迪那氣田壓裂液室內(nèi)評價與優(yōu)化

張 寶，劉子源，曾 努，楊兆中，馬亞琴

（1.中國石油塔里木油田公司油氣工程研究院，新疆庫爾勒 841000；2.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川成都 610500）

迪那氣田是一個常溫超高壓、超深層、低含凝析油的層狀邊水凝析氣藏。儲集巖以粉砂巖和細(xì)砂巖為主，儲集空間為孔隙-裂縫型[1-4]。迪那氣田擬投產(chǎn)井段在試油測試時獲得地層壓力資料，溫度128.9 ℃，氣層中深壓力為107.37 MPa，壓力系數(shù)為2.06，屬于高溫、異常高壓系統(tǒng)。從迪那氣田現(xiàn)有施工來看，加砂壓裂對提高單井產(chǎn)能效果明顯。對于迪那氣田壓裂施工，壓裂液需要滿足以下性能：耐高溫，良好的耐溫耐剪切性；低摩阻，延遲交聯(lián)時間應(yīng)控制在2 min～4 min；高密度，具有經(jīng)濟的密度加重；低傷害，追加的破膠劑應(yīng)在2 h 內(nèi)破膠，且黏度低于10 mPa·s。尤其是耐高溫低摩阻性能是決定壓裂施工成敗與否的重要因素。通過對迪那氣田現(xiàn)有壓裂液進(jìn)行室內(nèi)評價的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，從而優(yōu)選出一套適用于迪那氣田的深井延遲交聯(lián)加重壓裂液體系。

1 現(xiàn)有壓裂液室內(nèi)性能評價

現(xiàn)場提供的現(xiàn)有壓裂液配方如下：

0.5 %LYF-101（稠化劑）+15 %LYF-11（加重劑）+0.5 %LYF-14（溫度穩(wěn)定劑）+0.025 %LYF-12（pH 調(diào)節(jié)劑）+1 %LYF-02（助排劑）+1 %LYF-10（破乳劑）+0.1 %LYF-13（殺菌劑）+0.1 %LYF-B（調(diào)節(jié)劑）。

交聯(lián)劑：YLP-A：YLP-B=1：1，交聯(lián)比100：1。

破膠劑：1 %LYF-C，0.5 %LYF-D。

按照《水基壓裂液性能評價方法》（SY/T5107-2005）對壓裂液進(jìn)行性能評價，評價結(jié)果如下：

（1）壓裂液基液呈弱堿性，密度為1.05 g/cm3；（2）交聯(lián)時間為30 s，壓裂液具有良好的挑掛性；（3）其耐溫性能、耐剪切性能、破膠性能及其傷害評價均滿足標(biāo)準(zhǔn)[5-6]。

綜上所述，現(xiàn)有壓裂液的挑掛性、耐溫耐剪切性能、破膠性能及其傷害評價均滿足要求。但是其交聯(lián)時間較短，壓裂液密度較低。為了滿足深井高壓的壓裂施工要求，需要在原有壓裂液基礎(chǔ)上對交聯(lián)劑和加重劑進(jìn)行優(yōu)選和改進(jìn)。

2 壓裂液性能優(yōu)化

通過測試現(xiàn)場壓裂液性能的實驗結(jié)果可知，該壓裂液各方面性能都較為優(yōu)秀，基本滿足施工要求，但結(jié)合現(xiàn)場提供的生產(chǎn)資料綜合分析，仍有以下兩點問題：

（1）對于5 000 m 井深來說交聯(lián)時間較短，測試時間為30 s，需要延遲交聯(lián)；（2）由于井口生產(chǎn)壓力較高，壓裂液密度待優(yōu)化。

2.1 優(yōu)化延遲交聯(lián)劑

延遲交聯(lián)劑選用XN-YC4，該劑延遲交聯(lián)效果好，低傷害，且交聯(lián)時間與體積分?jǐn)?shù)呈良好的線性關(guān)系。

根據(jù)井深和泵注排量等施工參數(shù)計算出延遲交聯(lián)時間為2 min 時，滿足施工要求。延遲交聯(lián)劑用量與交聯(lián)時間的關(guān)系（見圖1）。

圖1 XN-YC4 延遲交聯(lián)劑用量與交聯(lián)時間的關(guān)系曲線

由圖1 可知，2 %～4 %XN-YC4 延遲交聯(lián)劑的用量已完全能夠滿足施工要求，根據(jù)工程的經(jīng)濟可行性，XN-YC4 的用量為2 %。

2.2 優(yōu)化加重劑

DN3 氣田的壓力系數(shù)為2.05，且施工井深，通常為5 000 m，因此在壓裂液體系中加入了加重劑已保證施工的安全進(jìn)行。根據(jù)井筒摩阻和井深等參數(shù)計算出地面施工壓力在95 MPa 以下較為合理，施工壓力與壓裂液密度的關(guān)系（見圖2）。

圖2 施工壓力與壓裂液密度的關(guān)系曲線

根據(jù)圖2 所示的關(guān)系曲線，滿足地面最大施工壓力的壓裂液密度為1.10 g/cm3。于是分別測定了不同含量加重劑的密度（見表1）。

表1 不同加重劑含量的壓裂液密度

由表1 能夠清楚發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加重劑LYF-11 含量為25 %能夠滿足壓裂液加重的要求，當(dāng)其含量為30 %時，其密度僅有小幅度增加。于是選用加重劑LYF-11含量為25 %，最為經(jīng)濟可行。優(yōu)選出的壓裂液體系的密度為1.14 g/cm3，對應(yīng)的施工壓力小于95 MPa，滿足施工要求。

通過對交聯(lián)劑的類型和加重劑含量的改進(jìn)，優(yōu)選出了合適DN3 壓裂施工的深井延遲交聯(lián)加重壓裂液其他體系，其具體配方如下：

0.5 %LYF-101（稠化劑）+25 %LYF-11（加重劑）+0.5 %LYF-14（溫度穩(wěn)定劑）+0.025%LYF-12（pH 調(diào)節(jié)劑）+1%LYF-02（助排劑）+1 %LYF-10（破乳劑）+0.1 %LYF-13（殺菌劑）+0.1 %LYF-B（調(diào)節(jié)劑）。

延遲交聯(lián)劑：2 %～4 %XN-YC4。

破膠劑：1 %LYF-C，0.5 %LYF-D。

在這個配方基礎(chǔ)上，對優(yōu)化出的深井延遲交聯(lián)加重壓裂液體系按照《水基壓裂液性能評價方法》（SY/T5107-2005）進(jìn)行性能評價[7-10]。

3 優(yōu)化后深井高溫延遲交聯(lián)壓裂液體系性能評價

3.1 基本性能評價

使用六速旋轉(zhuǎn)黏度計測得稠化劑含量為0.5 %的壓裂液基液（30 ℃）表觀黏度為75 mPa·s；用pH 試紙測得壓裂液基液的pH 值為8，呈弱堿性；測定其密度為1.14 g/cm3（見圖3）。由圖3 可知，壓裂液具有良好的挑掛性，交聯(lián)時間長，測試時間為2 min～3 min，具有延遲交聯(lián)的特點，滿足性能要求。

圖3 現(xiàn)場壓裂液挑掛性

在100 mL壓裂液中加入25 g 20/40 目支撐劑，并在95 ℃下靜置壓裂液，觀察支撐劑的沉降，加砂沉降前后1 h 的對比情況（見圖4）。由圖4 可知，壓裂液攜砂性能良好，靜置1 h 后支撐劑沒有發(fā)生明顯沉降。

圖4 加砂沉降前后壓裂液的對比圖

3.2 耐溫耐剪切能力評價

用高溫高壓流變儀測定170 s-1和130 ℃條件下隨時間變化的黏溫關(guān)系曲線，結(jié)果（見圖5）。

圖5 現(xiàn)壓裂液體系的流變曲線

由圖5 可知，在130 ℃和170 s-1條件下剪切2 h后，壓裂液黏度依然保持在57 mPa·s 以上，達(dá)到SY/T5107-2005 標(biāo)準(zhǔn)中要求的50 mPa·s 以上，滿足性能要求。

3.3 破膠性能評價

壓裂液使用LYF-C 和LYF-D 共同破膠。破膠后的表觀黏度（見表2）。

表2 恒溫破膠過程中表觀黏度

開始破膠1 h 時的破膠液表觀黏度為3 mPa·s 小于標(biāo)準(zhǔn)要求的5 mPa·s，破膠性能較好。隨著時間的延長，表觀黏度不斷降低，在3 h 時已降至2.1 mPa·s，此時的破膠液表面張力為17.3 mN/m。

3.4 破膠液濾液殘渣測定

取20 mL 破膠液，用離心法測定殘渣含量，結(jié)果（見表3）。經(jīng)計算，破膠液殘渣含量η=227 mg/L，低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的500 mg/L，滿足性能要求。

表3 離心實驗前后試管稱重

3.5 破膠液濾液傷害評價

用巖心流動實驗測定壓裂液破膠液濾液對DN3 巖芯的傷害程度，測定曲線（見圖6）。通過對實驗數(shù)據(jù)的計算可知，破膠液濾液對地層平均傷害率為20.5 %，小于標(biāo)準(zhǔn)損害值30 %，滿足要求[9，10]。

4 結(jié)論

（1）針對DN3 氣田壓裂施工所面對深井高溫的問題，根據(jù)DN3 氣田的地質(zhì)特征和前期施工資料并結(jié)合其鄰近的DN2 氣田壓裂資料。經(jīng)過室內(nèi)研究，優(yōu)選出一套性能良好的深井高溫延遲交聯(lián)壓裂液體系。

圖6 巖心流動實驗曲線

（2）通過一系列的室內(nèi)評價得出，該深井高溫延遲交聯(lián)壓裂液體系的各項性能均達(dá)到國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，且能很好地滿足現(xiàn)場的施工要求，尤其是對施工泵壓要求低和延遲交聯(lián)的特點對降低施工風(fēng)險和提高施工成功率發(fā)揮重要作用。

（3）對于地質(zhì)特征相似但又具有一定差異的鄰近區(qū)塊，在彼此的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行理性的借鑒和優(yōu)化是一種提高科研效率的有效方法。

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