王佳,黃波,汪志臣

高涵,楊丹 (中石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院,新疆克拉瑪依834000)

烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組油藏壓裂返排異物成因分析及對(duì)策

王佳,黃波,汪志臣

高涵,楊丹 (中石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院,新疆克拉瑪依834000)

針對(duì)新疆油田準(zhǔn)噶爾盆地烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組油藏壓裂返排出現(xiàn)返膠和返排異物的情況進(jìn)行了研究和成因分析。研究發(fā)現(xiàn)返排異物為胍膠和無(wú)機(jī)鹽的混合物,返排液堿性強(qiáng),且富含地層礦物離子。分析原因是由于地層礦物離子極易溶于胍膠凍膠中,導(dǎo)致胍膠壓裂液凍膠脫水,溶解的CO23-,HCO3-增強(qiáng)了壓裂液的堿性環(huán)境,胍膠基液與地層中的交聯(lián)離子作用加強(qiáng)了交聯(lián)結(jié)構(gòu)使得壓裂液不能完全破膠。根據(jù)返膠及返排異物成因分析,研究開發(fā)了酸性疏水締合聚合物壓裂液體系,并現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施9井次,壓后無(wú)返膠和返排異物情況出現(xiàn)。

壓裂;胍膠壓裂液;返膠;云質(zhì)巖;酸性壓裂液

新疆油田準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組油藏為斷鼻構(gòu)造控制下的層狀巖性油藏,儲(chǔ)層巖性主要為云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)云質(zhì)巖,其次為凝灰質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)云質(zhì)巖、硅硼鈉石巖、硅質(zhì)巖,夾薄層狀泥晶灰?guī)r、粉砂巖及砂巖等。油層屬于特低孔特低滲差儲(chǔ)集層,局部發(fā)育高孔中滲儲(chǔ)層[1]。

有機(jī)硼交聯(lián)胍膠壓裂液體系在新疆油田各油藏區(qū)塊的壓裂改造中已使用千余井次,壓裂液體系成熟,但在烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組油藏使用后出現(xiàn)返膠,返排異物堵塞油嘴,油壓下降快,返排困難等現(xiàn)象,筆者研究了返排異物的成分并分析了該異物形成的原因,研制出酸性疏水締合聚合物壓裂液體系并現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施,取得成功。

1 返排情況

烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組油藏壓裂改造采用有機(jī)硼交聯(lián)胍膠壓裂液體系共實(shí)施6口井17井次,均不同程度地出現(xiàn)返膠現(xiàn)象,返排液黏度50～120mPa·s,遠(yuǎn)大于SY/T 6376—2008標(biāo)準(zhǔn)中壓裂液破膠液黏度小于5m Pa·s的要求。返排液p H值為9～10.5;同時(shí)產(chǎn)生返排異物堵塞油嘴,油壓下降快,返排率不足20%,返排困難。

2 返排異物成分分析

將返排異物進(jìn)行烘干處理,測(cè)其含水率為95%～98%。將烘干后的返排異物與胍膠粉進(jìn)行紅外波譜對(duì)比分析(圖1),在3400、1658、1463、1250、1020cm-1處與胍膠的特征吸收峰一致[2],表明返排異物含有胍膠物質(zhì),返排異物的最強(qiáng)吸收峰在1113cm-1處,該峰寬且高,表明含有過(guò)硫酸鹽類無(wú)機(jī)物質(zhì)。因此返排異物為胍膠與過(guò)硫酸鹽類等無(wú)機(jī)鹽混合物。

將返排異物放入體積分?jǐn)?shù)5%鹽酸溶液中,異物周圍形成大量氣泡 (圖2),表明異物中含有能與鹽酸發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生氣體的離子,如CO2-3,HCO-3等,同時(shí)異物不斷溶解,直到全部消失,燒杯底部變渾濁。故返排異物成分主要是含CO2-3,HCO-3的溶液,占95%以上,其余為胍膠與過(guò)硫酸鹽類等無(wú)機(jī)鹽混合物,僅占2%～5%。

圖1 返排異物與胍膠粉紅外波譜分析

圖2 返排異物與體積分?jǐn)?shù)5%鹽酸溶液反應(yīng)結(jié)果

3 成因分析

烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組油藏壓裂所用配方為有機(jī)硼交聯(lián)胍膠壓裂液體系,在室內(nèi)試驗(yàn)中設(shè)定儲(chǔ)層平均溫度95℃,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.005%的破膠劑,2h破膠后黏度小于5.0mPa·s。壓裂施工過(guò)程中,考慮溫度場(chǎng)及壓后快速返排的工藝要求,破膠劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%,正常情況下壓裂液可完全破膠水化,因此出現(xiàn)返膠及返排異物的情況可以排除壓裂液自身的問(wèn)題[3],主要是受地層礦物巖心及地層水對(duì)壓裂液的影響。

3.1 巖心礦物分析

將烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組巖心與胍膠原液混合進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)現(xiàn)象見圖3,巖心與胍膠原液發(fā)生自交聯(lián) (具有彈性),表明巖心中含有與胍膠發(fā)生交聯(lián)的金屬或非金屬離子[4～6],且?guī)r心中的交聯(lián)離子已達(dá)到胍膠成膠時(shí)所需的濃度。

將烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組油藏巖心進(jìn)行礦物分析 (表1),分析發(fā)現(xiàn)礦物離子中含有可與胍膠基液發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的金屬離子或非金屬離子,如鋁、鈦、硼、鋯、鉻等。

圖3 巖心與胍膠原液發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)

表1 烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組油藏巖心礦物分析

3.2 地層水樣分析

將烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組地層水與胍膠壓裂液破膠液進(jìn)行離子分析 (表2)。當(dāng)壓裂液進(jìn)入地層后,大量地層離子溶入壓裂液中,導(dǎo)致返排液礦化度高,將胍膠壓裂液放入到地層水中后,導(dǎo)致壓裂液脫水而形成 “蛋花狀”(圖4)。地層水屬于中強(qiáng)堿性環(huán)境,這是金屬交聯(lián)離子與胍膠壓裂液發(fā)生交聯(lián)的p H值環(huán)境,且地層水中B+質(zhì)量濃度高,當(dāng)胍膠壓裂液與少量地層水混合后,形成交聯(lián)凍膠結(jié)構(gòu)(圖5),而胍膠壓裂液破膠液加入到壓裂液中難以再次交聯(lián)。

表2 胍膠壓裂液破膠液與地層水的對(duì)比分析

根據(jù)上述分析,以下2方面的原因?qū)е铝藶跸臄嗔褞ФB系風(fēng)城組油藏壓裂施工后返排過(guò)程中出現(xiàn)返膠和異物:①施工過(guò)程中添加的破膠劑量足夠,正常情況壓裂液可以破膠水化,但地層中的CO2-3、HC溶于壓裂液中使得壓裂液的堿性環(huán)境加強(qiáng),與溶于壓裂液中的交聯(lián)離子共同作用使破膠劑量不足,而使壓裂液在地層中未完全破膠;②油藏巖心礦物和地層水中的礦物離子極易在壓裂液破膠之前溶于壓裂液中并奪取其水分,而使壓裂液未完全破膠水化,則未完全破膠水化的壓裂液凍膠是返排異物的主要成分。

圖4 壓裂液在地層水中的形態(tài)

圖5 壓裂液與地層水混合后照片

4 對(duì)策研究

根據(jù)成因分析,研究開發(fā)出新型的酸性疏水締合聚合物清潔壓裂液體系[7]。該體系采用疏水締合聚合物與有機(jī)鋯交聯(lián)劑在酸性條件下(p H值＜5)成膠,避免了在堿性環(huán)境與地層中的金屬或非金屬離子發(fā)生交聯(lián)的可能性。該壓裂液體系抗高礦化度,放入烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組地層水中無(wú)脫水現(xiàn)象。地層溫度90℃時(shí),剪切速率170s-1,剪切60min時(shí)黏度大于100m Pa·s (圖6),表明具備良好的耐溫耐剪切性能。

圖6 酸性疏水締合聚合物壓裂液耐溫耐剪切曲線

5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

酸性疏水締合聚合物壓裂液在烏夏斷裂帶風(fēng)城組油藏壓裂施工共實(shí)施9井次,壓后效果統(tǒng)計(jì)見表3,壓后破膠液平均黏度2.71mPa·s,p H值為8～9,表明中和了部分地層的堿性環(huán)境,同時(shí)壓后無(wú)返膠及出現(xiàn)返排異物等情況。

表3 酸性疏水締合聚合物壓裂液施工統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)論

1)新疆油田烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組油藏壓裂后返排出現(xiàn)的異物中主要為CO2-3、HCO-3溶液,占95%以上,其余為胍膠與過(guò)硫酸鹽類等無(wú)機(jī)鹽混合物,占2%～5%。

2)新疆油田烏夏斷裂帶二疊系風(fēng)城組油藏巖心含有大量與胍膠基液發(fā)生自交聯(lián)的金屬與非金屬離子,同地層水的中強(qiáng)堿性和高礦化度環(huán)境共同作用導(dǎo)致了壓裂返排出現(xiàn)返膠和返排異物的情況。

3)開發(fā)研究的酸性疏水締合聚合物壓裂液體系通過(guò)在酸性環(huán)境與有機(jī)鋯交聯(lián),可在高礦化度環(huán)境下不發(fā)生脫水,在現(xiàn)場(chǎng)成功實(shí)施9井次,均無(wú)返膠和返排異物出現(xiàn)。

[1]王卓飛,常秋生,白新民.風(fēng)城地區(qū)風(fēng)城組儲(chǔ)層及潛在敏感性特征[J].新疆石油學(xué)院學(xué)報(bào),2003,15(3):11～12.

[2]趙建波,沈一丁,王磊,等.疏水改性胍膠稠化劑的制備及結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性[J].高分子材料科學(xué)與工程,2011,27(10): 58～61.

[3]怡寶安,鄭克祥,袁文義,等.烏—夏地區(qū)二疊系風(fēng)城組加重壓裂液研究應(yīng)用及現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析[J].新疆石油天然氣,2012,8 (增刊):75～81.

[4]王佳,怡寶安,楊文,等.壓裂液用硼交聯(lián)劑作用機(jī)理分析[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展,2009,10(8):23～26.

[5]王棟,王俊英,劉洪升,等.高溫低傷害的有機(jī)硼鋯CZB-03交聯(lián)羥丙基瓜爾膠壓裂液研究[J].油田化學(xué),2004,21(2):116～119.

[6]卿鵬程.有機(jī)鈦PG-500交聯(lián)羥丙基瓜爾膠壓裂液[J].油田化學(xué),1999,16(3):224～227.

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[編輯] 帥群

TE357.12

A

1000-9752(2014)12-0200-04

2014-03-25

王佳(1982-),男,2005年大學(xué)畢業(yè),碩士,工程師,現(xiàn)主要從事壓裂酸化研究工作。