低、粒徑均勻、強(qiáng)度高、圓球度好。若支撐劑粒徑分布范圍過寬，將會(huì)造成小顆粒支撐劑運(yùn)移堵塞裂縫造成對(duì)地層的損害；若支撐劑的硬度大于巖石硬度時(shí)，支撐劑顆粒將嵌入到巖石中；反之若支撐劑強(qiáng)度過低，會(huì)被壓碎，形成許多微粒、雜質(zhì)，它們隨著流體流動(dòng)運(yùn)移堵塞孔隙、縫隙，不僅不能支撐裂縫，反而會(huì)造成裂縫失去導(dǎo)流能力。因此開展壓裂返排液對(duì)儲(chǔ)層的損害及支撐裂縫的堵塞損害評(píng)價(jià)研究有重要的意義[1～3]。

1　試驗(yàn)儀器、體系配方

1.1試驗(yàn)儀器

CDY-2006型支撐裂縫導(dǎo)流測(cè)試儀(江蘇華安科研儀器有限公司)；密度計(jì)；ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)(青島海通達(dá)儀器公司)；Microtrac S3500型激光粒度分析儀(美國EXXON公司)。

1.2體系配方

1)滑溜水體系清水+0.5%黏土穩(wěn)定劑TOS-1+0.25%降阻劑EM30 +0.25%助排劑TOF-2(配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。

2)胍膠體系清水+0.5%助排劑CF-5D+0.25%～0.3%胍膠粉CJ2-6+0.5%黏土穩(wěn)定劑COP-3+0.1%殺菌劑CJSJ-3+0.3%流型調(diào)節(jié)劑TJ-1+0.3%～0.6%交聯(lián)劑JL-13。

3)滑溜水-胍膠體系滑溜水和胍膠按體積比為1∶1混合。

4)生物膠體系胍膠返排液+3%生物膠。

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1壓裂返排液的基本性能

在長(zhǎng)慶油田壓裂現(xiàn)場(chǎng)分別取不同體系壓裂液樣品，分別測(cè)定胍膠、滑溜水、生物膠、滑溜水-胍膠4種壓裂返排液的pH值、密度、固相含量(表1)。pH值接近中性，密度在1.01～1.05g/cm3，固相含量也比較小。

2.2不同壓裂返排液懸浮物的粒徑分析

表1　壓裂返排液基本性能

分別取4種體系的壓裂返排液少量，搖勻后利用激光粒度儀進(jìn)行粒徑分析，結(jié)果如圖1所示。圖1(a)為滑溜水壓裂返排液中懸浮物的粒徑分布，其范圍在1～249μm之間，平均顆粒粒徑D50為21.31μm。圖1(b)為滑溜水-胍膠混合的壓裂返排液懸浮物的粒徑分布，其范圍在1～148μm之間，分布范圍相對(duì)滑溜水體系窄一些，體系中D50為16.53μm。圖1(c)為胍膠壓裂返排液懸浮物的粒徑分布圖，其范圍在6.54～294μm之間，與滑溜水、滑溜水-胍膠混合體系相比，主要分布區(qū)域比較集中，D50為75.45μm。圖1(d)為生物膠體系的壓裂返排液懸浮物的粒徑分布，其范圍在1.375～352μm之間，分布情況相對(duì)于胍膠壓裂返排液更雜亂，主要分布范圍為9.25～31.11μm和124.4～248.9μm，體系中D50較小，為17.25μm。

圖1　壓裂返排液懸浮物粒徑分布圖

圖2　不同壓裂返排液體系對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力損害程度

2.3不同壓裂返排液對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力損害

選取壓裂施工中廣泛應(yīng)用的20～40目陶粒作為支撐劑，在20MPa閉合壓力下，測(cè)定滑溜水、胍膠、生物膠以及滑溜水-胍膠4種不同體系的壓裂返排液損害前后支撐裂縫對(duì)清水的導(dǎo)流能力，并計(jì)算壓裂返排液損害后支撐裂縫對(duì)清水導(dǎo)流能力恢復(fù)值，結(jié)果如圖2所示。胍膠體系的壓裂返排液損害支撐裂縫后，裂縫對(duì)清水導(dǎo)流能力的恢復(fù)值最大，即對(duì)支撐裂縫的損害程度最小；滑溜水-胍膠混合液體系的壓裂返排液對(duì)支撐裂縫的損害程度最大，其侵入裂縫后，裂縫對(duì)清水的導(dǎo)流能力只恢復(fù)了10.43%；此外，滑溜水壓裂返排液流過裂縫后，支撐裂縫對(duì)清水的導(dǎo)流能力只恢復(fù)了16.26%，可見其對(duì)支撐裂縫的損害也很大，而生物膠體系的壓裂返排液流過支撐裂縫后，支撐裂縫對(duì)清水的導(dǎo)流能力恢復(fù)了53.4%，約為損害前的一半，其對(duì)支撐裂縫的損害略小于胍膠體系。

2.4不同壓裂液體系中返排液懸浮物粒徑與支撐裂縫損害之間的關(guān)系

4種不同體系的壓裂返排液經(jīng)篩網(wǎng)過濾后，返排液中大顆粒物質(zhì)被除去，懸浮物的平均粒徑減小。試驗(yàn)使用CDY-2006型支撐裂縫導(dǎo)流測(cè)試儀，選取20～40目陶粒作為支撐劑，在20MPa閉合壓力下測(cè)定4種體系的壓裂返排液原液、經(jīng)160、400目篩網(wǎng)過濾后壓裂返排液，支撐裂縫對(duì)清水的導(dǎo)流能力，并計(jì)算支撐裂縫對(duì)清水導(dǎo)流能力恢復(fù)值[5～9]，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3　壓裂液中不同懸浮物粒徑對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力損害程度對(duì)比

圖4　壓裂液中不同懸浮物質(zhì)量濃度對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力損害程度對(duì)比

圖3(a)為滑溜水體系以及篩網(wǎng)過篩后濾液對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力損害程度對(duì)比，160目篩網(wǎng)過篩后平均粒徑為47.25μm，400目篩網(wǎng)過篩后平均粒徑為11.43μm，可以看出，支撐裂縫對(duì)清水導(dǎo)流能力恢復(fù)值依次增大，400目篩網(wǎng)過篩后濾液流過支撐裂縫，其導(dǎo)流能力恢復(fù)值達(dá)到91.33%，此時(shí)的壓裂返排液的濾液對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力損害已經(jīng)很小。圖3(b)為胍膠體系以及濾液對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力損害程度對(duì)比，160目篩網(wǎng)過篩后平均粒徑為53.55μm，400目篩網(wǎng)過篩后平均粒徑為12.66μm，可以看出，隨著壓裂返排液中懸浮物平均粒徑的減小，懸浮物對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力損害隨之減弱，胍膠體系的壓裂返排原液經(jīng)160目篩網(wǎng)過濾后，支撐裂縫對(duì)清水的導(dǎo)流能力的恢復(fù)值由60.9%上升到91.7%；而400目篩網(wǎng)過濾后的濾液流經(jīng)裂縫后，裂縫對(duì)清水導(dǎo)流能力恢復(fù)值上升至99%，此時(shí)濾液已基本不會(huì)對(duì)裂縫的導(dǎo)流能力造成損害。圖3(c)為生物膠體系以及濾液對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力損害程度對(duì)比，160目篩網(wǎng)過篩后平均粒徑為37.5μm，400目篩網(wǎng)過篩后平均粒徑為17.25μm，可以看出，隨著生物膠中懸浮物平均粒徑的減小，懸浮物對(duì)支撐裂縫的損害逐漸減弱；但生物膠壓裂返排液經(jīng)400目篩網(wǎng)過篩后的濾液流經(jīng)支撐裂縫后，裂縫對(duì)清水的導(dǎo)流能力相對(duì)于損害前恢復(fù)了82.5%。圖3(d)為滑溜水-胍膠混合體系、160目以及400目篩網(wǎng)過篩后濾液對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力損害程度對(duì)比，160目篩網(wǎng)過篩后平均粒徑為21.31μm，400目篩網(wǎng)過篩后平均粒徑為14.23μm，可以看出，滑溜水-胍膠混合體系的壓裂返排原液對(duì)支撐裂縫損害較大，流經(jīng)裂縫后，支撐裂縫對(duì)清水的導(dǎo)流能力只恢復(fù)了10.43%；但經(jīng)過篩網(wǎng)過濾后，損害也隨之減弱，400目篩網(wǎng)過濾濾液流經(jīng)支撐裂縫后，裂縫對(duì)清水導(dǎo)流能力相對(duì)于損害前已能恢復(fù)80.7%。

2.5不同壓裂返排液體系中懸浮物質(zhì)量濃度與支撐裂縫損害之間的關(guān)系

滑溜水、胍膠、生物膠以及滑溜水-胍膠混合體系的壓裂返排液經(jīng)160、400目篩網(wǎng)過濾后，返排液中固相物質(zhì)減少，懸浮物質(zhì)量濃度降低，在20MPa閉合壓力下測(cè)定原液及濾液流經(jīng)裂縫，支撐裂縫對(duì)清水的導(dǎo)流能力，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。隨著體系中懸浮物質(zhì)量濃度的減少，壓裂返排液對(duì)支撐裂縫的導(dǎo)流能力損害程度減弱。

3　結(jié)論

1)滑溜水壓裂返排液中懸浮物其平均顆粒粒徑D50為21.31μm?；锼?胍膠混合的壓裂返排液中懸浮物平均顆粒粒徑D50為16.53μm。胍膠壓裂返排液中D50為75.45μm。生物膠壓裂返排液中D50為17.25μm。

2) 胍膠、生物膠、滑溜水、滑溜水-胍膠混合體系的壓裂返排液損害支撐裂縫后，裂縫對(duì)清水的導(dǎo)流能力分別為60.9%、53.4%、16.26%和10.43%。

3)隨著壓裂返排液中懸浮物平均粒徑的減小，4種體系的壓裂返排液對(duì)支撐裂縫的損害也減小：經(jīng)400目篩網(wǎng)過濾后，滑溜水、胍膠的濾液對(duì)支撐裂縫造成損害很小，損害裂縫后裂縫的導(dǎo)流能力恢復(fù)值達(dá)到90%以上。

4)隨著壓裂返排液中懸浮物質(zhì)量濃度的減小，壓裂返排液對(duì)支撐裂縫的堵塞情況也減小。經(jīng)400目篩網(wǎng)過濾后的濾液侵入支撐裂縫后，裂縫對(duì)水的導(dǎo)流能力恢復(fù)值相對(duì)于過篩前大大提高。

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[編輯]帥群

2016-06-10

張群(1983-)，男，工程師，現(xiàn)從事鉆井液與完井液方面的科研工作；通信作者：王松，wangs_2008@sina.com。

TE357.12

A

1673-1409(2016)29-0055-04

[引著格式]張群，王松.長(zhǎng)慶油田壓裂返排液對(duì)儲(chǔ)層支撐裂縫損害室內(nèi)研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(29):55～58.