油井壓裂液返排率提高技術研究現(xiàn)狀

劉 杰，周 雪，孫 昆，姬文瑞，田耕虎

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

壓裂工藝是開發(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發(fā)。其廣泛應用于新井壓裂投產(chǎn)、老井原層復壓、控縫壓裂、轉向壓裂、縫網(wǎng)壓裂等新工藝、新技術當中，在延長油田各油區(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、對地層傷害小等優(yōu)點，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，具有較強的粘彈性與塑性，破膠降粘相對困難，裂縫中殘留的壓裂液可能會降低裂縫的導流能力，對地層造成一定的傷害［3］。因此必需采取措施，最大可能地、及時快速地排出井內的外來流體，提高返排率，以減小對地層的傷害，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)，對地層巖石及流體性質、外來工作液性質以及其相互作用等方面進行綜合分析，得出影響壓裂排液的因素主要有原始地層壓力及儲層物性、外來增產(chǎn)液對油氣層產(chǎn)生損害(殘液固相堵塞引起絕對滲透率的降低、施工作業(yè)過程引起儲集層中粘土礦物的膨脹和顆粒運移、垢的生成、液相堵塞)、乳狀液等［4］。

目前延長油田為減少由于壓裂液破膠不完全、返排不徹底對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。

針對目前水基凍膠壓裂液的大量使用，對壓裂液壓后返排技術最基本的研究還是著手于破膠劑的研究與開發(fā)。破膠劑的主要作用是使壓裂液中的凍膠發(fā)生化學降解，由大分子變成小分子，有利于壓后返排，減少對儲集層的傷害。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，國內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［4］。

目前延長油田就提高壓裂液破膠返率排技術，采用的破膠方法主要有化學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。壓裂液中加入強氧化劑體系，pH值在3～14.0之間均可使用。最常用的是過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鉀等過硫酸鹽，用量在0.01～0.2 mg/L。其破膠原理是通過硫酸鹽的強氧化性，與凍膠發(fā)生氧化還原反應，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。由于過硫酸鹽的反應分解最快在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復合解堵技術。HRS復合解堵技術是利用由多種化學組份組成的復合解堵劑，在井下緩慢釋放出二氧化氯，利用二氧化氯的強氧化作用，激發(fā)有機環(huán)上的不活潑氫，通過脫氫反應，生成不穩(wěn)定的羥基取代中間體，發(fā)生開環(huán)裂解，使聚合物的分子結構由長鏈變短鏈，其粘度大幅度下降，流動性變好而易于從地層排出，從而解除了對地層的堵塞。

(3)生物酶破膠壓裂技術。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，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的生物制劑，其破膠機理就是通過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，減少聚合物傷害，以提高增產(chǎn)效率。

2 現(xiàn)場應用情況

(1)HRS復合解堵技術試驗58口，其中新井29口，老井29口，投資203萬元，累計增油3939.4 t，投入產(chǎn)出比為1∶3.9。

選取的29口新井應用HRS復合解堵技術平均單井日產(chǎn)油1.16 t，對比常規(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計算，平均單井可增加32.4 t。稅后原油單價按2057元/t計算，單井可產(chǎn)生經(jīng)濟效益6.66萬元/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)量進行對比如下:

表1 新井措施產(chǎn)量對比

選取的29口老井進行老井換層和原層復壓，應用HRS復合解堵技術后平均單井日產(chǎn)油1.12 t，對比常規(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計算，平均單井可增加19.8 t。稅后原油單價按2057元/t計算，單井可產(chǎn)生經(jīng)濟效益4.07萬元/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)量進行對比如表2。

(2)生物酶破膠壓裂技術試驗10口，其中新井5口，老井5口，投資35萬元，累計增油421.9 t，投入產(chǎn)出比為1∶2.5。

選取的5口新井應用生物酶破膠壓裂技術平均單井日產(chǎn)油1.33噸，對比常規(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計算，平均單井可增加27.9 t。稅后原油單價按2057元/噸計算，單井可產(chǎn)生經(jīng)濟效益5.74萬元/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)量進行對比如表3。

選取的5口老井進行老井換層和原層復壓，措施前平均單井日產(chǎn)油0.6 t，應用生物酶破膠壓裂技術后平均單井日產(chǎn)油1.27 t，增油0.67 t，對比常規(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計算，平均單井可增加21.6 t。稅后原油單價按2057元/t計算，單井可產(chǎn)生經(jīng)濟效益4.44萬元/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)量進行對比如表4。

表2 老井措施產(chǎn)量對比

表3 新井措施產(chǎn)量對比

表4 老井措施產(chǎn)量對比

3 結論

(1)化學破膠目前在國內使用比較普遍，破膠后的返排粘度達到10 mPa·s左右，能夠使油層中的有機物堵塞得到不同程度的解除，提高地層裂縫及孔隙的導流能力，擴大泄油面積，達到降殘增油的目的。但其化學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破膠，它具有專一性強、破膠徹底、低殘渣等特性，斷裂化學鍵的反應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到5 mPa·s左右，可減少對油層的污染，改善油層壓裂后的物性，從而達到保護油層，提高油井產(chǎn)量的目的。而酶本身在胍膠降解前后不變，只是參與反應過程，反應后又恢復原狀，繼續(xù)參加反應，所以生物酶破膠劑在短時間內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)對于油層較淺、地層溫度較低的情況，使用傳統(tǒng)破膠劑時需加入一定量的激活劑，使用生物酶破膠需適當提高酶的濃度，且溫度對破膠速度有較為明顯的影響，溫度越高，破膠速度越快。

(4)通過相關實驗研究，單從破膠效果和經(jīng)濟效益方面考慮，化學破膠和生物破膠配合使用比單獨使用效果要好，對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始前開始注入?？紤]到壓裂過程中溫度的變化，以楔形方式追加破膠劑，實現(xiàn)壓裂液的徹底破膠返排。但施工現(xiàn)場常出現(xiàn)因破膠劑追加時間和方式的不合理，而造成攜砂液提前破膠，局部水化速度過快，壓力異常甚至造成砂堵等事故，因此應不斷研究總結合適的追加方式、工藝技術和追加時間，并應用合適的工藝技術達到延遲壓裂過程中破膠的目的。

(6)從施工井的對比增油情況看，有效果，但因井而異，因層而異，針對不同區(qū)塊，不同油層，無論選取哪種破膠方法，均需進一步加強室內實驗研究和現(xiàn)場施工總結，對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價，進一步摸清技術的適用性，以降低風險投資，提高投入產(chǎn)出比。

(7)不斷優(yōu)化壓裂工藝措施，壓后關井，壓裂液破膠水化后，使裂縫充分閉合，避免過早開井造成地層“吐”砂，影響裂縫的導流能力，關井1 h后，用4 mm－8 mm油嘴控制放噴。同時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發(fā)油田，達到提高開發(fā)效果的目的。

［1］劉寶和.中國油氣田開發(fā)志.延長油氣田卷［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研究［J］.科學技術與工程，2011，13(11):2921－2924.

［3］萬仁溥.采油工程手冊［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2000:111－122.

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