劉 杰，周 雪，孫 昆，姬文瑞，田耕虎

(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司;2.延長(zhǎng)油田股份有限公司 永寧采油廠，陜西 延安 716000)

壓裂工藝是開(kāi)發(fā)“三低”油田(低滲、低壓、低產(chǎn))、提高油井產(chǎn)能的主要措施，用以溝通油井產(chǎn)油通道，改善油井的生產(chǎn)狀況，提高油井的產(chǎn)量，使得油田得到了有效的開(kāi)發(fā)。其廣泛應(yīng)用于新井壓裂投產(chǎn)、老井原層復(fù)壓、控縫壓裂、轉(zhuǎn)向壓裂、縫網(wǎng)壓裂等新工藝、新技術(shù)當(dāng)中，在延長(zhǎng)油田各油區(qū)普遍采用［1］。壓裂液類型也由初期的清水加砂壓裂，發(fā)展到高黏度田菁粉壓裂液、水基壓裂液、油基壓裂液、乳化壓裂液、泡沫壓裂液、醇基壓裂液、表面活性劑膠束壓裂液和濃縮壓裂液等體系。其中最常用的是水基壓裂液，它具有高黏度、低摩阻、懸砂性好、對(duì)地層傷害小等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為主要壓裂液類型［2］。其組成通常包括稠化劑、交聯(lián)劑、破膠劑、粘土穩(wěn)定劑、助排劑、殺菌劑等。由于體系中加入交聯(lián)劑形成交聯(lián)凍膠壓裂液，具有較強(qiáng)的粘彈性與塑性，破膠降粘相對(duì)困難，裂縫中殘留的壓裂液可能會(huì)降低裂縫的導(dǎo)流能力，對(duì)地層造成一定的傷害［3］。因此必需采取措施，最大可能地、及時(shí)快速地排出井內(nèi)的外來(lái)流體，提高返排率，以減小對(duì)地層的傷害，提高壓裂增產(chǎn)效果。

1 影響壓裂液返排率因素分析及研究現(xiàn)狀

根據(jù)已有研究成果，并從地層流體滲流規(guī)律出發(fā)，對(duì)地層巖石及流體性質(zhì)、外來(lái)工作液性質(zhì)以及其相互作用等方面進(jìn)行綜合分析，得出影響壓裂排液的因素主要有原始地層壓力及儲(chǔ)層物性、外來(lái)增產(chǎn)液對(duì)油氣層產(chǎn)生損害(殘液固相堵塞引起絕對(duì)滲透率的降低、施工作業(yè)過(guò)程引起儲(chǔ)集層中粘土礦物的膨脹和顆粒運(yùn)移、垢的生成、液相堵塞)、乳狀液等［4］。

目前延長(zhǎng)油田為減少由于壓裂液破膠不完全、返排不徹底對(duì)地層造成傷害的措施主要有三種:一是使用清潔壓裂液(低分子稠化劑);二是優(yōu)化壓裂工藝措施;三是優(yōu)選合適的破膠劑、表面活性劑、助排劑等添加劑來(lái)提高壓裂液的破膠率和返排效果，改善地層滲流能力。本文著重就第三種方法加以闡述。

針對(duì)目前水基凍膠壓裂液的大量使用，對(duì)壓裂液壓后返排技術(shù)最基本的研究還是著手于破膠劑的研究與開(kāi)發(fā)。破膠劑的主要作用是使壓裂液中的凍膠發(fā)生化學(xué)降解，由大分子變成小分子，有利于壓后返排，減少對(duì)儲(chǔ)集層的傷害。常用的破膠劑包括酶、氧化劑和酸。生物酶和催化氧化劑系列適用于21～54℃的低溫破膠劑;一般氧化破膠體系適用于54～93℃，而有機(jī)酸適用于93℃以上的破膠作用。施工中要求壓裂液維持較高粘度與施工結(jié)束后又要求快速降解、徹底破膠。為此，在90年代初，利用流化床原理，國(guó)內(nèi)外相繼研制了膠囊包裹破膠劑，即延緩釋放破膠劑。它是在常規(guī)破膠劑外表包裹一層特殊的半滲透材料，利用擠壓或滲透作用釋放破膠活性物質(zhì)［4］。

目前延長(zhǎng)油田就提高壓裂液破膠返率排技術(shù)，采用的破膠方法主要有化學(xué)破膠和生物破膠兩種，具體的工藝措施有以下幾種:

(1)常規(guī)破膠。壓裂液中加入強(qiáng)氧化劑體系，pH值在3～14.0之間均可使用。最常用的是過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀等過(guò)硫酸鹽，用量在0.01～0.2 mg/L。其破膠原理是通過(guò)硫酸鹽的強(qiáng)氧化性，與凍膠發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氧化交聯(lián)鍵和聚合物鏈，還原交聯(lián)劑，使交聯(lián)凍膠破膠。由于過(guò)硫酸鹽的反應(yīng)分解最快在60℃以上，因此在較低溫度下需要使用還原劑如三乙醇胺、亞硫酸鈉、氧化亞銅等共同作用，形成催化氧化劑系列。

(2)HRS復(fù)合解堵技術(shù)。HRS復(fù)合解堵技術(shù)是利用由多種化學(xué)組份組成的復(fù)合解堵劑，在井下緩慢釋放出二氧化氯，利用二氧化氯的強(qiáng)氧化作用，激發(fā)有機(jī)環(huán)上的不活潑氫，通過(guò)脫氫反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的羥基取代中間體，發(fā)生開(kāi)環(huán)裂解，使聚合物的分子結(jié)構(gòu)由長(zhǎng)鏈變短鏈，其粘度大幅度下降，流動(dòng)性變好而易于從地層排出，從而解除了對(duì)地層的堵塞。

(3)生物酶破膠壓裂技術(shù)。壓裂用的植物膠及其衍生物、纖維素及其衍生物、生物多糖等天然聚合物及其改性產(chǎn)物，幾乎都可以在酶的催化作用下降解。對(duì)于一般的酶破膠劑，pH值是影響酶破膠作用的重要因素之一，普通酶破膠劑最佳pH值為5.0，低于3.0或高于8.0時(shí)，酶的破膠活性將大大降低。生物酶破膠劑是由多功能酶主導(dǎo)的生物制劑，其破膠機(jī)理就是通過(guò)催化瓜爾膠分子表面的糖苷鍵，使其裂解，最終將瓜爾膠分子的聚糖形式裂解為不可還原的單糖或二糖，粘度降低，使得壓裂液殘液能從支撐劑充填中更穩(wěn)定地返排出來(lái)，減少聚合物傷害，以提高增產(chǎn)效率。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

(1)HRS復(fù)合解堵技術(shù)試驗(yàn)58口，其中新井29口，老井29口，投資203萬(wàn)元，累計(jì)增油3939.4 t，投入產(chǎn)出比為1∶3.9。

選取的29口新井應(yīng)用HRS復(fù)合解堵技術(shù)平均單井日產(chǎn)油1.16 t，對(duì)比常規(guī)壓裂井平均單井日產(chǎn)油0.8 t，相比凈增油0.36 t。增產(chǎn)期按照90 d計(jì)算，平均單井可增加32.4 t。稅后原油單價(jià)按2057元/t計(jì)算，單井可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益6.66萬(wàn)元/井。效果比較好的有永504－4井、永677－5井、雙785井組、雙2599－1井等，與同井組產(chǎn)量進(jìn)行對(duì)比如下:

表1 新井措施產(chǎn)量對(duì)比

選取的29口老井進(jìn)行老井換層和原層復(fù)壓，應(yīng)用HRS復(fù)合解堵技術(shù)后平均單井日產(chǎn)油1.12 t，對(duì)比常規(guī)壓裂井平均單井日產(chǎn)油0.9 t，相比凈增油0.22 t。增產(chǎn)期按照90 d計(jì)算，平均單井可增加19.8 t。稅后原油單價(jià)按2057元/t計(jì)算，單井可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益4.07萬(wàn)元/口。效果比較好的有杏32－3井，雙2604－5井、杏11－1井等，與同井組產(chǎn)量進(jìn)行對(duì)比如表2。

(2)生物酶破膠壓裂技術(shù)試驗(yàn)10口，其中新井5口，老井5口，投資35萬(wàn)元，累計(jì)增油421.9 t，投入產(chǎn)出比為1∶2.5。

選取的5口新井應(yīng)用生物酶破膠壓裂技術(shù)平均單井日產(chǎn)油1.33噸，對(duì)比常規(guī)壓裂井平均單井日產(chǎn)油1.02 t，相比凈增油0.31 t。增產(chǎn)期按照90 d計(jì)算，平均單井可增加27.9 t。稅后原油單價(jià)按2057元/噸計(jì)算，單井可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益5.74萬(wàn)元/井。效果比較好的有永433－4井、永504－1井、永757－1井等，與同井組產(chǎn)量進(jìn)行對(duì)比如表3。

選取的5口老井進(jìn)行老井換層和原層復(fù)壓，措施前平均單井日產(chǎn)油0.6 t，應(yīng)用生物酶破膠壓裂技術(shù)后平均單井日產(chǎn)油1.27 t，增油0.67 t，對(duì)比常規(guī)壓裂井平均單井日產(chǎn)油1.03 t，相比凈增油0.24 t。增產(chǎn)期按照90 d計(jì)算，平均單井可增加21.6 t。稅后原油單價(jià)按2057元/t計(jì)算，單井可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益4.44萬(wàn)元/井。效果比較好的有永433－4井、永504－1井、永757－1井等，與同井組產(chǎn)量進(jìn)行對(duì)比如表4。

表2 老井措施產(chǎn)量對(duì)比

表3 新井措施產(chǎn)量對(duì)比

表4 老井措施產(chǎn)量對(duì)比

3 結(jié)論

(1)化學(xué)破膠目前在國(guó)內(nèi)使用比較普遍，破膠后的返排粘度達(dá)到10 mPa·s左右，能夠使油層中的有機(jī)物堵塞得到不同程度的解除，提高地層裂縫及孔隙的導(dǎo)流能力，擴(kuò)大泄油面積，達(dá)到降殘?jiān)鲇偷哪康摹５浠瘜W(xué)污染性和破膠程度依賴破膠劑的濃度而受到限制。

(2)生物破膠有別于化學(xué)破膠，它具有專一性強(qiáng)、破膠徹底、低殘?jiān)忍匦?，斷裂化學(xué)鍵的反應(yīng)能夠從根本上解除植物膠交聯(lián)作用，破膠后的返排粘度達(dá)到5 mPa·s左右，可減少對(duì)油層的污染，改善油層壓裂后的物性，從而達(dá)到保護(hù)油層，提高油井產(chǎn)量的目的。而酶本身在胍膠降解前后不變，只是參與反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)后又恢復(fù)原狀，繼續(xù)參加反應(yīng)，所以生物酶破膠劑在短時(shí)間內(nèi)能以較低的濃度將大量的壓裂液徹底降解，顯示出生物酶的高效性。

(3)對(duì)于油層較淺、地層溫度較低的情況，使用傳統(tǒng)破膠劑時(shí)需加入一定量的激活劑，使用生物酶破膠需適當(dāng)提高酶的濃度，且溫度對(duì)破膠速度有較為明顯的影響，溫度越高，破膠速度越快。

(4)通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，單從破膠效果和經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，化學(xué)破膠和生物破膠配合使用比單獨(dú)使用效果要好，對(duì)于不同的壓裂體系和不同的地層溫度，兩者的最佳使用濃度也不同。

(5)壓裂施工期間為了清除支撐劑充填層和地層中未充分破膠的壓裂液，破膠劑在混砂車上從加砂開(kāi)始前開(kāi)始注入?？紤]到壓裂過(guò)程中溫度的變化，以楔形方式追加破膠劑，實(shí)現(xiàn)壓裂液的徹底破膠返排。但施工現(xiàn)場(chǎng)常出現(xiàn)因破膠劑追加時(shí)間和方式的不合理，而造成攜砂液提前破膠，局部水化速度過(guò)快，壓力異常甚至造成砂堵等事故，因此應(yīng)不斷研究總結(jié)合適的追加方式、工藝技術(shù)和追加時(shí)間，并應(yīng)用合適的工藝技術(shù)達(dá)到延遲壓裂過(guò)程中破膠的目的。

(6)從施工井的對(duì)比增油情況看，有效果，但因井而異，因?qū)佣?，針?duì)不同區(qū)塊，不同油層，無(wú)論選取哪種破膠方法，均需進(jìn)一步加強(qiáng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)施工總結(jié)，對(duì)其與壓裂液和地層的配伍性及破膠效果做出客觀公正的評(píng)價(jià)，進(jìn)一步摸清技術(shù)的適用性，以降低風(fēng)險(xiǎn)投資，提高投入產(chǎn)出比。

(7)不斷優(yōu)化壓裂工藝措施，壓后關(guān)井，壓裂液破膠水化后，使裂縫充分閉合，避免過(guò)早開(kāi)井造成地層“吐”砂，影響裂縫的導(dǎo)流能力，關(guān)井1 h后，用4 mm－8 mm油嘴控制放噴。同時(shí)由于壓裂液破膠返排還受地層壓力影響，因此建議選取超前注水或同步注水方式開(kāi)發(fā)油田，達(dá)到提高開(kāi)發(fā)效果的目的。

［1］劉寶和.中國(guó)油氣田開(kāi)發(fā)志.延長(zhǎng)油氣田卷［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2011:887－888.

［2］王玉春，岳平，高慶歌，等.綏靖油田油井壓裂返排液處理技術(shù)研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2011，13(11):2921－2924.

［3］萬(wàn)仁溥.采油工程手冊(cè)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2000:111－122.

［4］蔣海，楊兆中，楊亞?wèn)|，等.壓裂酸化排液影響因素分析［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2005(9):114－115.