压裂液体系对储层伤害试验研究

冷丹凤，李 杰，陈立军，李 宁

(1.延长油田股份有限公司 勘探开发技术研究中心，陕西 延安 716000； 2.长庆油田公司 第一采气厂，陕西 靖边 718500)

随着石油需求量的增加，水平井开采技术得到广泛的运用。在水平井分段压裂中，压裂液作为入井流体，起到传递压力和支撑剂的作用。由于分段压裂施工周期较长，压裂液得不到及时的返排，造成压裂液的滞留，进而给储层带来一定程度的伤害，影响储层改造的效果，甚至造成油气井减产，直接影响整体开采效果。为减小压裂液滞留对储层的伤害，部分学者进行了研究，如文献[1]尝试对胍胶原粉进行细度分级和表面处理，使其能够快速分散水合，替代常规羟丙基胍胶，为水平井体积压裂的压裂液体系提供一种新的路径。文献[2]开展了缔合非交联压裂液伤害特征分析，证实了压裂液对储层的伤害主要集中在近井地带；本研究则着眼于不同渗透率的储层，分析不同压裂液体系长期滞留对储层的伤害，希望为储层的压裂设计提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 试验岩芯

分别取HL地区长 6 储层的天然岩芯数量27块、XY地区长6储层的天然岩芯数量25块、ZD地区长8储层天然岩芯数量35块。天然岩芯渗透率为0.019 1×10-3～82.500 0×10-3μm2；孔隙度为4.10%～17.12%。

1.1.2 试验流体

(1)压裂液破胶液。选择水基压裂液PPQ、清洁压裂液、胍胶为压裂液破胶液。其基本性能见表1。

表1 压裂液破胶液基本性质Tab.1 Basic properties of fracturing fluid gel breaker

(2)地层水与煤油。本试验所用地层水根据研究区地层水资料进行配制，具体化学组分等参数见表2。

表2 模拟地层水化学组分和性质Tab.2 Chemical composition and properties of simulated formation water

1.1.3 试验设备

试验主要设备有[3-6]：HKY型恒速恒压流体泵、2BV型环压泵、TY-4A型高压岩芯夹持器、ZR高温搅拌中间容器、GDWS-225型恒温箱、CJF型岩芯高温高压反应罐。

1.2 试验方法

具体试验流程如图1所示。

图1 岩芯伤害试验流程Fig.1 Flow chart of core damage test

(1)将试验用天然岩芯提前用苯—酒精混合物进行清洗，洗去表面油质后烘干称重。参照SY/T 5336—1996中的相关方法对岩芯进行气测渗透率的测定。

(2)对岩芯抽真空并加压至饱和，模拟地层水作用。对岩芯进行称重，并对岩芯孔隙度进行计算。

(3)通过岩芯夹持器将精制煤油正向挤入岩芯驱替(5～10 PV)，待压力稳定后测定岩芯煤油渗透率，以此作为伤害前岩芯渗透率，用K1表示。

(4)对盛有破胶液的高温搅拌中间容器进行加热，将温度提升至70 ℃保持稳定。反向驱替压裂液(0.5～1.0 PV)，根据各压裂段压裂液的返排时间，将岩芯在盛有破胶液的高温高压反应罐中分别放置3、7、12、18、25 d。

(5)按照步骤(3)的方法测定岩芯受破胶液伤害后的渗透率，用K2表示。

压裂液对岩芯伤害率的计算公式为：

(1)

式中，η为压裂液对岩芯的伤害率；K1为伤害前的岩芯渗透率；K2为伤害后的岩芯渗透率。

2 结果与讨论

2.1 研究区长期滞留伤害试验结果

2.1.1 XY地区长期滞留伤害试验结果

不同压裂液对XY地区长6储层平均伤害结果对比见表3。从表3可知，PPQ对XY地区长6储层的平均伤害率最大，达到64.00%；清洁压裂液最低，为53.50%。

表3 不同压裂液对XY地区长6储层平均伤害结果Tab.3 Average damage results of different fracturing fluids to Chang 6 reservoir in XY area

2.1.2 HL地区长期滞留伤害试验结果

不同压裂液对HL地区长6储层平均伤害结果对比见表4。从表4可知，PPQ对HL地区长6储层的平均伤害率最大，达到81.95%。胍胶对HL地区长6储层的平均伤害率最小，为77.98%。

表4 不同压裂液对HL地区长6储层平均伤害结果Tab.4 Average damage results of different fracturing fluids to Chang 6 reservoir in HL area

2.1.3 ZD地区长期滞留伤害结果

不同压裂液对ZD地区长8储层平均伤害结果对比见表5。从表5可知，清洁压裂液对ZD地区长8储层平均伤害最大，达到75.60%，胍胶对ZD地区长8储层平均伤害最小，为47.8%。

表5 不同压裂液对ZD地区长8储层平均伤害结果Tab.5 Average damage results of different fracturing fluids to Chang 8 reservoir in ZD area

综合上述3个结果表明：①3种压裂液中，PPQ对XY、HL、ZD三个地区的伤害相对较严重，平均伤害率分别为64.00%、81.95%、66.50%。清洁压裂液对HL和ZD区域伤害较大，平均伤害率分别为80.57%、75.60%；对XY区域伤害较小，仅有53.50%。胍胶对HL地区伤害较大，平均伤害率为77.98%；对XY、ZD区域伤害较小，平均伤害率分别为56.90%和47.80%。②在3个研究区中，HL地区最容易受压裂液的影响，3种压裂液对HL地区伤害均比较大。其中，PPQ的平均伤害率为81.95%，清洁压裂液的平均伤害率为80.57%，胍胶的平均伤害率为77.98%。

2.2 破胶液类型对研究区储层伤害因素影响

(1)PPQ对3个地区储层伤害皆很严重。PPQ压裂液破胶液有一定残渣含量，在伤害试验中的岩芯端面会生成不透明状的高分子化合物滤饼。滤饼呈团块，在岩芯端面分布不均匀，PPQ的返排难度更大。同时，PPQ的黏度是3种压裂液中最大的，因而界面张力也比较大。所以，对研究区储层伤害皆很严重。

(2)胍胶对研究区储层的伤害。胍胶也有一定残渣含量，但黏度比PPQ小。在伤害试验中，岩芯断面出现透亮凝胶状的高分子化合物滤饼，滤饼分布较为均匀，因此更易返排，滤饼对储层伤害也相对较小。胍胶破胶液对岩芯的伤害没有掉渣泥化现象产生，因此对储层长期滞留伤害较小。

(3)清洁压裂液对不同储层的伤害。清洁压裂液只有微量残渣，在岩芯断面不生成滤饼，因此界面张力相对较小，容易返排。但清洁压裂液呈弱酸性，在地层温度的作用下，清洁压裂液与储层岩石发生一些反应。部分岩芯随伤害时间的增加，出现掉渣泥化的现象。因为ZD储层属于酸敏性地层，试验岩芯掉渣泥化现象更为严重，导致微粒运移和孔隙结构破坏。因此清洁压裂液对ZD地区岩芯伤害相对较大。胍胶、PPQ破胶液对岩芯长期伤害后并无掉渣、泥化现象产生。

2.3 渗透率对长期滞留伤害率的影响

选择XY地区渗透率较高的岩芯和渗透率较低的岩芯，分别进行岩芯伤害试验[7-9]，试验结果见表6和图2。

表6 XY地区渗透率对长期滞留伤害率的结果对比Tab.6 Comparison of results of permeability on long-term retention damage rate in XY area

图2 平均渗透率与伤害率变化趋势Fig.2 Average penetration rate and injury rate change trend

从表6可知，PPQ和胍胶破胶液对低渗储层的伤害较大，对高渗透率储层的伤害则相对较小。而清洁压裂液与PPQ、胍胶结果刚好相反。对渗透率较高的岩芯伤害大于渗透率低的岩芯。

2.4 滞留时间对伤害率的影响

2.4.1 XY地区储层滞留时间对伤害率的影响

对XY地区的同一岩芯在不同破胶液中进行不同滞留时间的伤害试验，试验结果如图3、图4所示。从图3、图4可知，随着滞留时间的增加，破胶液对岩芯的伤害率皆有所增加。其中，PPQ对岩芯伤害率增加幅度在12%左右，清洁压裂液对岩芯伤害率增加幅度为11.1%～17.5%，胍胶对岩芯伤害率增加幅度为28%左右。

图3 不同压裂液对储层伤害率的变化趋势Fig.3 Variation trend of damage rate of different fracturing fluid to reservoir

图4 不同压裂体系下的平均渗透率变化趋势Fig.4 Variation trend of average permeability under different fracturing systems

2.4.2 HL地区储层滞留时间对伤害率的影响

对HL地区的同一岩芯在不同破胶液中进行不同滞留时间的伤害试验，试验结果如图5、图6所示。通过图5、图6可知，随滞留时间的增加，3个压裂液体系对岩芯的伤害率均有所增加。其中，PPQ对岩芯伤害率增加幅度为9%～17%，胍胶对岩芯伤害率增加幅度在6.5%左右，清洁压裂液对岩芯伤害率增加幅度为2.5%～6.0%。

图5 HL地区储层在不同压裂体系下的伤害率Fig.5 Damage rate of reservoirs in HL area under different fracturing systems

图6 HL地区储层在不同压裂体系下的平均渗透率Fig.6 Average permeability of reservoirs in HL area under different fracturing systems

2.4.3 ZD地区储层滞留时间对伤害率的影响

对ZD地区的同一岩芯在不同破胶液中进行不同滞留时间的伤害试验，试验结果如图7、图8所示。通过图7、图8可知，随着滞留时间的增加，3个压裂液体系对岩芯的伤害率均有所增加。其中，PPQ对岩芯伤害率增加幅度为7.5%～9.5%，胍胶对岩芯伤害率增加幅度在1.5%～12.5%，清洁压裂液对岩芯伤害率随着滞留时间的延长有所增加，但增加幅度较小。

图7 ZD地区储层在不同压裂体系下的伤害率Fig.7 Damage rate of reservoirs in ZD area under different fracturing systems

图8 ZD地区储层在不同压裂体系下的平均渗透率Fig.8 Average permeability of reservoirs in ZD area under different fracturing systems

上述结果表明，随破胶液滞留时间的增加，对研究区的伤害率皆有增加。这是因为压裂液破胶液在地层中长时间滞留，增加了水敏、水锁的伤害，会导致粘土矿物颗粒疏松脱落。在清洁压裂液破胶液的作用下，还有可能出现岩石颗粒脱落现象，发生运移堵塞地层。进而导致研究区岩芯伤害率随破胶液滞留时间的增加而增加。

3 结论

通用对HL地区、XY地区、ZD地区的岩芯进行压裂液破胶液长期滞留伤害试验，得到了种压裂液破胶液对研究区伤害影响结果。

(1)PPQ破胶液对3个研究区的长期滞留伤害最大，对XY地区、HL地区、ZD地区的平均伤害率分别为64.00%、81.95%，66.50%。清洁压裂液对XY地区长期滞留伤害相对较小，对HL、ZD地区的伤害较大，平均伤害率分别为53.50%、80.57%、75.60%。胍胶对研究区的伤害相对较小，平均伤害率分别为56.90%、77.98%、47.80%。

(2)随着破胶液滞留时间的增加，3个研究区域的伤害程度也随之增加，但伤害率的增加幅度不断减小。清洁压裂液长期滞留时，会导致储层岩芯出现疏松和掉渣现象。

(3)PPQ、胍胶含有残渣，对较低渗透率储层伤害比较高渗透率储层的伤害大。清洁压裂液破胶液度的结果与PPQ、胍胶结果相反。