新型压裂液对阜东斜坡区头屯河地层伤害研究

张贵才，申金伟，张 旋，张 强，罗 兆

(1.中国石油大学，山东 青岛 266580;2.中油新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000)

引 言

阜东斜坡区头屯河组储层渗透率分布为0.10×10－3～ 54.47 ×10－3μm2，平均为 19.21 × 10－3μm2，地层温度可达130℃。该储层属于低渗储层，全岩分析黏土总量为5% ～14%，黏土矿物含量较高。压裂是保证该地层顺利投产的重要措施。在压裂技术中，设计不当的压裂液进入地层后会损坏基质的渗流能力，降低裂缝导流能力，造成地层伤害［1－4］。目前使用的压裂液体系主要为植物胶压裂液，但植物胶压裂液残渣较多，对储层裂缝的伤害较大［5］，且交联条件主要为碱性，易使地层中的黏土矿物发生运移膨胀，伤害油层［6］。同时，怡宝安等［7－8］研究表明，当地层含有硼、钛等矿物时，胍胶压裂液返排液容易出现严重的返胶现象，对地层造成较大伤害，因此低残渣、低伤害的压裂液成为该地层压裂施工的首选。国内外研究［9］表明，该类压裂液主要包括清洁压裂液和聚合物压裂液2种体系，清洁压裂液存在耐高温较差、施工工艺还需改进等问题［10－11］，而一般的合成聚合物压裂液体系存在不耐温、不耐盐和剪切稳定性差的缺点［12－13］。新型疏水缔合物压裂液［14］因具有耐温、耐剪切、低残渣、易返排以及防膨性能好的优点，具有较大的施工价值。针对阜东斜坡区头屯河地层，通过岩心流动实验系统评价了一种酸性疏水缔合物压裂液体系对地层的伤害情况，对指导该地层压裂设计具有重要意义。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

实验用的岩心取自新疆油田分公司阜东斜坡区头屯河组阜东11井和阜东22井，岩心矿物组成见表1。

表1 岩心全岩组成分析

实验用的疏水缔合聚合物压裂液由新疆油田分公司工程院提供，主要成分为0.5% 疏水缔合聚合物、2%KCl、0.6%盐酸、0.2% 乳酸、3.0%交联剂以及0.4%过硫酸钠做破胶剂。用高温高压滤失仪测得该疏水缔合聚合物80℃的滤失系数为1.146×10－3m/min1/2，略高于中国石油天然气行业标准SY/T 6376－2008“压裂液通用技术条件”规定的标准。煤油取自中国石油大学(华东)胜华炼油厂。填砂管长度和直径分别为190、25 mm(江苏海安科学仪器厂)。主要仪器:X＇pert PRO MPD型X射线衍射仪(荷兰帕纳科公司)，LDY50－180型岩心流动实验物理模拟装置(江苏海安科学仪器厂)，GGS－42－2型高温高压滤失仪(胶南科学仪器厂)。

1.2 实验方法

1.2.1 压裂液静滤失伤害评价

压裂液滤液按照SY/T5107－2005制备，温度为80℃，压差控制为3.5 MPa。压裂液静滤失评价方法如下:①取阜东斜坡区头屯河组低渗透天然岩心，洗油后饱和标准盐水，地层温度下(80℃)在岩心A端以0.1 mL/min的流速注煤油至压力平衡，记录平衡压力p1;②在岩心B端以0.1 mL/min的流速注入制好的压裂液滤液，当岩心出液后继续注入36 min，关闭岩心夹持器两端阀门，在80℃烘箱中静置2 h，模拟压裂液滤失进入地层的过程;③重新在岩心A端以0.1 mL/min的流速注煤油至压力平衡，记录平衡压力p2;④计算岩心伤害率。

1.2.2 压裂液动滤失伤害评价

压裂液动滤失评价方法如下:①取阜东斜坡区头屯河组低渗透天然岩心，洗油后饱和标准盐水，地层温度下在岩心A端以0.1 mL/min的流速注煤油至压力稳定，记录平衡压力p1;②配制好压裂液后，加入破胶剂等添加剂，搅拌均匀后放入中间容器罐中;③在岩心B端切面以1 mL/min的流速注入配好的压裂液并注意在岩心另一端收集滤液，注入流程出口端用回压阀控制压力为3.5 MPa，注入36 min后关闭岩心夹持器两端阀门，在80℃烘箱中静置2 h;④重新在岩心A端以0.1 mL/min的流速注煤油至压力平衡，记录平衡压力p2，然后计算岩心渗透率伤害率。

1.2.3 压裂液破胶液对渗流能力影响

①将岩心粉碎、过筛、洗油烘干后填制渗透率为1～2 μm2的填砂管，用标准盐水饱和;②在填砂管中以0.5 mL/min速度注入煤油至压力平衡，并测出填砂管渗透率;③在填砂管反向端注入2倍孔隙体积以上的破胶液，80℃放置2 h;④再次在填砂管中以0.5 mL/min速度注入煤油至压力平衡。由上述2次平衡压力，计算出破胶液对填砂管渗流能力影响。

上述3个流动实验中压力皆由计算机自动记录、采集。

2 结果与讨论

2.1 压裂液静滤失对岩心渗透率的伤害

实验用岩心取自阜东22井，其孔隙体积为3.34 mL，气测渗透率为 0.18 ×10－3μm2。疏水缔合聚合物压裂液静滤失评价时的压力曲线见图1。从图1可知，注完滤液后再注煤油，随着滤液逐渐被排除，平衡压力p2达到3.36 MPa，与静滤失前注煤油的平衡压力p1(3.24 MPa)相近，由此可计算出压裂液静滤失渗透率损害率为3.58%。该数值远低于SY/T 6376－2008伤害率30%的标准，证明该压裂液滤液具有较好的防膨性能。

图1 滤液污染前后注煤油时的压力

2.2 压裂液动滤失对岩心渗透率的伤害

动滤失实验采用的岩心为阜东11－7、阜东11－5、阜东22－2号，其气测渗透率分别为46.20×10－3、10.68 × 10－3、0.32 × 10－3μm2，孔隙体积分别为 5.01、4.88、3.21 mL，实验结果见表 2。

由表2可知，压裂液流经岩心端面后，反向端再注煤油时的突破压力、最高注入压力均升高。按照渗透率为 46.20 ×10－3、10.68 × 10－3、0.32 ×10－3μm2来排列，突破压力升高的倍数分别为10.00、4.37、1.38，最高压力升高的倍数分别为6.08、3.09、1.28。这些数据说明压裂液流经岩心端面后对岩心的渗流能力造成影响。以动滤失前后注煤油的平衡压力来计量，接触压裂液对渗透率为46.2 ×10－3、10.68 ×10－3μm2的岩心造成的伤害最大，对渗透率为0.32×10－3μm2的岩心造成的伤害较小。

表2 不同渗透率岩心中疏水缔合聚合物压裂液的伤害情况

从实验结束时岩心端面看，在渗透率为46.20×10－3、10.68 ×10－3μm2的岩心端面有较厚的滤饼，渗透率为0.32×10－3μm2的岩心端面滤饼较少。

将11－7、11－5号岩心端面的滤饼刮掉后，再次从反向端注煤油，注入压力曲线见图2、3。由图2、3可知，刮出滤饼后的注入压力略低于动滤失前注入压力，由此说明动滤失过程中形成的滤饼是造成岩心伤害的重要因素。

图2 11－7号岩心端面滤饼去除后煤油驱替压力

图3 11－5号岩心端面滤饼去除后煤油驱替压力

在3次动滤失实验过程中，破胶剂的浓度相同，但从图3可知，岩心的渗透率不同，注入端面出现滤饼的状态也明显不同。在渗透率为0.32×10－3μm2的岩心中，一方面滤液少，另一方面由于滤饼难以进入端面，因此注煤油的过程中这些滤饼会逐渐被顶替出来，使得岩心渗透率得到恢复;而在渗透率为46.20 ×10－3、10.68 ×10－3μm2的岩心中，滤饼可以嵌入孔隙介质中，注煤油的过程中难以顶替出来，因此岩心渗透率受到伤害。由此可见，动滤失过程中出现的滤饼与岩心渗透率有较大关系。

2.3 压裂液破胶液对渗流能力的影响

将上述体系在80℃放置2 h，测得破胶液残渣含量为70 mg/L，远小于600 mg/L的标准。为验证该破胶液是否会影响裂缝导流能力，以阜东岩心粉末制备了孔隙体积为34 mL、水测渗透率为1387×10－3μm2的填砂管来模拟地层裂缝。图4是在填砂管中注入破胶液及注入破胶液前后注煤油的压力曲线。

图4 注破胶液前后注煤油的压力

由注压裂液破胶液前后的注水平衡压力(0.0025、0.0029 MPa)计算可知，该破胶液对填砂管渗透率损害率只有13.8%，说明该压裂液对地层裂缝导流能力伤害较小。该结果与残渣含量相对应。

3 现场应用

针对阜东斜坡区头屯河组储层地质特征，以室内实验研究为基础，现场筛选出地层渗透率小于3.14×10－3μm2、黏土矿物含量为6% ～14%的5口井，利用上述疏水缔合聚合物压裂液进行施工，施工成功率为100%。压裂后产油效果良好，且压裂液返排率较高，没有井出现返胶现象，施工结果良好(表3)。

表3 疏水缔合物压裂液施工效果统计

4 结论

(1)酸性疏水缔合聚合物压裂液能很好地解决阜东头屯河组地层黏土膨胀问题，滤液对阜东斜坡区头屯河地层岩心伤害率仅为3.58%。

(2)与胍胶压裂液相比，酸性疏水缔合聚合物压裂液残渣含量较小，只有70 mg/L，破胶液对水测渗透率为1387×10－3μm2的孔隙介质伤害率为13.8%，利于破胶返排。

(3)该压裂液的使用取决于地层渗透率，在渗透率为46.2 ×10－3、10.68 ×10－3μm2的岩心端面会形成滤饼，由此导致对岩心的伤害率达到54.4%、45.3%，而在渗透率为 0.32 ×10－3μm2的岩心端面几乎不会产生滤饼，伤害率为0。

(4)酸性疏水缔合聚合物压裂液现场应用增产效果显著，没出现返胶现象。

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