纤维素压裂液在苏里格气田的应用

段瑶瑶，明 华，代东每，杨战伟，吕 杨

(1.中油勘探开发研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007;2.中油长庆油田分公司，陕西 西安 710018)

1 苏里格气田储层特征对压裂液的要求

苏里格气田上古砂岩储层覆压渗透率低，其中覆压渗透率小于0.1×10-3μm2的储层占92%，孔隙度为4% ～12%，易受外来流体伤害;压力系数为0.62～0.90，孔隙结构以毛细管及微毛细管孔喉为主，喉道窄小，排驱压力高，液体返排难度大，易发生水锁伤害;全岩分析表明矿物成分复杂，岩屑和黏土矿物含量高，易发生膨胀运移堵塞孔喉，降低岩石的有效渗透率。以上特征决定了储层对外来流体伤害敏感，要求压裂液具有低伤害易返排的特点。

2 纤维素清洁压裂液体系的研制与评价

2.1 纤维素清洁压裂液研制

以往纤维素压裂液存在的主要问题有纤维素溶解速度慢，交联冻胶耐温70℃，降解难，冻胶的破胶降解难，导致破胶液伤害大[1-4]。为满足储层和现场施工要求，需要解决纤维素溶解问题，满足现场配液要求[5-6]:一是提高耐温能力至120℃，满足苏里格气田储层温度要求;二是解决交联液的破胶降解问题，实现压裂液体系的低伤害。

图1 0.35%纤维素与0.35%羟丙基瓜胶增黏速度对比

纤维素具有很强的分子内和分子间氢键作用，使其难以溶解于水和其他有机溶剂。通过醚化反应引入取代基来破坏其氢键作用，改善其亲水性，增强在水中分散能力，研制配套的增黏剂进一步改善了纤维素在水中的亲水性，增加稠化剂的溶胀速度及增黏能力，实验结果见图1。从图1可知，纤维素改性后手动配置即可分散，在1～2 min内迅速溶解，2 min时达到最终黏度的97%，可实现在线连续混配，满足大规模施工及工厂化作业的配液要求，而羟丙基瓜胶需1 h到达其稳定黏度，溶胀时间更长。研发的特效交联剂可在水中发生络合、多次水解和羟桥作用，产生带正电荷的多核羟桥络离子，改性纤维素中的羧基带负电，多核羟桥络离子通过与改性纤维素中的羧基和酰胺基形成极性键和配位键而产生交联，形成弹性良好的交联冻胶，提高压裂液耐温性能。通过研制配套的交联调节剂，提供合适的交联酸碱性环境，同时具有调节交联时间和增强交联冻胶耐温能力的作用，以满足不同储层温度对压裂液耐温耐剪切性能和流变性能的要求[7-8]。室内实验表明，通过交联技术和交联促进剂的作用，耐温能力可提高至130℃，交联时间在30～210 s可调，交联冻胶弹性好，携砂性能良好。

通过改性技术提高纤维素溶解效率，针对苏里格气田储层特征，最终确定压裂液配方:0.35%纤维素稠化剂+0.2%增黏剂+0.6%交联调节剂+0.3%助排剂+0.5%交联剂+0.003%破胶剂。

2.2 纤维素清洁压裂液性能评价

2.2.1 耐温耐剪切与流变性

针对苏里格东区储层温度90～110℃的实际情况，实验室评价了该体系在100℃条件下的流变性能。取苏里格气田现场使用的配液水配置压裂液，使用RS-600流变仪，以170 s-1的速率剪切该压裂液90 min，剪切后压裂液的表观黏度为390.2 mPa·s，具有良好的耐温耐剪切性能，可满足造缝和携砂需求。

2.2.2 防膨性能

纤维素压裂液的基液pH值约为5.0，压裂液呈弱酸性，具有抑制黏土膨胀作用，不需添加黏土稳定剂或防膨剂，实验结果见图2。由图2可知，破胶液的膨胀量小于2.0%KCl和0.5%防膨剂的膨胀量，说明新型纤维素清洁压裂液无需防膨剂也具有很好的防膨效果。

图2 纤维素清洁压裂液防膨性能

2.2.3 助排性能

苏里格气田孔隙结构复杂、喉道细小，储层中大部分流体受毛管阻力影响较大，且压力系数低，地层能量不足，压裂液返排困难，因此，需要压裂液具有较高的返排效率，以减少对储层的伤害。使用K100C全自动表界面张力仪对破胶液表面张力、界面张力进行测试，该压裂液体系的表面张力为24.35 mN/m，界面张力为1.05 mN/m，表面张力、界面张力低，有利于压后破胶液快速返排。

2.2.4 滤失性能评价

使用 Bariod高温高压静态滤失仪，测试了100℃时该压裂液体系的静态滤失性，得到的滤失系数为1.01×10-3m/min1/2，静态初滤失量为6.4×10-3m3/m2。滤失性能与目前现场用低浓度压裂液体系相当[9-10]。

2.2.5 破胶性能与残渣含量

苏里格气田一般单井压裂2～3层，施工时间为2～4 h，压后合层排液，依据井底温度场变化的计算结果，开始返排时人工裂缝内的地层温度一般为70～90℃。该体系在70～90℃时，以0.002% ～0.005%的浓度加入破胶剂，可实现压裂液冻胶快速彻底破胶，2 h后破胶液黏度为0.86 mPa·s，残渣含量为0，而目前苏里格现场使用的0.33%低浓度羟丙基胍胶压裂液体系残渣含量为223 mg/L。

2.2.6 岩心伤害实验

选取苏里格主力储层盒8和山1段3块岩心，应用岩心动态流动仪对该压裂液体系进行岩心伤害评价实验。实验前岩心的平均渗透率为0.083×10-3μm2，实验后平均渗透率为 0.072×10-3μm2，伤害率为13.2%，而常规压裂液的岩心伤害率一般为35%～55%。

3 应用效果

新型纤维素清洁压裂液体系现场配置简单、快速，降低了劳动强度，节约了施工成本，压裂液体系中的稠化剂纤维素广泛存在于自然界中，资源丰富、价格低廉，且压裂液体系呈弱酸性，具有抑制黏土膨胀作用，不需添加黏土稳定剂或防膨剂，更有利于降低压裂液成本。2013年在苏里格气田统33区块成功应用4口井，施工排量为2.2～3.5 m3/min，单井最大加砂量为96.5 m3，平均砂比为21.0%，最高砂比为36.0%，施工压力平稳，压裂液摩阻低，仅为清水的22.5%(低浓度压裂液为30%)，施工成功率达100%，显示了该压裂液具有良好的耐温耐剪切性能和较好的携砂能力，且该压裂液体系的低摩阻特点，为施工排量的提升预留了空间。

表1为纤维素清洁压裂液与低浓度压裂液返排情况对比。由表1可知，纤维素压裂液试验井破胶液返排速率快，试验井返排80%压裂液所需时间平均为75 h，邻井所需时间平均为152 h，即返排80%压裂液所需时间仅为邻井的49.1%，降低了作业成本，且最终返排率高;纤维素压裂液试验井试气无阻流量均值为9.5×104m3/d，约为其邻井(试气无阻流量均值为3.4×104m3/d)的2.8倍，增产效果显著，表明该压裂液实现了对储层的低伤害高效改造，具有较好的大规模推广应用前景。

表1 纤维素清洁压裂液与低浓度压裂液返排情况对比

4 结论

(1)纤维素改性技术提高了纤维素溶解效率，实现了纤维素速溶和可在线连续混配，研制的特效交联技术和配套的交联调节剂提高了该体系的携砂性能和耐温能力，解决了以往纤维素压裂液耐温能力有效、破胶降解难的问题，最终形成了新型纤维素清洁压裂液体系。

(2)该纤维素清洁压裂液体系酸性交联无需防膨剂，耐温耐剪切性能好，破胶快速彻底无残渣，助排性能优良，岩心伤害率低，满足现场施工要求且降低了对储层的伤害，且纤维素来源广泛，价格低廉，有利于降低压裂液成本。

(3)在苏里格气田统33区块现场应用4口井，施工成功率达100%，现场压裂液配置简单、方便，压后破胶液返排速度快，最终返排率高，平均试气无阻流量为9.5×104m3/d，约为低浓度压裂液井试气无阻流量均值的2.8倍，取得显著增产效果，显示出良好的推广前景。

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