新型表活劑壓裂液的實(shí)驗(yàn)特性及其在水鎖氣層中的應(yīng)用

摘 要

摘要：水鎖傷害是低滲透氣層壓裂面臨的一個(gè)重要問題。首先從兩個(gè)方面對(duì)新型表活劑壓裂液展開了實(shí)驗(yàn)研究：①進(jìn)行了巖心傷害實(shí)驗(yàn)，采用多次驅(qū)替方式發(fā)現(xiàn)，新型表活劑壓裂液在巖心孔隙
摘要：水鎖傷害是低滲透氣層壓裂面臨的一個(gè)重要問題。首先從兩個(gè)方面對(duì)新型表活劑壓裂液展開了實(shí)驗(yàn)研究：①進(jìn)行了巖心傷害實(shí)驗(yàn)，采用多次驅(qū)替方式發(fā)現(xiàn)，新型表活劑壓裂液在巖心孔隙中72h還呈現(xiàn)自由狀態(tài)，能夠被驅(qū)動(dòng)，隨著驅(qū)替次數(shù)增多，巖心滲透率傷害程度減少，而其他液體沒有這種現(xiàn)象；②進(jìn)行了支撐裂縫導(dǎo)流傷害實(shí)驗(yàn)，通過不同驅(qū)替方式發(fā)現(xiàn)，采用不同液體驅(qū)替的支撐裂縫導(dǎo)流能力相差不大，通過氮?dú)怛?qū)動(dòng)后，新型表活劑壓裂液支撐裂縫導(dǎo)流能力有所增加，繼續(xù)通過CO2氣體驅(qū)動(dòng)后，該組裂縫導(dǎo)流能力繼續(xù)增加，而胍膠類壓裂液導(dǎo)流能力基本沒有變化。通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)為：新型表活劑壓裂液對(duì)巖石及裂縫的傷害可以改變，降低了對(duì)儲(chǔ)層的水鎖傷害，適合應(yīng)用于易水鎖氣層壓裂施工?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，該類壓裂液對(duì)低滲易水鎖氣層具有較好的壓裂增產(chǎn)改造效果。
關(guān)鍵詞：低滲透油氣田；儲(chǔ)集層；表面活性劑；壓裂液；滲透率；裂縫(巖石)；實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用
    減少氣井壓裂儲(chǔ)層傷害是一項(xiàng)重要的研究課題，壓裂科技人員及現(xiàn)場(chǎng)工程師都做過相應(yīng)的研究及應(yīng)用工作，并取得一定的效果[1～3]。低滲氣層一般含水飽和度高、毛細(xì)管壓力高、水敏性強(qiáng)及孔喉細(xì)小、滲透性差、非均質(zhì)嚴(yán)重、油氣流動(dòng)阻力大、常伴有天然裂縫等特點(diǎn)，儲(chǔ)層一旦受到損害難以恢復(fù)。大量的研究表明[4～5]，水鎖傷害是一些低滲氣層主要的損害類型，傷害程度一般為70%～90%，尤其對(duì)于低壓低滲氣藏，水鎖損害更加嚴(yán)重。因此，降低壓裂液對(duì)氣層的傷害尤為重要[6～8]。中國(guó)石油大學(xué)針對(duì)氣層壓裂容易產(chǎn)生水敏、水鎖傷害的問題，在新型表活劑壓裂液的研制及應(yīng)用方面取得很多有益的嘗試，并且取得了一些認(rèn)識(shí)，為了更加深入地比較分析新型表活劑液體對(duì)巖石基質(zhì)及裂縫的影響，利用現(xiàn)有儀器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究并取得了幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)；同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐也證明，該類液體在氣層壓裂增產(chǎn)方面有著較大優(yōu)勢(shì)。
1 壓裂液對(duì)巖石基質(zhì)滲透率影響實(shí)驗(yàn)
1.1 基質(zhì)滲透率傷害計(jì)算公式
    實(shí)驗(yàn)室常采用的壓裂液傷害率計(jì)算公式如下：
    D=[(Kw-Ka)/Kw]×100%
式中：D為壓裂液導(dǎo)致的滲透率傷害率；Kw為地層水初始滲透率，10-3μm2；Ka為傷害后地層水滲透率，10-3μm2。
1.2 壓裂液的配制
    參照當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)使用的配方和優(yōu)選后的配方配制實(shí)驗(yàn)用壓裂液(表1)。壓裂液配液用化學(xué)劑分別取自現(xiàn)場(chǎng)和生產(chǎn)廠家。
表1 壓裂液傷害實(shí)驗(yàn)液體配制方法表
液體序號(hào)
壓裂液組成
低濃度凍膠
0.35%HPG+2%KCl+0.2%DL-8+0.3%EDTA+0.1%NaOH+0.35%BCL-81
表活劑壓裂液
3%D3F-AS05+6%KCl+0.3%EDTA+6%KOH
堿性隔離液
2%KCl+0.2%助排劑+0.3%EDTA+1%戊醇
活性水
2%KCl+0.2%助排劑
1.3 實(shí)驗(yàn)操作步驟
    巖心滲透?jìng)?shí)驗(yàn)，通常驅(qū)替一遍確定D值為基質(zhì)滲透率傷害值，這種操作結(jié)果并沒有考慮液體進(jìn)入儲(chǔ)層后與儲(chǔ)層之間的相互影響關(guān)系，并不能代表巖心真實(shí)的壓裂液傷害。本次實(shí)驗(yàn)考慮了現(xiàn)場(chǎng)壓裂液泵注特點(diǎn)及返排時(shí)間，在第一次驅(qū)替實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，每隔24h，采用地層水進(jìn)行了二次、三次驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
    實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。第一次測(cè)試結(jié)果為堿性隔離液的傷害程度最小，低濃度胍膠壓裂液傷害程度最大；隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，其他3種液體的傷害率變化不大，而新型表活劑壓裂液的傷害率卻在不斷降低；第三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果為低濃度胍膠壓裂液傷害程度依然最大，表活劑壓裂液傷害程度降低，同堿性隔離液的傷害率基本相同。分析原因認(rèn)為，由于儲(chǔ)層巖石都有一定的潤(rùn)濕性，外來流體同巖石接觸會(huì)不同程度地引起硅石的潤(rùn)濕性改變[9～10]，造成黏土礦物膨脹，部分液體殘余在巖石孔隙中產(chǎn)生水鎖，從而表現(xiàn)為巖心的滲透率降低，繼續(xù)進(jìn)行排驅(qū)實(shí)驗(yàn)，其傷害程度基本保持不變；而陰離子表活劑同高濃度無機(jī)鹽復(fù)配，同巖石接觸后，基本不會(huì)使其潤(rùn)濕性發(fā)生改變[11]，在驅(qū)替作用下，其傷害程度逐漸減小，滯留巖心中的新型表活劑壓裂液能在孔隙及吼道中流動(dòng)，不斷地被排出，表現(xiàn)為測(cè)試傷害率不斷降低，因此可以初步判斷，新型表活劑壓裂液對(duì)儲(chǔ)層傷害較小。
表2 壓裂液傷害實(shí)驗(yàn)液體配制方法表
壓裂液類型
長(zhǎng)度(m)
第一次(%)
第二次(%)
第三次(%)
低濃度壓裂液
6.08
37.5
37.7
37.3
表活劑壓裂液
6.12
31.1
21.6
16.7
活性水
6.03
18.8
19.2
19.2
堿性隔離液
6.09
15.4
15.5
15.4
2 壓裂液對(duì)裂縫滲透率的影響實(shí)驗(yàn)
    壓裂液對(duì)裂縫滲透率的影響實(shí)驗(yàn)[12～13]使用FCES-100裂縫導(dǎo)流儀。
2.1 實(shí)驗(yàn)條件及方案
    實(shí)驗(yàn)溫度60℃，采用20～40目陶粒支撐劑，鋪砂濃度5.0kg/m2，實(shí)驗(yàn)閉合壓力為52MPa，設(shè)計(jì)兩組。第一步分別采用低濃度胍膠壓裂液、表活劑壓裂液為流體介質(zhì)進(jìn)行導(dǎo)流實(shí)驗(yàn)，第二步采用氮?dú)鉃榻橘|(zhì)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，第三步采用二氧化碳為介質(zhì)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。
2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
    將實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制成圖1、2，、3。從圖中可以看出，無論采用哪種液體，裂縫導(dǎo)流能力開始下降較快，200h后逐漸接近平緩，兩種液體為介質(zhì)的裂縫導(dǎo)流能力相差不大，胍膠壓裂液為介質(zhì)的裂縫導(dǎo)流能力稍微低些。隨后進(jìn)行氮?dú)怛?qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，氮?dú)怛?qū)動(dòng)胍膠壓裂液，開始其裂縫導(dǎo)流能力略有下降，但3min后基本保持不變。而氮?dú)怛?qū)動(dòng)表活劑壓裂液時(shí)，裂縫導(dǎo)流能力開始略有下降，但是2min后導(dǎo)流能力開始上升，6min后超過初始值，15min的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，裂縫導(dǎo)流能力保持升高趨勢(shì)。分析原因，開始下降是由于氣體驅(qū)動(dòng)黏性液體開始有阻力造成壓差較大，而含有表活劑壓裂液的支撐裂縫在驅(qū)通之后，新型壓裂液體能夠自由流動(dòng)，縫端壓差逐漸減小，裂縫導(dǎo)流能力增大。第三步如圖1～3所示，繼續(xù)通入二氧化碳后，含有胍膠壓裂液的裂縫導(dǎo)流能力基本上不變，而含有新型表活劑壓裂液的支撐裂縫，其導(dǎo)流能力卻在4min之內(nèi)增加而后保持不變，二氧化碳酸性氣體使殘存著支撐裂縫之間的表活劑壓裂液破膠，減少了裂縫的流動(dòng)壓差。
 
3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
    壓裂氣層井段總跨度為2920～2934m，孔隙度平均為10.2%，基質(zhì)滲透率平均為0.4 x 10-3μm2，含氣飽和度平均為52.3%，射孔井段為2927.0～2930.0m。2008年10月進(jìn)行壓裂，壓裂液基本配方為：3.1%D3F-AS05+0.8%KOH+6.0%KCl+0.3%EDTA。壓裂基本參數(shù)：壓裂液201m3，支撐劑30m3，平均砂比27%，施工排量3.0m3/min，液氮用量8.8m3，破裂壓力49.9MPa，延伸壓力29.3MPa，停泵壓力18.9MPa。排液過程中，油壓19MPa，套壓20MPa，該井壓后自然返排率73%，壓后采用一點(diǎn)法求產(chǎn)，無阻流量20×104m3，獲得較高的產(chǎn)量，遠(yuǎn)高于同區(qū)塊常規(guī)胍膠壓裂液的壓后產(chǎn)量。
4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)
    1) 基質(zhì)滲透率傷害實(shí)驗(yàn)表明，隨著驅(qū)替時(shí)間及次數(shù)增加，新型表活劑壓裂液對(duì)基質(zhì)堵塞傷害會(huì)降低。
    2) 導(dǎo)流實(shí)驗(yàn)顯示，氣驅(qū)會(huì)改變新型表活劑壓裂液的支撐導(dǎo)流能力，輸入酸性氣體能夠使表活劑液體有效降解，支撐裂縫的導(dǎo)流能力會(huì)有所提高。
    3) 現(xiàn)場(chǎng)證明，對(duì)于低壓、低滲透易水鎖氣層，采用新型表活劑壓裂液能較好地提高氣井壓后產(chǎn)量。
參考文獻(xiàn)
[1] 王鳳江，單文文.低滲透氣藏水力壓裂研究[J].天然氣工業(yè)，1999，19(3)：61-63.
[2] 趙振峰，趙文，何治武，等.低壓低滲氣藏傷害因素分析及對(duì)策探討[J].天然氣工業(yè)，2005，25(8)：94-96.
[3] 張朝舉.川西洛帶氣田遂寧組氣藏加砂壓裂工藝技術(shù)研究及應(yīng)用[J].鉆采工藝，2006，29(1)：39-41.
[4] 林光榮，邵創(chuàng)國(guó)，徐振鋒，等.低滲氣藏水鎖傷害及解除方法研究.石油勘探與開發(fā)，2003，30(6)：117-118.
[5] 任曉娟，張寧生，張喜鳳，等.水相滯留對(duì)低滲氣層滲透率的損害分析.天然氣工業(yè)，2004，24(11)：106-108.
[6] 張海龍，崔福林，徐影.壓裂液傷害及油層保護(hù)研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2001，27(1)：221-223.
[7] 陳馥，李欽.壓裂液傷害性研究[J].天然氣工業(yè)，2006，26(1)：109-111.
[8] 管保山，周煥順，程玉梅，等.鄂爾多斯盆地西峰油田壓裂液對(duì)儲(chǔ)層傷害的微觀機(jī)理研究[J].中國(guó)石油勘探，2007，28(4)：59-62.
[9] 魏發(fā)林，岳湘安，張繼紅，等.潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑提高石灰?guī)r裂縫油藏基質(zhì)系統(tǒng)水驅(qū)采收率實(shí)驗(yàn)[J].油氣地質(zhì)與采收率，2003，10(4)：42-44.
[10] 吳素英.勝坨油田二區(qū)沙二段83層儲(chǔ)層潤(rùn)濕性變化及對(duì)開發(fā)效果的影響[J].油氣地質(zhì)與采收率，2006，13(2)：72-74.
[11] 鄢捷年，王富華.表面活性劑吸附引起的硅石潤(rùn)濕性改變[J].油田化學(xué)，1993，1O(3)：195-200.
[12] 王雷，張士誠(chéng)，張文宗.溫慶志復(fù)合壓裂不同粒徑支撐劑組合長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)研究[J].天然氣工業(yè)，2005，25(9)：64-66.
[13] 高旺來，何順利，接金利.覆膜支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)[J].天然氣工業(yè)，2007，27(9)：100-102.
 
(本文作者：牟善波 張士誠(chéng) 付道明 孟慶民 孫侃 中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)