李奎東

中國(guó)石化江漢油田分公司采油工藝研究院

醇基壓裂液的研究與應(yīng)用

李奎東

中國(guó)石化江漢油田分公司采油工藝研究院

摘要以低分子醇類配制的醇基壓裂液，應(yīng)用于低滲透致密氣藏可促進(jìn)返排，有效解除水鎖，增加氣井產(chǎn)量。分析了低分子醇類對(duì)羥丙基胍膠分子(HPG)溶脹及交聯(lián)的影響機(jī)理，研制了專用增溶劑和交聯(lián)促進(jìn)劑，實(shí)現(xiàn)了HPG配制醇基壓裂液，醇含量可達(dá)20%(w)，性能優(yōu)良。該體系在JN氣田致密砂巖儲(chǔ)層成功應(yīng)用，效果明顯優(yōu)于同類儲(chǔ)層鄰井。

關(guān)鍵詞醇基壓裂液水鎖致密砂巖氣藏

大規(guī)模壓裂改造是低滲透砂巖油氣藏增產(chǎn)的重要技術(shù)手段[1-2]，由于儲(chǔ)層孔喉半徑小，壓裂改造后，壓裂液濾液及破膠液會(huì)在毛細(xì)管力和壓差作用下，進(jìn)入滲流通道，難以排出，形成水鎖傷害，導(dǎo)致油氣相對(duì)滲透率降低，使油氣產(chǎn)量下降[1，3]。選擇適當(dāng)?shù)膲毫岩后w系，減少水相的使用，促進(jìn)措施后液體返排[4]，可以有效降低水鎖傷害，增加油氣井產(chǎn)量[5-8]。國(guó)內(nèi)一些油田利用低分子醇類，開(kāi)展醇基壓裂液的研究[7]。但由于植物膠類稠化劑在高含醇溶液(醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%)中可溶性差[9]。針對(duì)以甲醇或乙醇等低分子醇類溶液為介質(zhì)、羥丙基胍膠(HPG)為稠化劑、有機(jī)硼交聯(lián)而成的醇基壓裂液體系所存在的可溶性問(wèn)題，研制了專用的溶脹助劑和交聯(lián)促進(jìn)劑，實(shí)現(xiàn)了羥丙基胍膠在醇基體系中的溶脹和交聯(lián)。液體性能優(yōu)良，在JN氣田志留系深層致密砂巖氣藏成功應(yīng)用。

1醇基壓裂液特點(diǎn)

據(jù)Michael等人的研究[10]，醇基壓裂液在流變性、殘?jiān)?、濾失量、攜砂能力、裂縫導(dǎo)流能力保持率(一般大于90%)等方面都有良好的性能，尤其適用于敏感性、水鎖傷害嚴(yán)重的儲(chǔ)層。筆者研究表明：①醇基壓裂液表/界面張力較低，返排性能優(yōu)良，利于解除水鎖，降低微細(xì)孔喉儲(chǔ)層的水鎖傷害；②濾液進(jìn)入基質(zhì)孔隙，會(huì)與巖石礦物組分發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)作用，表現(xiàn)為泥質(zhì)組分的膨脹、脫落和運(yùn)移，造成孔隙堵塞。醇基壓裂液醇含量高達(dá)50%(w)，有利于穩(wěn)定敏感性礦物，降低儲(chǔ)層傷害；③高壓濾失試驗(yàn)濾餅形成的過(guò)程中，在壓差作用下，醇會(huì)產(chǎn)生瞬間氣化現(xiàn)象，造成濾餅中含有大量氣泡，且濾餅厚度僅為常規(guī)HPG壓裂液的30%～40%，大幅度降低濾餅傷害；④醇與水互溶性好，可以將一部分原生水從孔隙表面脫出，提高了油氣相對(duì)滲透率。

2室內(nèi)實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及藥品

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：吳茵混調(diào)器、RS-600旋轉(zhuǎn)流變儀、高溫高壓巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置、大容量離心機(jī)、恒溫水浴鍋及常規(guī)玻璃器皿。

實(shí)驗(yàn)藥品：NaOH(化學(xué)純)、HPG(山東信德)、有機(jī)硼交聯(lián)劑C-200(工業(yè)品)、甲醇(工業(yè)品)、溶脹助劑JC-1(自主研究)、交聯(lián)促進(jìn)劑JC-2(自主研究)。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

(1) 醇基壓裂液配制。將含有不同濃度的甲醇溶液作為配液用溶液，放入?yún)且鸹煺{(diào)器中，在高速攪拌下依次加入HPG、JC-1、JC-2及其他壓裂液添加劑，配制成醇基壓裂液基液?；褐邪床煌壤尤胗袡C(jī)硼，形成壓裂液凍膠。

(2) 性能評(píng)價(jià)。按SY/T 5107-2005《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》，對(duì)甲醇加量為20%(w)和0.6%(w)HPG醇基壓裂液的流變性能、濾失系數(shù)及破膠液性能等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3結(jié)果與討論

3.1醇對(duì)壓裂液性能影響

當(dāng)甲醇加量超過(guò)5%(w)以后，HPG分子溶脹受到明顯影響，基液放置一段時(shí)間后，燒杯底部會(huì)出現(xiàn)大量絮狀物。當(dāng)有機(jī)硼加量0.25%(w)，與不同甲醇濃度的基液進(jìn)行交聯(lián)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)5%(w)和10%(w)甲醇含量的基液具有一定的成膠效果，但凍膠不能挑掛，用玻璃棒輕微攪拌，壓裂液迅速“變碎”，常溫下靜置2 min，脫水，自動(dòng)破膠。

分析原因?yàn)椋篐PG分子與強(qiáng)極性的水分子結(jié)合才能溶脹，擴(kuò)展為線狀，極性較弱的甲醇，對(duì)HPG分子的溶脹具有抑制作用，濃度越高抑制作用越強(qiáng)。由于醇的存在，使得大量HPG分子無(wú)法溶脹或者溶脹不完全，形成絮狀物而沉降，從而導(dǎo)致HPG有效濃度大幅度降低，與硼酸根離子交聯(lián)時(shí)，成膠能力很弱，即便成膠也很容易發(fā)生脫水自動(dòng)破膠。

3.2醇基壓裂液配方研究

3.2.1溶脹助劑評(píng)選

研究了一種醇基壓裂液溶脹助劑JC-1，該添加劑能夠有效屏蔽甲醇對(duì)HPG分子溶脹的不利影響，加快HPG分子的溶脹速度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在基液中加入0.5%(w)JC-1，含20%(w)甲醇的水可正常配制HPG基液，長(zhǎng)時(shí)間放置性能穩(wěn)定，無(wú)絮狀沉淀產(chǎn)生，測(cè)得0.6%(w)HPG基液黏度在80 mPa·s左右。

3.2.2交聯(lián)促進(jìn)劑評(píng)選

溶脹助劑可改善HPG在醇基介質(zhì)中的溶脹性能，但所形成的凍膠挑掛性能很差，靜置時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，故研究了交聯(lián)促進(jìn)劑JC-2。該添加劑能促進(jìn)硼酸根離子的生成，提高硼酸根離子的有效濃度，在加量為0.5%(w)時(shí)，即可產(chǎn)生良好的促進(jìn)交聯(lián)效果。室內(nèi)試驗(yàn)表明，0.60%(w)HPG醇基交聯(lián)液凍膠在120 ℃、170 s-1條件下連續(xù)剪切120 min，黏度為130～310 mPa·s，表現(xiàn)出良好的耐溫耐剪切性能。

3.2.3壓裂液配方研究

在篩選出JC-1、JC-2醇基壓裂液特殊添加劑的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了pH值調(diào)節(jié)劑、助排劑、黏土穩(wěn)定劑等常規(guī)壓裂液添加劑的篩選及濃度優(yōu)化，最終形成了醇基壓裂液的配方。

基液：20%(w)～30%(w)CH3OH+0.5%(w)～0.6%(w)HPG+2%(w)KCl+0.5%(w)JC-1+0.5%(w)JC-2+其他添加劑

交聯(lián)液：0.25%(w)C-200交聯(lián)劑。

3.3醇基壓裂液性能評(píng)價(jià)

3.3.1流變性能

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表1)可以看出，壓裂液經(jīng)剪切90 min后，稠度系數(shù)K′仍保持較高的值，表現(xiàn)出較好的增稠效果；流態(tài)指數(shù)n′相對(duì)變化率為8.2%，說(shuō)明其抗剪切降解的能力較強(qiáng)。

表1 醇基壓裂液流變性能Table1 Rheologicalpropertyofalcoholfracturingfluid時(shí)間/min3090平均K'/(Pa·sn)2.6212.4352.528n'0.54990.50480.5274 注:實(shí)驗(yàn)溫度為120℃。

3.3.2濾失性能測(cè)定

3.3.3破膠液性能

將適量過(guò)硫酸銨加入到壓裂液中，在90 ℃恒溫水浴中可完全破膠，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，醇基壓裂液具有破膠液黏度低、低表/界面張力、低殘?jiān)康奶攸c(diǎn)。

表2 醇基壓裂液破膠液性能Table2 Gelbreakingliquidpropertyofalcoholfracturingfluid破膠液黏度/(mPa·s)表、界面張力/(mN·m-1)殘?jiān)?(mg·L-1)測(cè)定值平均值測(cè)定值平均值測(cè)定值平均值1.812.221.931.9920.20、1.0119.79、0.9219.79、0.9819.93、0.97352270302307

3.3.4巖心傷害評(píng)價(jià)

選取某區(qū)塊低滲透天然巖心，進(jìn)行傷害評(píng)價(jià)。測(cè)得巖心初始?xì)鉁y(cè)滲透率為7.265×10-3μm2，擠入醇基壓裂液破膠液3～5 PV，保溫保壓2 h后，巖心滲透率為5.571×10-3μm2，傷害率為23%。而同等試驗(yàn)條件下，常規(guī)HPG壓裂液巖心傷害率35%。因此，醇基壓裂液具有較低的巖心傷害特征。

4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

JZ1井為JN氣田一口深層致密砂巖探井，措施井段4 862.0～4 941.6 m/2層，井溫133.5 ℃，綜合評(píng)價(jià)為Ⅲ類差氣層。低孔、低滲、微細(xì)孔喉半徑特征明顯，考慮降低儲(chǔ)層傷害、提高壓后返排效果的需要，采用醇基壓裂液施工。

該井共泵入醇基壓裂液180 m3，破裂壓力84 MPa，施工壓力75～95 MPa，施工排量2.7～4.1 m3/min，平均砂比12.3%，施工結(jié)束立即開(kāi)井放噴，5 h內(nèi)液體返排率50%。放噴35 min后，點(diǎn)火成功。測(cè)試穩(wěn)定產(chǎn)量2.0×104m3/d，高于采用常規(guī)HPG壓裂液措施的鄰井(鄰井最高產(chǎn)量1.0×104m3/d，且產(chǎn)量下降較快)。

5結(jié) 論

(1) 以低分子醇類溶液為介質(zhì)、羥丙基胍膠(HPG)為稠化劑，通過(guò)研制專用溶脹助劑和交聯(lián)促進(jìn)劑，實(shí)現(xiàn)了HPG配制醇基壓裂液。該壓裂液性能優(yōu)良，適應(yīng)于低滲透、敏感性、水鎖傷害大的儲(chǔ)層。

(2) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，醇基壓裂液能有效降低儲(chǔ)層傷害，提高措施效果，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 孫勇， 任山， 王世澤， 等. 川西低滲致密氣藏難動(dòng)用儲(chǔ)量壓裂關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 鉆采工藝, 2008, 31(4): 68-70.

[2] 孫川， 劉友權(quán)， 熊穎, 等. 川中沙溪廟致密油藏壓裂液技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 石油與天然氣化工， 2014, 43(4): 409-412.

[3] 鐘新榮， 黃雷， 王利華. 低滲透氣藏水鎖效應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 特種油氣藏， 2008， 15(6)： 13-23.

[4] 黃貴存， 馬飛， 李勇明， 等. 致密碎屑巖氣藏低傷害壓裂液的研究與應(yīng)用[J]. 石油與天然氣化工， 2011， 40(3): 289-293.

[5] 姚麗蓉， 李曉君， 曾文廣， 等. 高溫、高鹽、深層凝析氣藏水鎖傷害及解除研究[J]. 石油鉆采工藝， 2010， 32(增刊1): 149-151.

[6] 盧紅杰， 郭建設(shè)， 周波， 等. 巴喀致密砂巖氣藏醇基壓裂液研究及效果評(píng)價(jià)[J]. 天然氣勘探與開(kāi)發(fā)， 2012， 35(2): 70-73.

[7] 李學(xué)康， 司馬立強(qiáng)， 宋華清， 等. 醇基酸醇基壓裂液在蜀南地區(qū)須家河組的應(yīng)用前景[J]. 鉆采工藝, 2006, 29(4): 70-72.

[8] 葉成林, 王國(guó)勇. 體積壓裂技術(shù)在蘇里格氣田水平井開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用——以蘇53區(qū)塊為例[J]. 石油與天然氣化工， 2013, 42(4): 382-386.

[9] 舒玉華， 陳作， 盧擁軍， 等. 低分子有機(jī)醇對(duì)泡沫壓裂液性能的影響[J]. 天然氣技術(shù), 2007, 1(4) : 38-40.

[10] ECONOMIDES M J， MARTIN T. Modern fracturing enhancing natural gas production[M]. 盧擁軍， 譯. 北京： 石油工業(yè)出版社, 2012.

Research and application of alcohol fracturing fluid

Li Kuidong

(OilProductionTechnologyResearchInstituteofJianghanOilfield,Wuhan430035,China)

Abstract:The alcohol fracturing fluid prepared with low molecular weight alcohols can be used in low permeability tight reservoirs to promote flow back, effectively relieve water locking, and increase production of wells. The influence mechanism of alcohols to hydroxypropyl guar gum swelling and crosslinking reaction was analyzed. Special solubilizer and crosslinking promoter have been developed, the alcohol fracturing fluid (alcohols amount up to 20%) have been successfully prepared by HPG. The fluid system was applied on tight sandstone gas reservoir in JN gas field, and the effect was superior to the adjacent wells of similar reservoirs.

Key words:alcohol fracturing fluid, water locking, tight sandstone gas reservoir

收稿日期：2014-09-15；編輯：馮學(xué)軍

中圖分類號(hào)：TE357.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.02.018

作者簡(jiǎn)介：李奎東(1983-)，山東安丘人，2005年畢業(yè)于西安交通大學(xué)，現(xiàn)任江漢油田采油工藝研究院采氣所副所長(zhǎng)。主要從事油田化學(xué)、儲(chǔ)層改造方面的科研工作。E-mail：tfang713@163.com