牟漢生

(中國石油化工股份有限公司東北油氣分公司，吉林長春 130062)

致密砂巖氣藏通常具有低孔(孔隙度小于10%)、低滲(滲透率小于0.5×10-3μm2)、低含氣飽和度(小于60%)以及高含水飽和度(大于40%)的特點[1-4]，屬于非常規(guī)天然氣，與常規(guī)天然氣藏相比，致密砂巖氣藏的勘探與開發(fā)難度較大。為了提高致密砂巖氣藏的開發(fā)效率，通常需要采取壓裂等措施以增大儲層的滲流能力，而壓裂液性能就成為致密砂巖氣藏壓裂施工的關(guān)鍵[5-12]。因此，研究高性能壓裂液體系對提高致密砂巖氣藏的采收率具有較重要的意義。

龍鳳山地區(qū)致密砂巖氣藏位于松遼盆地南部，天然氣資源比較豐富，已在營城組三段和四段勘探發(fā)現(xiàn)了工業(yè)氣流[13-14]，目前該地區(qū)已有探井20余口，開發(fā)井60余口。該地區(qū)前期水力壓裂施工采用的滑溜水壓裂液和常規(guī)胍膠壓裂液對儲層的傷害較大，因此，需要對壓裂液體系進行優(yōu)化研究，以提高該地區(qū)致密砂巖氣藏的壓裂施工效率。筆者以龍鳳山地區(qū)致密砂巖氣藏為研究對象，通過對高效減阻劑、助排劑以及黏土穩(wěn)定劑的優(yōu)選評價，開發(fā)出一套適合龍鳳山地區(qū)致密砂巖氣藏的高效低傷害壓裂液體系，并對其綜合性能進行了評價，以期為龍鳳山地區(qū)致密砂巖氣藏的高效合理開發(fā)提供一定的技術(shù)支持。

1 試驗部分

1.1 試驗材料及儀器

減阻劑CJZ-1、CJZ-2、CJZ-3、LJZ-1、LJZ-2和LJZ-3，實驗室自制；助排劑SZP-1、SZP-2和SZP-3，實驗室自制；助排劑HAR-1、HAR-3和JC-2，市售；黏土穩(wěn)定劑SFP-1、SFP-2和SFP-3，實驗室自制；黏土穩(wěn)定劑HCOOK、KCl和聚胺，市售；現(xiàn)場用滑溜水壓裂液、常規(guī)胍膠壓裂液，取自目標(biāo)區(qū)塊現(xiàn)場；天然巖心(長度均為6.0 cm，直徑均為2.5 cm)，取自龍鳳山地區(qū)致密砂巖氣藏儲層段。

管路摩阻測試儀，南通儀創(chuàng)實驗儀器有限公司；K100型力學(xué)法表面張力儀，蘇州貝銳儀器科技有限公司；MCR-302型旋轉(zhuǎn)流變儀，奧地利安東帕公司；巖心驅(qū)替實驗裝置，荊州塔林機電設(shè)備制造有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 減阻性能試驗方法

配制一定濃度不同類型的減阻劑溶液，使用管路摩阻測試儀測定了不同類型減阻劑溶液和壓裂液體系的減阻性能。

1.2.2 表面張力測定方法

配制一定濃度不同類型的助排劑溶液，使用K100型力學(xué)法表面張力儀測定不同溶液的表面張力值。

1.2.3 防膨性能測定方法

參照石油與天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5971—1994《注水用黏土穩(wěn)定劑性能評價方法》中的離心管法，對不同類型黏土穩(wěn)定劑的防膨性能進行了評價。

1.2.4 流變性能測定方法

參照石油與天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5107—2016《水基壓裂液性能評價方法》中的試驗方法，使用安東帕MCR-302型旋轉(zhuǎn)流變儀測定了壓裂液體系的流變性能。

1.2.5 巖心基質(zhì)滲透率傷害性能測定方法

參照石油與天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5107—2016《水基壓裂液性能評價方法》中的試驗方法，以巖心滲透率損害率為評價指標(biāo)，使用壓裂液濾液評價了其對目標(biāo)區(qū)塊儲層段天然巖心基質(zhì)滲透率的傷害情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 高效低傷害壓裂液體系構(gòu)建

2.1.1 高效減阻劑優(yōu)選

按照1.2.1中的試驗方法，對不同類型減阻劑溶液的減阻率進行了評價，試驗用摩阻儀的管徑為0.8 cm，流量選擇為3.0 m3/h，試驗溫度為60 ℃，減阻劑加量(w)均為0.2%，試驗結(jié)果見圖1。

圖1 減阻劑類型對減阻效果的影響

由圖1可見：6種不同類型減阻劑的減阻率基本均在50%以上，其中減阻劑LJZ-2的減阻效果最好，當(dāng)其加量(w)為0.2%時，減阻率達(dá)到65%以上。因此，選擇LJZ-2作為高效低傷害壓裂液體系的減阻劑。

2.1.2 助排劑優(yōu)選

按照1.2.2中的試驗方法，測定了不同類型助排劑溶液的表面張力值，助排劑的加量(w)均為1.5%，試驗結(jié)果見圖2。

由圖2可見：6種不同類型助排劑溶液的表面張力值均低于30 mN/m，其中助排劑HAR-3溶液的表面張力值最低，當(dāng)其加量(w)為1.5%時，能使溶液的表面張力值降低至21.2 mN/m。因此，選擇HAR-3作為高效低傷害壓裂液體系的助排劑。

圖2 助排劑類型對溶液表面張力的影響

2.1.3 黏土穩(wěn)定劑優(yōu)選

按照1.2.3中的試驗方法，使用目標(biāo)區(qū)塊儲層段天然巖心粉[研磨后過0.180 mm(80目)篩]評價了不同類型黏土穩(wěn)定劑的防膨性能，黏土穩(wěn)定劑的加量(w)均為2%，試驗溫度均為儲層溫度(60 ℃)，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 不同類型黏土穩(wěn)定劑的防膨效果

由圖3可見：不同類型的黏土穩(wěn)定劑對目標(biāo)區(qū)塊儲層段巖心粉末均能起到一定的防膨效果，防膨率均可以達(dá)到60%以上。黏土穩(wěn)定劑SFP-1的防膨效果最好，當(dāng)其加量(w)為2%時，防膨率可以達(dá)到98%以上，能夠較好地抑制黏土礦物的水化膨脹。因此，選擇SFP-1作為高效低傷害壓裂液體系的黏土穩(wěn)定劑。

2.1.4 高效低傷害壓裂液體系配方

綜合以上高效減阻劑、助排劑以及黏土穩(wěn)定劑優(yōu)選評價試驗結(jié)果，最終確定適合龍鳳山地區(qū)致密砂巖氣藏的高效低傷害壓裂液體系配方(w)為：0.2%高效減阻劑LJZ-2+1.5%助排劑HAR-3+2.0%黏土穩(wěn)定劑SFP-1。

2.2 高效低傷害壓裂液體系性能評價

2.2.1 流變性能

按照1.2.4中的試驗方法，測定了高效低傷害壓裂液體系的流變性能，試驗剪切速率為170 s-1，試驗溫度為60 ℃，剪切時間為60 min，試驗結(jié)果見圖4。

圖4 不同剪切時間對壓裂液黏度的影響

由圖4可見：隨著剪切時間的不斷延長，高效低傷害壓裂液體系的黏度值有所降低，但整體降低的幅度比較小。當(dāng)試驗溫度為60 ℃，剪切時間達(dá)到60 min時，壓裂液體系的黏度值仍能保持在30 mPa·s以上。說明開發(fā)的高效低傷害壓裂液體系具有良好的耐溫抗剪切性能，在高溫高剪切條件下仍能保持良好的流變性能，可以滿足致密砂巖氣藏壓裂施工對壓裂液流變性的基本要求。

2.2.2 減阻性能

按照1.2.1中的試驗方法，測定了高效低傷害壓裂液體系的減阻性能，試驗流量為0.5～3.0 m3/h，試驗溫度為60 ℃，并與現(xiàn)場用滑溜水壓裂液體系的減阻性能進行了對比，試驗結(jié)果見圖5。

圖5 不同類型壓裂液的減阻性能

由圖5可見：隨著試驗流量的不斷增大，2種不同類型壓裂液的減阻率均呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，其中高效低傷害壓裂液體系的減阻率明顯高于現(xiàn)場用滑溜水壓裂液體系。當(dāng)試驗流量達(dá)到3 m3/h時，高效低傷害壓裂液體系的減阻率可以達(dá)到70%以上，而現(xiàn)場用滑溜水壓裂液體系的減阻率僅為60%左右。說明開發(fā)的高效低傷害壓裂液體系的減阻效果較好，明顯優(yōu)于現(xiàn)場用滑溜水壓裂液體系，能夠滿足龍鳳山地區(qū)致密砂巖氣藏大規(guī)模體積壓裂施工對壓裂液體系減阻性能的要求，提高了壓裂施工的效率。

2.2.3 對巖心基質(zhì)滲透率的傷害性能

按照1.2.5中的試驗方法，使用巖心驅(qū)替試驗裝置對高效低傷害壓裂液體系的傷害性能進行了評價，并與現(xiàn)場用滑溜水壓裂液體系和常用的胍膠壓裂液體系進行了對比，驅(qū)替流速設(shè)置為0.5 mL/min，試驗溫度為60 ℃，試驗結(jié)果見表1。

表1 不同類型壓裂液對巖心基質(zhì)滲透率的影響

由表1可見：目標(biāo)區(qū)塊儲層段天然巖心經(jīng)過不同類型的壓裂液污染后，滲透率均有所降低，其中高效低傷害壓裂液體系對天然巖心基質(zhì)滲透率的傷害率最小，平均僅為6.7%，基質(zhì)滲透率傷害較?。欢F(xiàn)場用滑溜水壓裂液體系和常規(guī)胍膠壓裂液體系對天然巖心的平均傷害率則分別達(dá)到了15.5%和33.4%，基質(zhì)滲透率傷害較嚴(yán)重。說明開發(fā)的高效低傷害壓裂液體系具有良好的低傷害特性，能夠確保在壓裂施工過程中不會對地層產(chǎn)生嚴(yán)重的基質(zhì)傷害，保證壓裂施工的效果。

3 結(jié)論

1)通過高效減阻劑、助排劑以及黏土穩(wěn)定劑的優(yōu)選評價試驗，開發(fā)出一種適合龍鳳山地區(qū)致密砂巖氣藏的高效低傷害壓裂液體系，其具體配方(w)為：0.2%高效減阻劑LJZ-2+1.5%助排劑HAR-3+2.0%黏土穩(wěn)定劑SFP-1。

2)壓裂液體系綜合性能評價結(jié)果表明：高效低傷害壓裂液體系在地層溫度條件下剪切60 min后，體系的黏度值仍能保持在30 mPa·s以上，具有良好的流變性能；該壓裂液體系的減阻性能明顯優(yōu)于現(xiàn)場用滑溜水壓裂液體系，當(dāng)試驗流量達(dá)到3 m3/h時，壓裂液體系的減阻率可以達(dá)到70%以上；該壓裂液體系對目標(biāo)區(qū)塊儲層段天然巖心的基質(zhì)滲透率傷害率明顯低于現(xiàn)場用滑溜水壓裂液和常規(guī)胍膠壓裂液，具有良好的低傷害特性。開發(fā)的高效低傷害壓裂液體系能夠滿足龍鳳山地區(qū)致密砂巖氣藏的壓裂施工要求。