方 行，向 麗，屈 靜，邱 玲

(中石化西南油氣分公司，四川 德陽(yáng) 618000)

新型延遲自生熱增壓泡沫壓裂液研究

方 行，向 麗，屈 靜，邱 玲

(中石化西南油氣分公司，四川 德陽(yáng) 618000)

隨著川西地區(qū)中淺層氣藏采出程度加深，地層能量逐漸降低，壓裂液返排率下降，常規(guī)壓裂技術(shù)已不能適應(yīng)開(kāi)發(fā)需要。為解決該問(wèn)題，研制了具有低腐蝕低傷害性能、泡沫攜砂性好、低濾失、返排速度快的新型延遲自生熱增壓泡沫壓裂液，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該壓裂液體系壓后返排速度快，見(jiàn)氣早，施工工藝成功率為100%。該研究在一定程度上增加了川西中淺層壓裂改造的增產(chǎn)有效性。

川西中淺層氣藏;低壓地層;自生熱泡沫壓裂液;返排速度;壓裂改造

引 言

目前，常規(guī)水基壓裂液在洛帶和新場(chǎng)蓬萊鎮(zhèn)組這類低壓和水敏性較強(qiáng)地層中應(yīng)用時(shí)，存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下 3個(gè)方面［1－3］:難動(dòng)用儲(chǔ)量品位差，儲(chǔ)層黏土礦物含量高，易造成嚴(yán)重的儲(chǔ)層傷害;淺層井常規(guī)壓裂液在地層低溫狀態(tài)下破膠困難;地層能量快速衰竭，依靠?jī)?chǔ)層自身能量常規(guī)壓裂破膠液返排越來(lái)越困難。在“十五”期間，研制出了自生熱增壓類泡沫壓裂液。該壓裂液突出的優(yōu)點(diǎn)是具有自動(dòng)釋放熱量升溫，生成氣體增壓助排，生成泡沫減少水分與地層黏土礦物接觸面和生成微泡沫降低濾失等功能?？山档蜑V失和地層傷害，并在較低溫度下迅速?gòu)氐灼颇z和快速返排，對(duì)低溫儲(chǔ)層、低壓(常壓)儲(chǔ)層、濾失性大的儲(chǔ)層及敏感性強(qiáng)的儲(chǔ)層等，針對(duì)性較強(qiáng)。

1 新型延遲自生熱泡沫壓裂液的研究

前期研究出的延遲自生熱增壓類泡沫壓裂液體系［4－6］，稠化劑濃度較高，為 0.50%，對(duì)地層傷害較大。另外，其添加劑對(duì)設(shè)備、液罐、地面管線和井內(nèi)管柱存在腐蝕問(wèn)題。為克服不足之處，對(duì)泡沫壓裂液整體性能進(jìn)行優(yōu)化。首先，將原有稠化劑加量百分比由0.50%降_到0.43%，有效降低了稠化劑的使用量。另外，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出了1種酸性催化劑C，該催化劑不會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕損害，現(xiàn)場(chǎng)配置工作液時(shí)可以不添加緩蝕劑，按一定比例現(xiàn)配現(xiàn)用即能滿足防腐的要求。最終確定新型延遲自生熱增壓泡沫壓裂液的基本配方組成為:

基液:清水+0.03%Na2CO3+生熱劑(6.60%A+8.50%B)+0.48%胍膠+0.50%黏穩(wěn)劑+0.30%殺菌劑+0.50%助排劑

酸性液:清水 ∶C=2 ∶1，pH=2～3，催化劑加量濃度為2.5%～3.0%。

現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，基液與酸性液分開(kāi)配制。施工時(shí)按基液∶酸性液=(10～20)∶1的比例在高壓管匯混合，混合后開(kāi)始起泡，液體呈弱酸性，可像常規(guī)壓裂液一樣使用?，F(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)儲(chǔ)層溫度、施工時(shí)間的要求，通過(guò)催化劑濃度和生熱體系濃度的調(diào)節(jié)有效地控制生熱反應(yīng)時(shí)間和增壓速度，從而有利于維持壓裂液高黏階段，延長(zhǎng)泡沫穩(wěn)定時(shí)間。

2 新型壓裂液性能評(píng)價(jià)

2.1 膨脹性能

新型延遲自生熱增壓泡沫壓裂液通過(guò)生熱反應(yīng)，產(chǎn)生大量的微泡沫，體積急劇膨脹，可起到升壓作用。分別在室溫40、50℃條件下，評(píng)價(jià)新型自生熱增壓類泡沫壓裂液的膨脹性能(表1)。從表1可以看出，新型延遲自生熱增壓泡沫壓裂液體積膨脹倍數(shù)最高可達(dá)9倍以上，其體系密度隨著體積的增長(zhǎng)而變低。

表1 不同溫度條件下膨脹能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)施工中，壓裂液處于高壓密閉狀態(tài)，壓裂液體積膨脹能力越大，對(duì)地層的升壓能力越高。壓裂結(jié)束時(shí)，由于井底壓力下降，壓裂液體積迅速膨脹，推動(dòng)地層中壓裂液進(jìn)入井筒，同時(shí)壓裂液密度下降，有效地降低了井筒返排液液柱壓力，從而有利于提高壓裂液的返排。

2.2 增壓性能

增壓作用是該套壓裂液的最重要特征之一。增壓原因在于生熱反應(yīng)生成大量氣體，氣泡受體積限制壓力升高，從而對(duì)外形成高壓狀態(tài)［5］。該壓裂液配方在60 min內(nèi)增壓能力可達(dá)到8.2 MPa，具有良好的增能助排作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該壓裂液在最初時(shí)間內(nèi)增壓幅度最顯著，使用該壓裂技術(shù)時(shí)應(yīng)注意充分利用好該時(shí)間段的增能助排作用，促進(jìn)壓裂液快速、高效返排。

2.3 流變性

壓裂液流變性評(píng)價(jià)不僅可以較直觀、準(zhǔn)確地反映壓裂液黏度變化情況，從黏度變化也可以推測(cè)其攜砂性及摩阻性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該壓裂液在60℃下剪切1 h時(shí)，前40 min黏度約保持為40 mPa·s，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，黏度緩慢降低。在45℃下剪切2 h，黏度可一直保持在約60 mPa·s，具有較好流變性能，滿足施工中攜砂要求。

2.4 懸砂性能

與常規(guī)壓裂液不同，新型壓裂液不具備挑掛性能，主要靠穩(wěn)定的泡沫結(jié)構(gòu)和黏度來(lái)攜砂。采用常規(guī)攜砂實(shí)驗(yàn)方法對(duì)液體進(jìn)行懸砂性能評(píng)價(jià)。將體密度、視密度分別為1.75、3.38 g/cm3的陶粒按25%的砂比放入剛混合好的泡沫壓裂液中，攪拌后放入量筒中。觀察到陶粒隨著壓裂液體積的膨脹而不斷上升，懸浮在量筒內(nèi)，未發(fā)生沉降。測(cè)定陶粒此時(shí)沉降速度約為0.34 cm/min，表明該自生熱泡沫壓裂液具有良好懸砂性能。

2.5 濾失性能

壓裂液的濾失性是影響壓裂液有效率和造縫能力的重要因素，也是對(duì)地層造成傷害的原因之一。新型延遲自生熱增壓泡沫壓裂液反應(yīng)生成的泡沫微觀結(jié)構(gòu)和低表面張力具有類似粉陶的降濾失效果，但不會(huì)造成裂縫壁面?zhèn)土芽p導(dǎo)流能力傷害。

表2為新型壓裂液濾失特征參數(shù)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，該壓裂液體系濾失系數(shù)較小，平均濾失系數(shù)為4.72×10－4m/，壓裂液抗濾失性強(qiáng)，能有效降低壓裂液對(duì)地層的濾失傷害。同時(shí)，該泡沫壓裂液的增壓、氣體攜液特性，能降低靜液柱壓力，克服毛細(xì)管水鎖效應(yīng)，有利于液體的自噴返排，能起到比液氮伴注更好的增能助排效果。

表2 新型壓裂液濾失特征參數(shù)

2.6 破膠性能

2.6.1 殘?jiān)?/p>

殘?jiān)糠从硥毫岩浩颇z的徹底程度和對(duì)壓裂裂縫產(chǎn)生的傷害［7－8］。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該壓裂液破膠殘?jiān)科骄鶠?77.7 mg/L，遠(yuǎn)低于常規(guī)壓裂液殘?jiān)康臉?biāo)準(zhǔn)?？梢?jiàn)，新型延遲自生熱增壓泡沫壓裂液破膠比較徹底，對(duì)儲(chǔ)層孔喉和裂縫通道的傷害小。

2.6.2 破膠液表面張力

破膠液表面張力可以較為準(zhǔn)確地反映壓裂液進(jìn)入地層后，在相同條件下的返排程度。表面張力越低，液體越容易從地層中返排出來(lái)。在壓裂液中分別加入不同含量破膠劑，采用界面張力測(cè)試儀測(cè)試破膠液表面張力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，多次測(cè)量表面張力值均約為26.825 44 mN/m，略低于常規(guī)壓裂液破膠后表面張力。

2.7 傷害性能

壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度也是影響壓后效果的關(guān)鍵因素［9－10］。新型延遲自生熱增壓泡沫壓裂液巖心傷害數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，新型延遲自生熱增壓泡沫壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害率明顯低于常規(guī)配方壓裂液傷害率，平均傷害率僅為14.57%。

表3 壓裂液對(duì)巖心傷害實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.8 腐蝕性能

模擬施工過(guò)程，將基液、酸性催化液按比例混合后，立即放入準(zhǔn)備好的標(biāo)準(zhǔn)N80鋼片，然后置于60℃的恒溫水浴鍋進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)?；号c酸性催化液混合形成的新型自生熱泡沫壓裂液在2 h內(nèi)平均腐蝕速率僅為 0.182 37 g·m－2·h－1，6 h 內(nèi)的平均腐蝕速率僅為 0.202 17 g·m－2·h－1，腐蝕后鋼片表面光亮平滑，無(wú)點(diǎn)蝕或坑蝕現(xiàn)象(表4)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該壓裂液腐蝕性低，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不需擔(dān)心腐蝕問(wèn)題。

表4 模擬施工過(guò)程評(píng)價(jià)泡沫壓裂液腐蝕性(60℃)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2009年6月22 日，在HP16井進(jìn)行新型延遲自生熱增壓泡沫壓裂液現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。為了讓壓裂液在酸性環(huán)境下充分反應(yīng)，壓裂后關(guān)井40 min，之后開(kāi)井排液。先后采用 3.3、4.2、5.2、7.5、9.0 mm的油嘴進(jìn)行排液，共排液105 m3，返排率為53%，壓后見(jiàn)氣時(shí)間為7 h，火焰高1 m。該井射孔后預(yù)計(jì)產(chǎn)量為0.3×104m3/d，通過(guò)壓裂改造后在油壓為8.2 MPa、套壓為8.9 MPa條件下獲得測(cè)試產(chǎn)量1.136×104m3/d，增產(chǎn)效果顯著。

4 結(jié)論

(1)新型延遲自生熱泡沫壓裂液具有膨脹性能好、增壓能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能顯著增加低壓地層的返排能量，提高液體返排速度。

(2)新型壓裂液泡沫質(zhì)量明顯提高，發(fā)泡反應(yīng)速度慢，持續(xù)發(fā)泡時(shí)間長(zhǎng)，破膠過(guò)程中泡沫攜砂能力強(qiáng)，體現(xiàn)出良好的降濾失性能和泡沫攜砂性能。

(3)新型壓裂液具有低腐蝕性的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)使用不會(huì)對(duì)井內(nèi)管柱、施工管線、地面排液流程等造成腐蝕，同時(shí)具有低傷害的特點(diǎn)，推廣應(yīng)用前景良好。

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Development of a new delayed self－thermogenic pressurizing foam fracturing fluid

FANG Xing，XIANG Li，QU Jing，QIU Ling
(Southwest Oil＆Gas Company，SINOPEC，Deyang，Sichuan618000，China)

As the growing degree of reserve recovery from the mid－shallow gas reservoirs in western Sichuan，reservoir energy declines gradually，the flowback rate of fracturing fluid decreases，and conventional fracturing technology can not satisfy the need of reservoir development．Therefore，a new delayed self－ thermogenic pressurizing foam fracturing fluid has been developed with characteristics of low corrosive damage，good sand carrying property，low fluid loss and fast flowback speed and has been applied in the field．The test results indicate quick flowback of fracturing fluid and early gas breakthrough after fracturing，the success ratio of fracturing operations is 100%．This study has certainly increased the effectiveness of fracturing treatment for the mid－shallow reservoirs in western Sichuan．

mid－shallow gas reservoirs in western Sichuan;low pressure formation;self－thermogenic foam fracturing fluid;flowback speed;fracturing treatment

TE357.3

A

1006－6535(2011)05－0108－03

20101201;改回日期20110224

國(guó)家科技重大攻關(guān)專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”(2008ZX050)子課題“四川盆地低滲氣藏儲(chǔ)層改造工藝技術(shù)研究”(2008ZX05002－004－004)部分研究?jī)?nèi)容

方行(1975－)，女，工程師，2005年畢業(yè)于西南石油學(xué)院技術(shù)經(jīng)濟(jì)及管理專業(yè)，現(xiàn)從事壓裂酸化設(shè)計(jì)與研究工作。

編輯 周丹妮