高春華

(中石化東北油氣分公司，長(zhǎng)春 130062)

0 引言

中石化東北油氣分公司勘探和開(kāi)發(fā)對(duì)象主要以低滲—特低滲儲(chǔ)層為主，探明原油儲(chǔ)量中低滲、特低滲儲(chǔ)量占84.89%，已探明天然氣儲(chǔ)量中低滲、特低滲儲(chǔ)量占 80.17%，未開(kāi)發(fā)石油探明儲(chǔ)量中，低滲—特低滲占總儲(chǔ)量78%。

水力壓裂是重要的增產(chǎn)增注措施，但常規(guī)壓裂液存在溶脹時(shí)間長(zhǎng)，壓裂液配液時(shí)間長(zhǎng)，一次性配液備液量大，壓裂液浪費(fèi)情況嚴(yán)重，施工周期長(zhǎng)、成本高等問(wèn)題。同時(shí)，常規(guī)壓裂液在低溫下性能變差，中石化東北油氣分公司冬季平均氣溫約-20℃，導(dǎo)致冬季無(wú)法施工，嚴(yán)重影響建產(chǎn)速度和勘探開(kāi)發(fā)效益。因此，通過(guò)研究，開(kāi)發(fā)出一劑多效壓裂體系，提高壓裂施工時(shí)效，同時(shí)確保在冬季能夠進(jìn)行壓裂作業(yè)，加快建產(chǎn)速度，提高整體勘探開(kāi)發(fā)效益。

1 一劑多效胍膠壓裂液體系研究

壓裂施工大部分采用胍膠壓裂液體系，該體系具有耐剪切、攜砂性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各大油田。胍膠壓裂液體系在現(xiàn)場(chǎng)配制時(shí)，主要有三個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)：①基液黏度，直接關(guān)系到壓裂液攜砂能力、耐溫耐剪切性能和儲(chǔ)層傷害程度，是壓裂液性能主指標(biāo)；②基液pH，主要影響壓裂液交聯(lián)時(shí)間，同時(shí)影響壓裂液摩阻和耐溫性能；③基液是否存在“魚(yú)眼”，主要影響壓裂液對(duì)儲(chǔ)層傷害程度，同時(shí)影響稠化劑利用效率。為滿足以上指標(biāo)，大規(guī)模水平井施工過(guò)程中采用倒液方式實(shí)施，造成壓裂液配制周期較長(zhǎng)。通過(guò)綜合分析，壓裂液配制周期長(zhǎng)是無(wú)法保證壓裂液質(zhì)量和應(yīng)用成本上升的關(guān)鍵因素，因此，項(xiàng)目研究重點(diǎn)針對(duì)簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)配液施工流程開(kāi)展針對(duì)性研究，優(yōu)化配液流程，縮短壓裂液配制周期，進(jìn)而降低壓裂液應(yīng)用成本[1]。

1.1 溶脹速率性能評(píng)價(jià)

取20℃清水500 mL加入混調(diào)器量杯，調(diào)整混調(diào)器電壓至30 V，加入稠化劑，開(kāi)始計(jì)時(shí)，溶解10 s后停止攪拌，在15 s內(nèi)將液體倒入旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)量杯并裝入旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，調(diào)整轉(zhuǎn)速為100 r/min進(jìn)行測(cè)量，記錄1～5 min液體表觀黏度η1，此時(shí)的黏度值為標(biāo)記時(shí)間點(diǎn)表觀黏度；保持旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)100 r/min轉(zhuǎn)速，連續(xù)攪拌至液體黏度不變，表觀黏度基本穩(wěn)定，記錄此時(shí)液體表觀黏度η2。

1～5 min溶解百分?jǐn)?shù)按式(1)計(jì)算：

Φ=(η1/η2)×100%

(1)

式中：Φ為1～5 min溶解百分?jǐn)?shù)；η1為溶解1～5 min時(shí)體系黏度，mPa·s；η2為終點(diǎn)體系黏度，mPa·s。

做兩次平行測(cè)定，計(jì)算值之差不大于1%，結(jié)果取算術(shù)平均值評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 溶脹速率性能評(píng)價(jià)表

由表1溶脹速率性能評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，所評(píng)價(jià)的稠化劑其溶脹百分?jǐn)?shù)均能在3 min內(nèi)達(dá)到80%以上，滿足性能指標(biāo)。

1.2 破膠性能評(píng)價(jià)[2]

按照儲(chǔ)層溫度，將壓裂液裝人密閉容器內(nèi)，破膠劑采用APS，加量分別為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%。放入電熱恒溫器中加熱，恒溫至90℃，使壓裂液在恒溫溫度下破膠。一定時(shí)間后，取破膠液上清液，用烏氏黏度計(jì)測(cè)定黏度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2～7。

表2 0.75%GC乳液稠化劑不同APS加量破膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 1.00%GC乳液稠化劑不同APS加量破膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 1.00% OMK乳液稠化劑不同APS加量破膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表5 1.20% OMK乳液稠化劑不同APS加量破膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表6 0.75% QY乳液稠化劑不同APS加量破膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表7 1.00%QY乳液稠化劑不同APS加量破膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)效果來(lái)看，破膠劑APS加量越大，破膠時(shí)間越短，破膠后膠液黏度越低，但在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)要注意施工時(shí)間與破膠時(shí)間的匹配效果，破膠時(shí)間不能過(guò)短也不能過(guò)長(zhǎng)，否則影響施工效率和返排效率。

1.3 耐溫、耐剪切性能評(píng)價(jià)[3]

按配方比例配制液體，攪拌均勻加入旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)樣品杯中，對(duì)樣品加熱?？刂粕郎厮俣葹?±0.2℃/min，從20℃開(kāi)始試驗(yàn)，同時(shí)轉(zhuǎn)子以剪切速度170 s-1轉(zhuǎn)動(dòng)，溫度達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)，保持剪切速率和溫度不變，至達(dá)到90 min的剪切時(shí)間為止，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，在170 s-1條件下連續(xù)剪切90 min，OMK因其加量較高顯示出更優(yōu)耐溫性能，GC、QY流變性能均滿足要求。

表8 耐溫耐剪切性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.4 懸砂性能評(píng)價(jià)

對(duì)實(shí)驗(yàn)用到的40/70目陶粒分別進(jìn)行靜態(tài)沉降實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用盛有不同液體的500 mL量筒，將20%砂濃度支撐劑倒入，記錄初始、1 min、3 min支撐劑沉降狀態(tài)，評(píng)價(jià)液體在靜態(tài)條件下的攜砂能力如圖1。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，膠液攜砂性能好，施工過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)分層脫砂問(wèn)題。

圖1 三種1%稠化劑和20%砂比懸砂性能

1.5 冬季施工性能評(píng)價(jià)

為了滿足東北工區(qū)冬季施工要求，對(duì)一劑多效壓裂液體系進(jìn)行低溫環(huán)境性能評(píng)價(jià)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出一劑多效壓裂液體系滿足冬季(-15℃)施工要求，圖2是在稠化劑1%條件下，不同溫度溶脹速率的變化。同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)配套鍋爐保溫等冬防保溫措施后，能夠滿足冬季-20℃的施工需要。

圖2 不同溫度下溶脹速率

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

北201-30HF井位于吉林省長(zhǎng)嶺縣三門(mén)劉家西北約450 m，施工層位為營(yíng)城組，施工井段為十五段，該井2021年1月19日至2021年1月21日進(jìn)行了壓裂施工。地面溫度-20～-30 ℃。本井采用一劑多效壓裂液體系壓裂施工15段，用時(shí)40 h完成全部壓裂施工，加入0.106～0.212 mm陶粒共計(jì)77 m3，0.212～0.425 mm陶粒共計(jì)183 m3，0.300～ 0.600 mm陶粒共769 m3。本井共泵入壓裂液總量為13 579 m3，創(chuàng)造了冬季40小時(shí)15段壓裂施工時(shí)效最短紀(jì)錄。

3 結(jié)論及建議

(1)優(yōu)化的壓裂液體系稠化劑溶脹速率均≥80%，滿足性能要求，其中性能最好的為QY稠化劑，整體來(lái)看樣品間性能差異較小。

(2)優(yōu)化的壓裂液體系破膠性能測(cè)試結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)樣品破膠時(shí)間可控，但樣品間對(duì)破膠劑敏感程度有所差異，需進(jìn)一步優(yōu)化。其中GC、KT稠化劑破膠液黏度高于指標(biāo)要求，OMK、QY破膠液黏度滿足要求。

(3)優(yōu)化的壓裂液體系流變性能測(cè)試結(jié)果顯示，在170 s-1條件下連續(xù)剪切90 min，OMK因其加量較高顯示出更優(yōu)的耐溫性能，GC、QY流變性能均滿足要求。

(4)在現(xiàn)場(chǎng)配套鍋爐保溫等冬防保溫措施后，一劑多效壓裂液體系能夠滿足冬季-20 ℃的施工需要。