張貴才，申金偉，張 旋，張 強(qiáng)，羅 兆

(1.中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 266580;2.中油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

引 言

阜東斜坡區(qū)頭屯河組儲(chǔ)層滲透率分布為0.10×10－3～ 54.47 ×10－3μm2，平均為 19.21 × 10－3μm2，地層溫度可達(dá)130℃。該儲(chǔ)層屬于低滲儲(chǔ)層，全巖分析黏土總量為5% ～14%，黏土礦物含量較高。壓裂是保證該地層順利投產(chǎn)的重要措施。在壓裂技術(shù)中，設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)膲毫岩哼M(jìn)入地層后會(huì)損壞基質(zhì)的滲流能力，降低裂縫導(dǎo)流能力，造成地層傷害［1－4］。目前使用的壓裂液體系主要為植物膠壓裂液，但植物膠壓裂液殘?jiān)^多，對(duì)儲(chǔ)層裂縫的傷害較大［5］，且交聯(lián)條件主要為堿性，易使地層中的黏土礦物發(fā)生運(yùn)移膨脹，傷害油層［6］。同時(shí)，怡寶安等［7－8］研究表明，當(dāng)?shù)貙雍信?、鈦等礦物時(shí)，胍膠壓裂液返排液容易出現(xiàn)嚴(yán)重的返膠現(xiàn)象，對(duì)地層造成較大傷害，因此低殘?jiān)⒌蛡Φ膲毫岩撼蔀樵摰貙訅毫咽┕さ氖走x。國(guó)內(nèi)外研究［9］表明，該類(lèi)壓裂液主要包括清潔壓裂液和聚合物壓裂液2種體系，清潔壓裂液存在耐高溫較差、施工工藝還需改進(jìn)等問(wèn)題［10－11］，而一般的合成聚合物壓裂液體系存在不耐溫、不耐鹽和剪切穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)［12－13］。新型疏水締合物壓裂液［14］因具有耐溫、耐剪切、低殘?jiān)?、易返排以及防膨性能好的?yōu)點(diǎn)，具有較大的施工價(jià)值。針對(duì)阜東斜坡區(qū)頭屯河地層，通過(guò)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)評(píng)價(jià)了一種酸性疏水締合物壓裂液體系對(duì)地層的傷害情況，對(duì)指導(dǎo)該地層壓裂設(shè)計(jì)具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)用的巖心取自新疆油田分公司阜東斜坡區(qū)頭屯河組阜東11井和阜東22井，巖心礦物組成見(jiàn)表1。

表1 巖心全巖組成分析

實(shí)驗(yàn)用的疏水締合聚合物壓裂液由新疆油田分公司工程院提供，主要成分為0.5% 疏水締合聚合物、2%KCl、0.6%鹽酸、0.2% 乳酸、3.0%交聯(lián)劑以及0.4%過(guò)硫酸鈉做破膠劑。用高溫高壓濾失儀測(cè)得該疏水締合聚合物80℃的濾失系數(shù)為1.146×10－3m/min1/2，略高于中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6376－2008“壓裂液通用技術(shù)條件”規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。煤油取自中國(guó)石油大學(xué)(華東)勝華煉油廠。填砂管長(zhǎng)度和直徑分別為190、25 mm(江蘇海安科學(xué)儀器廠)。主要儀器:X＇pert PRO MPD型X射線衍射儀(荷蘭帕納科公司)，LDY50－180型巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)物理模擬裝置(江蘇海安科學(xué)儀器廠)，GGS－42－2型高溫高壓濾失儀(膠南科學(xué)儀器廠)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 壓裂液靜濾失傷害評(píng)價(jià)

壓裂液濾液按照SY/T5107－2005制備，溫度為80℃，壓差控制為3.5 MPa。壓裂液靜濾失評(píng)價(jià)方法如下:①取阜東斜坡區(qū)頭屯河組低滲透天然巖心，洗油后飽和標(biāo)準(zhǔn)鹽水，地層溫度下(80℃)在巖心A端以0.1 mL/min的流速注煤油至壓力平衡，記錄平衡壓力p1;②在巖心B端以0.1 mL/min的流速注入制好的壓裂液濾液，當(dāng)巖心出液后繼續(xù)注入36 min，關(guān)閉巖心夾持器兩端閥門(mén)，在80℃烘箱中靜置2 h，模擬壓裂液濾失進(jìn)入地層的過(guò)程;③重新在巖心A端以0.1 mL/min的流速注煤油至壓力平衡，記錄平衡壓力p2;④計(jì)算巖心傷害率。

1.2.2 壓裂液動(dòng)濾失傷害評(píng)價(jià)

壓裂液動(dòng)濾失評(píng)價(jià)方法如下:①取阜東斜坡區(qū)頭屯河組低滲透天然巖心，洗油后飽和標(biāo)準(zhǔn)鹽水，地層溫度下在巖心A端以0.1 mL/min的流速注煤油至壓力穩(wěn)定，記錄平衡壓力p1;②配制好壓裂液后，加入破膠劑等添加劑，攪拌均勻后放入中間容器罐中;③在巖心B端切面以1 mL/min的流速注入配好的壓裂液并注意在巖心另一端收集濾液，注入流程出口端用回壓閥控制壓力為3.5 MPa，注入36 min后關(guān)閉巖心夾持器兩端閥門(mén)，在80℃烘箱中靜置2 h;④重新在巖心A端以0.1 mL/min的流速注煤油至壓力平衡，記錄平衡壓力p2，然后計(jì)算巖心滲透率傷害率。

1.2.3 壓裂液破膠液對(duì)滲流能力影響

①將巖心粉碎、過(guò)篩、洗油烘干后填制滲透率為1～2 μm2的填砂管，用標(biāo)準(zhǔn)鹽水飽和;②在填砂管中以0.5 mL/min速度注入煤油至壓力平衡，并測(cè)出填砂管滲透率;③在填砂管反向端注入2倍孔隙體積以上的破膠液，80℃放置2 h;④再次在填砂管中以0.5 mL/min速度注入煤油至壓力平衡。由上述2次平衡壓力，計(jì)算出破膠液對(duì)填砂管滲流能力影響。

上述3個(gè)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)中壓力皆由計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄、采集。

2 結(jié)果與討論

2.1 壓裂液靜濾失對(duì)巖心滲透率的傷害

實(shí)驗(yàn)用巖心取自阜東22井，其孔隙體積為3.34 mL，氣測(cè)滲透率為 0.18 ×10－3μm2。疏水締合聚合物壓裂液靜濾失評(píng)價(jià)時(shí)的壓力曲線見(jiàn)圖1。從圖1可知，注完濾液后再注煤油，隨著濾液逐漸被排除，平衡壓力p2達(dá)到3.36 MPa，與靜濾失前注煤油的平衡壓力p1(3.24 MPa)相近，由此可計(jì)算出壓裂液靜濾失滲透率損害率為3.58%。該數(shù)值遠(yuǎn)低于SY/T 6376－2008傷害率30%的標(biāo)準(zhǔn)，證明該壓裂液濾液具有較好的防膨性能。

圖1 濾液污染前后注煤油時(shí)的壓力

2.2 壓裂液動(dòng)濾失對(duì)巖心滲透率的傷害

動(dòng)濾失實(shí)驗(yàn)采用的巖心為阜東11－7、阜東11－5、阜東22－2號(hào)，其氣測(cè)滲透率分別為46.20×10－3、10.68 × 10－3、0.32 × 10－3μm2，孔隙體積分別為 5.01、4.88、3.21 mL，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 2。

由表2可知，壓裂液流經(jīng)巖心端面后，反向端再注煤油時(shí)的突破壓力、最高注入壓力均升高。按照滲透率為 46.20 ×10－3、10.68 × 10－3、0.32 ×10－3μm2來(lái)排列，突破壓力升高的倍數(shù)分別為10.00、4.37、1.38，最高壓力升高的倍數(shù)分別為6.08、3.09、1.28。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明壓裂液流經(jīng)巖心端面后對(duì)巖心的滲流能力造成影響。以動(dòng)濾失前后注煤油的平衡壓力來(lái)計(jì)量，接觸壓裂液對(duì)滲透率為46.2 ×10－3、10.68 ×10－3μm2的巖心造成的傷害最大，對(duì)滲透率為0.32×10－3μm2的巖心造成的傷害較小。

表2 不同滲透率巖心中疏水締合聚合物壓裂液的傷害情況

從實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)巖心端面看，在滲透率為46.20×10－3、10.68 ×10－3μm2的巖心端面有較厚的濾餅，滲透率為0.32×10－3μm2的巖心端面濾餅較少。

將11－7、11－5號(hào)巖心端面的濾餅刮掉后，再次從反向端注煤油，注入壓力曲線見(jiàn)圖2、3。由圖2、3可知，刮出濾餅后的注入壓力略低于動(dòng)濾失前注入壓力，由此說(shuō)明動(dòng)濾失過(guò)程中形成的濾餅是造成巖心傷害的重要因素。

圖2 11－7號(hào)巖心端面濾餅去除后煤油驅(qū)替壓力

圖3 11－5號(hào)巖心端面濾餅去除后煤油驅(qū)替壓力

在3次動(dòng)濾失實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，破膠劑的濃度相同，但從圖3可知，巖心的滲透率不同，注入端面出現(xiàn)濾餅的狀態(tài)也明顯不同。在滲透率為0.32×10－3μm2的巖心中，一方面濾液少，另一方面由于濾餅難以進(jìn)入端面，因此注煤油的過(guò)程中這些濾餅會(huì)逐漸被頂替出來(lái)，使得巖心滲透率得到恢復(fù);而在滲透率為46.20 ×10－3、10.68 ×10－3μm2的巖心中，濾餅可以嵌入孔隙介質(zhì)中，注煤油的過(guò)程中難以頂替出來(lái)，因此巖心滲透率受到傷害。由此可見(jiàn)，動(dòng)濾失過(guò)程中出現(xiàn)的濾餅與巖心滲透率有較大關(guān)系。

2.3 壓裂液破膠液對(duì)滲流能力的影響

將上述體系在80℃放置2 h，測(cè)得破膠液殘?jiān)繛?0 mg/L，遠(yuǎn)小于600 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。為驗(yàn)證該破膠液是否會(huì)影響裂縫導(dǎo)流能力，以阜東巖心粉末制備了孔隙體積為34 mL、水測(cè)滲透率為1387×10－3μm2的填砂管來(lái)模擬地層裂縫。圖4是在填砂管中注入破膠液及注入破膠液前后注煤油的壓力曲線。

圖4 注破膠液前后注煤油的壓力

由注壓裂液破膠液前后的注水平衡壓力(0.0025、0.0029 MPa)計(jì)算可知，該破膠液對(duì)填砂管滲透率損害率只有13.8%，說(shuō)明該壓裂液對(duì)地層裂縫導(dǎo)流能力傷害較小。該結(jié)果與殘?jiān)肯鄬?duì)應(yīng)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

針對(duì)阜東斜坡區(qū)頭屯河組儲(chǔ)層地質(zhì)特征，以室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)篩選出地層滲透率小于3.14×10－3μm2、黏土礦物含量為6% ～14%的5口井，利用上述疏水締合聚合物壓裂液進(jìn)行施工，施工成功率為100%。壓裂后產(chǎn)油效果良好，且壓裂液返排率較高，沒(méi)有井出現(xiàn)返膠現(xiàn)象，施工結(jié)果良好(表3)。

表3 疏水締合物壓裂液施工效果統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

(1)酸性疏水締合聚合物壓裂液能很好地解決阜東頭屯河組地層黏土膨脹問(wèn)題，濾液對(duì)阜東斜坡區(qū)頭屯河地層巖心傷害率僅為3.58%。

(2)與胍膠壓裂液相比，酸性疏水締合聚合物壓裂液殘?jiān)枯^小，只有70 mg/L，破膠液對(duì)水測(cè)滲透率為1387×10－3μm2的孔隙介質(zhì)傷害率為13.8%，利于破膠返排。

(3)該壓裂液的使用取決于地層滲透率，在滲透率為46.2 ×10－3、10.68 ×10－3μm2的巖心端面會(huì)形成濾餅，由此導(dǎo)致對(duì)巖心的傷害率達(dá)到54.4%、45.3%，而在滲透率為 0.32 ×10－3μm2的巖心端面幾乎不會(huì)產(chǎn)生濾餅，傷害率為0。

(4)酸性疏水締合聚合物壓裂液現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用增產(chǎn)效果顯著，沒(méi)出現(xiàn)返膠現(xiàn)象。

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