王 帥，謝 元，周 渝，沈燕賓，王 佳，許 磊，路建萍

（1.陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司油氣勘探公司，陜西延安 716000；2.陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院，陜西西安 710054；3.陜西省石油精細(xì)化學(xué)品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710054）

隨著油氣資源的勘探及開發(fā)，低滲透儲層所占比例越來越大，其增產(chǎn)必然是未來油氣田增產(chǎn)的重要方向[1，2]。由于低滲透油氣儲層存在著啟動壓力大、滲流阻力大、非均質(zhì)性強(qiáng)的特征，加之敏感性等因素增加了低滲透油氣藏開采的難度[3-5]，而施工過程不可避免造成對儲層的傷害，造成產(chǎn)氣效果的下降，因此需要從多個方面對其進(jìn)行研究盡可能降低各個環(huán)節(jié)對儲層造成的傷害。延長氣田儲層存在水敏性，其滲透率主要分布在（0.1～0.5）×10-3μm2，孔隙度主要分布在4 %～12 %，屬于低孔低滲儲層，且存在黏土礦物、硅質(zhì)和碳酸鹽膠結(jié)物，因此需要通過合理措施降低施工過程對儲層的傷害，才能有效緩解對產(chǎn)氣帶來的不利影響[6-9]。

本研究針對延長氣田深井（＞3 800 m）低滲透油氣儲層，開發(fā)了微弱傷害胍膠壓裂液體系，該體系具有良好的流變性能，對儲層具有良好的保護(hù)作用，可有效提升產(chǎn)氣效果，實(shí)現(xiàn)降本增效的企業(yè)理念。

1 壓裂液體系研究

目前延長氣田胍膠壓裂液體系采用的胍膠濃度為0.40 %～0.55 %，對于儲層深度大于3 500 m 的深井均采用0.50 %～0.55 %的胍膠壓裂液體系，該體系雖然具有較好的懸砂性能及流變性能，但是具有殘?jiān)?，對地層傷害較高的特點(diǎn)，需要對體系進(jìn)行改進(jìn)研究。針對目前存在問題，主要從胍膠濃度、交聯(lián)劑性能、水質(zhì)、破膠劑性能4 個方面進(jìn)行改進(jìn)，由于所需研究的井深度均大于3 800 m，因此胍膠濃度采用了0.35 %，壓裂液體系為：0.35 %胍膠+0.50 %黏土穩(wěn)定劑+0.50 %起泡助排劑+0.15 %溫度穩(wěn)定劑+0.14 %Na2CO3+0.10 %殺菌劑+0.015 %壓裂專用螯合劑+（0.10 %～0.25 %）交聯(lián)劑。體系中交聯(lián)劑采用了專利產(chǎn)品[10]，破膠劑采用了尾追專利產(chǎn)品高分子斷裂催化劑[11]的方式，該體系具有流變性能好，耐高溫、耐剪切，破膠殘?jiān)偷奶攸c(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。

1.1 壓裂液體系耐溫耐剪切性能及懸砂性能研究

1.1.1 壓裂液體系耐溫耐剪切性能研究 針對儲層較深的特點(diǎn)，壓裂液體系關(guān)鍵性指標(biāo)是在高溫情況下的性能，本研究測試了壓裂液體系在130 ℃條件下的耐溫耐剪切性能，其流變圖譜（見圖1）。

圖1 壓裂液體系的耐溫耐剪切曲線

從圖1 曲線可以看出體系具有較好的性能，體系經(jīng)過120 min 剪切后黏度維持在100 mPa·s 左右，因此壓裂液體系可完全滿足130 ℃儲層的要求，實(shí)際施工過程中前置液可以使地層溫度得到一定程度的降低，伴注的液氮進(jìn)一步降低了地層的溫度，故能完全滿足壓裂現(xiàn)場要求。

表1 壓裂體系懸砂時間研究

1.1.2 壓裂液體系懸砂性能研究 對壓裂液體系而言，其懸砂性能是體系的關(guān)鍵，也決定了壓裂施工的成敗，為了確定體系的懸砂能力，在90 ℃水浴中進(jìn)行了沉降速度測定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表1）。

由表1 數(shù)據(jù)可以看出該體系具有良好的懸砂性能，其沉降速度達(dá)0.008 37 cm/s，而目前常規(guī)體系沉降速度約為0.03 cm/s，遠(yuǎn)高于微弱傷害胍膠壓裂液體系，因此從沉降速度可以看出壓裂體系完全滿足現(xiàn)場應(yīng)用。

1.2 破膠性能研究

針對目前壓裂施工過程采用膠囊破膠劑及過硫酸銨，由于過硫酸銨的使用導(dǎo)致壓裂液進(jìn)入地層后生成硫酸根，從而與地層水中的鈣、鎂、鋇、鍶反應(yīng)生成沉淀對地層造成傷害，影響產(chǎn)氣效果，其加入量越低越好。由于過硫酸銨在施工中主要是通過追加進(jìn)行，因此本研究采用了專利產(chǎn)品高分子斷裂催化劑進(jìn)行了研究，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見圖2）。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出采用高分子斷裂催化劑后，當(dāng)其濃度達(dá)到300 mg/L 時即可實(shí)現(xiàn)良好的破膠，其破膠后黏度為3.7 mPa·s，破膠后殘?jiān)鼮?8 mg/L，破膠可在半小時內(nèi)徹底完成，具有破膠徹底，破膠殘?jiān)?，破膠速度快的特點(diǎn)，因此該體系可以實(shí)現(xiàn)對儲層微弱傷害的性能。

圖2 壓裂液破膠黏度變化圖

1.3 地層水質(zhì)研究

地層水具有礦化度高的特征，當(dāng)壓裂液進(jìn)入地層改變了原有的平衡狀態(tài)容易發(fā)生沉淀、結(jié)垢等特征，從而傷害儲層，本研究調(diào)查了10 口井的地層水質(zhì)，化驗(yàn)分析結(jié)果（見表2）。

由表2 數(shù)據(jù)可以看出地層水中Ca2+、Mg2+的含量較高，部分地層水中含有Ba2+、Sr2+、SO42-，礦化度從幾十克每升到幾百克每升，當(dāng)工作液進(jìn)入地層后原有平衡體系破壞后容易形成結(jié)垢。依據(jù)《油田水結(jié)垢趨勢預(yù)測》（SY/T 0600-1997）進(jìn)行分析預(yù)測，發(fā)現(xiàn)有CaCO3結(jié)垢趨勢，加之壓裂液體系中破膠劑過硫酸銨的使用會生成硫酸鹽結(jié)垢，進(jìn)一步對儲層造成了傷害，為減輕對儲層的傷害，本研究通過添加壓裂專用螯合劑以降低其阻垢趨勢及沉淀物的生成，實(shí)驗(yàn)條件為在90 ℃條件下用地層水與壓裂用水混合，然后通過微濾膜過濾觀察生產(chǎn)結(jié)垢量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見圖3）。

表2 延長氣田地層水化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)表

圖3 地層水與壓裂用水結(jié)垢實(shí)驗(yàn)圖

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知壓裂專用螯合劑添加量達(dá)到0.015 %時地層水與壓裂液結(jié)垢質(zhì)量達(dá)到了最低值，因此壓裂專用螯合劑合適的添加量為0.015 %。1.4 壓裂液體系對巖心傷害性研究

針對儲層特征進(jìn)行研究，最終確定的壓裂液體系為：0.35 %胍膠+0.50 %黏土穩(wěn)定劑+0.50 %起泡助排劑+0.15 %溫度穩(wěn)定劑+0.14 %Na2CO3+0.10 %殺菌劑+0.015 %壓裂專用螯合劑+（0.10 %～0.25 %）交聯(lián)劑，交聯(lián)劑采用的是自主研發(fā)的專利產(chǎn)品[10]，破膠劑采用膠囊破膠劑及高分子斷裂催化劑，為研究該體系對巖心的傷害情況，將其與常規(guī)胍膠壓裂液的傷害性能進(jìn)行對比研究，研究方法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)“水基壓裂液性能評價方法（SY 5107-2005）”，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表3）。

由表3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出微弱傷害胍膠壓裂液體系對巖心的傷害率僅為11.60 %，常規(guī)胍膠壓裂液體系的傷害率為28.90 %，傷害率下降率為59.87 %，因此其對儲層具有較低的傷害性。

表3 巖心傷害率對比

表4 1＃、2＃井現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

圖4 1＃井現(xiàn)場施工圖譜

圖5 2＃井現(xiàn)場施工圖譜

2 現(xiàn)場應(yīng)用

對研究的壓裂液體系進(jìn)行現(xiàn)場施工應(yīng)用，該體系在現(xiàn)場均按照設(shè)計(jì)順利施工，選其中4 口代表井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（見表4），對其中2 口進(jìn)行分析，施工圖譜（見圖4、圖5）。

由表4 中數(shù)據(jù)可以看出體系均能按照設(shè)計(jì)100 %完成加砂任務(wù)，平均砂比最高可達(dá)21.5 %，射孔段最深達(dá)到了4 068 m，對應(yīng)的地層溫度達(dá)到了133 ℃，由圖4、圖5 可以看出施工壓力平穩(wěn)，且1＃井、2＃井施工壓力均維持在65 MPa 以下，表明該體系能具有良好的施工性能，可實(shí)現(xiàn)延長氣田深井壓裂應(yīng)用。

3 產(chǎn)氣效果

選擇與施工井同層位的鄰井進(jìn)行返排效果及產(chǎn)氣效果對比，生產(chǎn)數(shù)據(jù)（見表5）。

由表5 數(shù)據(jù)可以看出采用微弱傷害胍膠壓裂液體系返排率均高于鄰井，其產(chǎn)氣效果提升明顯，產(chǎn)氣提升量最低保持在0.196 2×104m3/d，提升率最低達(dá)到了35.09 %，胍膠用量則降低了30 %以上，因此該體系具有較好的壓裂效果及經(jīng)濟(jì)價值。

4 總結(jié)

（1）本次開發(fā)的壓裂液體系配方為：0.35 %胍膠+0.50 %黏土穩(wěn)定劑+0.50 %起泡助排劑+0.15 %溫度穩(wěn)定劑+0.14 %Na2CO3+0.10 %殺菌劑+0.015 %壓裂專用螯合劑，交聯(lián)劑采用專利產(chǎn)品，常規(guī)壓裂施工追加的過硫酸銨采用高分子斷裂催化劑替代。

表5 1＃、2＃井與鄰井產(chǎn)氣效果對比表

（2）壓裂液體系在130 ℃具有良好的耐溫耐剪切性能，剪切120 min 后黏度維持在100 mPa·s 左右，90 ℃懸砂沉降速度為0.008 37 cm/s，懸砂性能大幅度提升。

（3）胍膠用量降低率大于30 %，儲層傷害率下降值為59.87 %。經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用表明在133 ℃的地層溫度下體系仍具有較好性能，加砂量可按設(shè)計(jì)要求順利完成，平均砂比達(dá)到了21.5 %。

（4）壓裂液體系具有順利施工，施工壓力平穩(wěn)，返排率、產(chǎn)氣效果提升明顯的優(yōu)勢，產(chǎn)氣提升量最低達(dá)到0.196 2×104m3/d，提升率達(dá)到了35.09 %，該體系具有較好的應(yīng)用性能及經(jīng)濟(jì)價值，具有良好的實(shí)現(xiàn)降本增效作用。