選油站處理水配清潔壓裂液在南泥灣采油廠的應(yīng)用

周會(huì)強(qiáng)，李俊華，李 新，孫 敏，李叢妮

（1.陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院，陜西 西安710054；2.陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán))有限責(zé)任公司南泥灣采油廠，陜西 延安716000）

南泥灣油田延長(zhǎng)組油藏屬特低滲油藏，含油性主要受巖性控制，儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重，具多層相間的復(fù)雜油水關(guān)系，油水分異差，無明顯的油水界面。油藏埋深淺（油層深度550～820m），無自然產(chǎn)能。南泥灣油田延長(zhǎng)組包括長(zhǎng)2、長(zhǎng)4+5 及長(zhǎng)6 儲(chǔ)層，儲(chǔ)層為低孔、低滲儲(chǔ)層，油藏受巖性- 物性控制為主，油藏的彈性驅(qū)動(dòng)能量有限，壓裂改造是獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能的條件，生產(chǎn)方式為抽汲生產(chǎn)。由于埋藏較淺，井溫低，常規(guī)胍膠壓裂施工均存在低溫破膠困難，殘?jiān)扛?，?duì)儲(chǔ)層傷害大等缺點(diǎn)[2，3]。為此，2012 年開始采用清潔壓裂液體系，2013 年4 月結(jié)合南泥灣采油廠油田產(chǎn)出水處理難度大，存儲(chǔ)罐憋罐等問題，我們對(duì)現(xiàn)有VES 清潔壓裂液進(jìn)行改進(jìn)，添加緩蝕、阻垢及防乳組分，針對(duì)這一體系開展了室內(nèi)系統(tǒng)評(píng)價(jià)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，形成具有緩蝕、阻垢、防乳等多功能的華科清潔壓裂液（HK-5）體系。

1 華科清潔壓裂液機(jī)理

華科清潔壓裂液（HK-5）體系，通過長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽的雙支鏈上嫁接大官能進(jìn)行改性，加入陰離子表面活性劑、分散劑、阻垢劑和交聯(lián)劑，利用分子之間的包裹特性使得其粘度很低，在低溫下可以保持較好的流動(dòng)性及溶解性，不會(huì)出現(xiàn)渾濁、沉淀或凝固的現(xiàn)象，稀釋后會(huì)形成一種膠束狀微胞，這種微胞的親水基在外，疏水基在內(nèi)，若表面活性劑超過臨界膠束濃度（CMC），球狀的膠束會(huì)變成桿狀或蠕蟲狀的微胞，蠕蟲狀的膠束微胞會(huì)纏繞在一起，阻止液體流動(dòng)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)黏彈性很好的凝膠體系[4]，使其耐溫、耐剪切和攜砂性能均有了較大的提高；同時(shí)在防乳化、減少地層孔喉堵塞等方面比傳統(tǒng)的“VES”的性能優(yōu)越。

2 華科清潔壓裂液體系室內(nèi)研究

與瓜爾膠水基壓裂體系不同，VES 型清潔壓裂液體系屬粘彈性表面活性劑壓裂體系，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用SY/T 6376-2008《壓裂液通用技術(shù)條件》中的表4（粘彈性表活劑壓裂液通用技術(shù)指標(biāo)），其化驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)采用SY/5107-2005《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》。室內(nèi)配方為：1.5%HK-5A+0.25%HK-5B。

2.1 選油站處理水水質(zhì)分析

表1 南泥灣采油廠選油站處理水質(zhì)分析（mg·L-1）Tab.1 Analysis of the output water quality of NanniwanOilfield

2.2 選油站處理水與地層水配伍性

配伍性決定著壓裂體系的效果，使用前必須進(jìn)行配伍性實(shí)驗(yàn)，室內(nèi)用選油站處理水在一定比例之后配制成選油站處理水清潔壓裂液。

（1）試驗(yàn)方法 與地層水配伍性觀察:破膠液與地層水按1∶2.1∶1,2∶1 的體積比混合，在不同溫度下觀察是否產(chǎn)生沉淀，放置時(shí)間均為4h。

（2）試驗(yàn)結(jié)果 無沉淀、無絮凝。

表2 配伍性數(shù)據(jù)表Tab.2 Compatibility data

2.3 穩(wěn)定性

選油站處理水配制的HK 系列清潔壓裂液屬于表面活性劑，不會(huì)被細(xì)菌腐蝕變，在常溫下采用清水配制好的低黏度分子膠束壓裂液放置120h，每24h 測(cè)量1 次黏度，在放置期內(nèi)壓裂液表觀黏度幾乎無任何變化[5]（見圖1）。采用選油站處理水配制的HK 清潔壓裂液由于采出水中含有一定比例的油或者其他化學(xué)物質(zhì)，可以發(fā)現(xiàn)HK 清潔壓裂液體系粘度隨著時(shí)間增加粘度有所降低，在8h 之后達(dá)到40mPa·s-1以下，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的條件要求（見圖2）。

圖1 清水配制HK 清潔壓裂液穩(wěn)定性Fig.1 Stability of HK clean fracturing fluid by water

圖2 選油站處理水配制HK 清潔壓裂液穩(wěn)定性Fig.2 Stability of HK clean fracturing fluid by oil water

在30℃條件下放置8h，溶液的粘度保持穩(wěn)定，說明合理安排好時(shí)間可以采用選油站處理水配制清潔壓裂液進(jìn)行工業(yè)化施工。

2.4 耐溫耐剪切性能

用油田產(chǎn)出水配制的壓裂液在40℃和170s-1條件下連續(xù)剪切120min 后[6]，壓裂液凍膠的表觀粘度仍保持在50mPa·s以上，且在整個(gè)耐溫耐剪切性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)過程中，壓裂液的表觀粘度表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性能，能夠較好的滿足現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工作業(yè)的要求。

圖3 40℃條件下抗剪切性能Fig.3 Shear performance diagram under the condition of 40℃

2.5 油田產(chǎn)出水壓裂液濾失特征

室內(nèi)用濾失儀，在室內(nèi)條件下測(cè)得的濾失特征參數(shù)[7]，見表3，可以看出用油采出水配制的壓裂液與清水配制的壓裂液濾失特征差異不大。

表3 濾失性能Tab.3 Filtration performance

2.6 清潔壓裂液懸砂性能

對(duì)HK 清潔壓裂液體系進(jìn)行了懸砂性能評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)方法為：將壓裂液裝入200mL 量筒中，觀察砂粒的沉降速度。果表明，石英砂和陶粒的沉降速度分別為4.72×10-4mm·s-1和5.56×10-4mm·s-1，因此，壓裂液體系可以滿足懸砂的需要。

表4 HK 清潔壓裂液靜態(tài)攜砂性能Tab.4 HK clean fracturing fluid static sand carrying capability

2.7 破膠性能

（1）25℃下，分別測(cè)定不同濃度的原油，對(duì)HK-5 清潔壓裂液破膠效果。壓裂液配好后靜置30min 穩(wěn)定，起始粘度為55.60mPa·s，分裝400mL·杯-1，2 份。再按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)加入破膠劑，25℃下破膠。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。

表5 25℃下，不同破膠劑及用量的破膠效果Tab.5 Different gel breaking agent and dosage of gel breaking effect under the condition of 25℃

（2）25℃下，分別測(cè)定不同破膠時(shí)間對(duì)HK-5 清潔壓裂液破膠效果的影響。壓裂液配好后靜置4h穩(wěn)定，起始粘度為55.60mPa·s，分裝400mL·杯-1，置于25℃下破膠，采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)粘度。壓裂液實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。

表6 25℃下，不同用量原油對(duì)體系的破膠效果Tab.6 Different amount of crude oil on thesystem break effect under the condition of 25℃

HK 清潔壓裂液可通過與原油接觸或采用地層水、淡水稀釋的方法破膠。HK 清潔壓裂液的破膠性能實(shí)驗(yàn)表明，壓裂液與原油接觸容易破膠，最多320min 即可破膠，而通過地層水稀釋破膠較慢，因?yàn)橄♂屝枰罅康牡貙铀?，采用選油站處理水配制HK 清潔壓裂液，由于選油站處理水中含有一定量的原油及其他有機(jī)組分，壓裂液體系破膠更徹底，采用VES 專用破膠劑HK-518，HK 清潔壓裂液可以做到在2h 內(nèi)破膠，實(shí)現(xiàn)快速施工、快速返排進(jìn)一步降低對(duì)地層傷害，提高油井產(chǎn)量的目的。

2.8 巖心傷害

室內(nèi)采用高溫高壓巖心流動(dòng)儀進(jìn)行了巖心傷害實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)了清潔壓裂液巖心的傷害情況[1]。評(píng)價(jià)方法：先用油田產(chǎn)出水測(cè)出巖心的滲透率，然后取破膠液在6MPa 壓差下向巖心驅(qū)替2h，再用油田產(chǎn)出水反向驅(qū)替，測(cè)定滲透率下降程度。共進(jìn)行了四塊延長(zhǎng)油田巖心傷害實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表7。

表7 巖心傷害實(shí)驗(yàn)Tab.7 Core damage experiments

由表7 可以看兩種類型的壓裂液巖心傷害相差不大，基本上滿足壓裂施工的要求。

3 HK 清潔壓裂液現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2013 年6 月，在南泥灣采油廠松287 井組進(jìn)行了2 井次的清潔壓裂液試驗(yàn)，同時(shí)與采用常規(guī)胍膠壓裂液的松287-1 井至松287-5 井的最高日產(chǎn)量、平均單井日產(chǎn)量分析對(duì)比，產(chǎn)量結(jié)果見表8[8，9]。

表8 松287 井組產(chǎn)量對(duì)比Tab.8 Yield comparison of pine 287 well group

由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，松287-7 井采取的選油站處理水配清潔壓裂液是投產(chǎn)10d 內(nèi)平均單口井日產(chǎn)量最高，總產(chǎn)量最高。由此可以分析，選油站處理水配清潔壓裂液體系具有較低的濾失性和適宜的破膠時(shí)間，能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

4 結(jié)論和建議

（1）HK 清潔壓裂液為粘彈性壓裂體系，可以用選油站處理水配置；

（2）選油站處理水配制的清潔壓裂液與儲(chǔ)層具有更好的配伍性，具有良好的穩(wěn)定性、攜砂性以及無殘?jiān)?、?chǔ)層低傷害等優(yōu)點(diǎn)；

（3）HK 清潔壓裂液與常規(guī)胍膠壓裂液體系相比，其優(yōu)點(diǎn)為:

①可以用選油站處理水配置，配液簡(jiǎn)單、藥劑種類少，操作簡(jiǎn)易；

②HK 清潔壓裂液為低分子量表面活性劑，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于瓜爾膠；

③攜砂性好，砂比最高可達(dá)40%以上，省液；

④破膠后殘?jiān)可?，?duì)地層滲透率傷害小，從而油井產(chǎn)量比常規(guī)胍膠壓裂高；

（4）投產(chǎn)后，2 口試驗(yàn)井在投產(chǎn)10d 后，平均生產(chǎn)能力超過鄰井，并保持持續(xù)高于鄰井。

（5）建議在南泥灣采油廠進(jìn)一步試驗(yàn)推廣選油站處理水配制HK 清潔壓裂液技術(shù)。

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