用于龍鳳山地區(qū)致密砂巖氣藏的高效低傷害壓裂液體系研究*

牟漢生

(中國(guó)石油化工股份有限公司東北油氣分公司，吉林長(zhǎng)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(diǎn)[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(kāi)發(fā)難度較大。為了提高致密砂巖氣藏的開(kāi)發(fā)效率，通常需要采取壓裂等措施以增大儲(chǔ)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(duì)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(yíng)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(kāi)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(duì)儲(chǔ)層的傷害較大，因此，需要對(duì)壓裂液體系進(jìn)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(duì)象，通過(guò)對(duì)高效減阻劑、助排劑以及黏土穩(wěn)定劑的優(yōu)選評(píng)價(jià)，開(kāi)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(duì)其綜合性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以期為龍鳳山地區(qū)致密砂巖氣藏的高效合理開(kāi)發(fā)提供一定的技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料及儀器

減阻劑CJZ-1、CJZ-2、CJZ-3、LJZ-1、LJZ-2和LJZ-3，實(shí)驗(yàn)室自制；助排劑SZP-1、SZP-2和SZP-3，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室自制；黏土穩(wěn)定劑HCOOK、KCl和聚胺，市售；現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)；天然巖心(長(zhǎng)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(chǔ)層段。

管路摩阻測(cè)試儀，南通儀創(chuàng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置，荊州塔林機(jī)電設(shè)備制造有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 減阻性能試驗(yàn)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(cè)試儀測(cè)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(cè)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(cè)定不同溶液的表面張力值。

1.2.3 防膨性能測(cè)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(píng)價(jià)方法》中的離心管法，對(duì)不同類型黏土穩(wěn)定劑的防膨性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1.2.4 流變性能測(cè)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(píng)價(jià)方法》中的試驗(yàn)方法，使用安東帕MCR-302型旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)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(cè)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(píng)價(jià)方法》中的試驗(yàn)方法，以巖心滲透率損害率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，使用壓裂液濾液評(píng)價(jià)了其對(duì)目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)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(yàn)方法，對(duì)不同類型減阻劑溶液的減阻率進(jìn)行了評(píng)價(jià)，試驗(yàn)用摩阻儀的管徑為0.8 cm，流量選擇為3.0 m3/h，試驗(yàn)溫度為60 ℃，減阻劑加量(w)均為0.2%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 減阻劑類型對(duì)減阻效果的影響

由圖1可見(jiàn)：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(shí)，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(yàn)方法，測(cè)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(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)：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(shí)，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(duì)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(yàn)方法，使用目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心粉[研磨后過(guò)0.180 mm(80目)篩]評(píng)價(jià)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(yàn)溫度均為儲(chǔ)層溫度(60 ℃)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同類型黏土穩(wěn)定劑的防膨效果

由圖3可見(jiàn)：不同類型的黏土穩(wěn)定劑對(duì)目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)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(shí)，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(píng)價(jià)試驗(yàn)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(píng)價(jià)

2.2.1 流變性能

按照1.2.4中的試驗(yàn)方法，測(cè)定了高效低傷害壓裂液體系的流變性能，試驗(yàn)剪切速率為170 s-1，試驗(yàn)溫度為60 ℃，剪切時(shí)間為60 min，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同剪切時(shí)間對(duì)壓裂液黏度的影響

由圖4可見(jiàn)：隨著剪切時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，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(yàn)溫度為60 ℃，剪切時(shí)間達(dá)到60 min時(shí)，壓裂液體系的黏度值仍能保持在30 mPa·s以上。說(shuō)明開(kāi)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(duì)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(yàn)方法，測(cè)定了高效低傷害壓裂液體系的減阻性能，試驗(yàn)流量為0.5～3.0 m3/h，試驗(yàn)溫度為60 ℃，并與現(xiàn)場(chǎng)用滑溜水壓裂液體系的減阻性能進(jìn)行了對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 不同類型壓裂液的減阻性能

由圖5可見(jiàn)：隨著試驗(yàn)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(shì)，其中高效低傷害壓裂液體系的減阻率明顯高于現(xiàn)場(chǎng)用滑溜水壓裂液體系。當(dāng)試驗(yàn)流量達(dá)到3 m3/h時(shí)，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(chǎng)用滑溜水壓裂液體系的減阻率僅為60%左右。說(shuō)明開(kāi)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(chǎng)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(duì)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(duì)巖心基質(zhì)滲透率的傷害性能

按照1.2.5中的試驗(yàn)方法，使用巖心驅(qū)替試驗(yàn)裝置對(duì)高效低傷害壓裂液體系的傷害性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并與現(xiàn)場(chǎng)用滑溜水壓裂液體系和常用的胍膠壓裂液體系進(jìn)行了對(duì)比，驅(qū)替流速設(shè)置為0.5 mL/min，試驗(yàn)溫度為60 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同類型壓裂液對(duì)巖心基質(zhì)滲透率的影響

由表1可見(jiàn)：目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心經(jīng)過(guò)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(duì)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??；而現(xiàn)場(chǎng)用滑溜水壓裂液體系和常規(guī)胍膠壓裂液體系對(duì)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(shuō)明開(kāi)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(guò)程中不會(huì)對(duì)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(guò)高效減阻劑、助排劑以及黏土穩(wěn)定劑的優(yōu)選評(píng)價(jià)試驗(yàn)，開(kāi)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(píng)價(jià)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(chǎng)用滑溜水壓裂液體系，當(dāng)試驗(yàn)流量達(dá)到3 m3/h時(shí)，壓裂液體系的減阻率可以達(dá)到70%以上；該壓裂液體系對(duì)目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心的基質(zhì)滲透率傷害率明顯低于現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)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。