新型降滤失剂在陕295 区低压气藏的应用研究

谭 宏，丁金岗，王 旗

（1.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018；3.中国石油长庆油田分公司第四采油厂，陕西靖边 718500）

随着长庆气田改造逐步向大规模体积压裂思路转变，压裂液作为主要工作介质大量滤失至储层深处，液体的返排率直接影响着最终储层改造效果[1]。长庆气区部分区块低压特征明显，返排矛盾突出。以陕295 区为例，主力气藏盒8 段储层地层压力系数0.73，平均地层压力较邻区低2.7 MPa 以上（表1），为典型的低压气藏。研究区目前以直定向井开发为主，采用胍胶压裂液配合3%～5%比例伴注液氮，压后依靠自然能量排液效果差，需采用制氮或邻井气举同步配合排液，排液周期长、成本高。

表1 陕295 区盒8 段与相邻气区储层参数对比

国内外针对低压气藏改造目前主要有N2泡沫压裂、CO2前置增能压裂，两种改造方式均能够有效提升压后排液效果，但需要额外增加施工设备，对于低产能气井效益建产难度大，亟需低成本降滤提高排液效果的技术措施。借鉴油井暂堵压裂技术思路，提出了在压裂前置液阶段加入降滤失剂，形成适用于低压气藏的低伤害压裂改造工艺，实现低压气藏提高液体效率、减少储层伤害和提升单井产量技术目标（表2）。

表2 不同低压气藏压裂工艺对比

1 降滤失剂研发与评价

水力压裂过程中随着压裂液充满裂缝内部，大量压裂液从裂缝壁向储层内滤失[2]，影响返排率的同时会对储层造成不同程度的伤害。控制压裂液的滤失意味着更多的液体在人工裂缝实现造缝功能，支撑剂填充后能够得到更大的泄流面积，有助于返排和提产。通过加入降滤失剂是压裂改造过程中有效的滤失控制技术，常用的压裂液降滤失剂添加剂为柴油、热熔型树脂、聚合物和硅粉等材料。由于柴油、硅粉在压裂液中的悬浮分布均匀程度比较差，实际降滤失效果不理想[3-5]。结合陕295 区储层特征和技术需求，开发一种新型水溶性的降滤失剂进行暂堵降滤，以达到提高增产改造效果的目的[6]。

1.1 降滤失剂合成

实验室内合成降滤失剂ZD-120，三维立体结构见图1，通过三种不同的主要材料单元重复叠加，在保证超支化聚合物材料分子链增长的同时，端基单元则保留了两个活性官能团，一个官能团未反应。

图1 可降解降滤失材料的单元组成

ZD-120 中核心材料为塑性骨架，在水浴冷却下按一定质量比加入水溶性可降解PAC、聚乙烯醇等材料。开动搅拌器，向其中缓慢加入一定量的氢氧化钠水溶液进行中和，中和完毕后加入0.02%引发剂D、0.1%稳定剂E 和1.0%抑制剂F，室温搅拌3 h。然后加入自制交联剂、抗坏血酸和双氧水，高速搅拌下引发超支化聚合，在200 ℃条件下高速搅拌1 h，将产物倒入四氟乙烯孔板上，产物通过孔板滴液成型丝状和珠状产品，通过造粒后得到降滤失剂产品（图2），粒径主要集中在0.1 mm 左右。

图2 可降解降滤失材料

1.2 降滤失性能评价

陕295 区主体采用胍胶压裂液，实验室在压裂液中按一定比例添加ZD-120，对压裂液降滤失性能进行评价。

基液配方：0.4%CJ2-6+0.1%CJSJ-3+0.3%TGF-1+0.3%COP-3+0.3%TJ-1，交联剂：JL-9，交联比100.0∶0.3～0.4。

1.2.1 降滤失性能测试 测试计算含ZD-120 的压裂液在90 ℃、压差3.5 MPa 下的滤失情况，随ZD-120 浓度的增加，滤失系数逐渐降低，在ZD-120 浓度达到0.1%时具有最佳的综合降滤失效果，滤失系数降低63.6%，在后续测试中均采用0.1%ZD-120 进行评价（图3）。

图3 ZD-120 浓度与滤失系数的关系

1.2.2 岩心伤害性能测试 选用现场岩心，将岩心饱和地层水后，装入挟持器置于烘箱中，正向以0.10～0.50 mL/min 排量注入标准盐水测稳定渗透率；以恒定压力驱替0.5～3.0 MPa，正向注氮气测渗透率至渗透率稳定Kg；反向以0.01～0.50 mL/min 排量注入含0.1%浓度的ZD-120 的压裂液，控制注入压力不大于10.0 MPa，保持压力使压裂液在岩心中停留时间大于2 h，模拟压裂施工压裂液对岩心伤害，再以恒定压力驱替0.5～3.0 MPa，氮气驱正向测试气测渗透率至稳定Ka。

式中：D-压裂液导致的渗透率伤害率，%；Kg-氮气驱初始渗透率，mD；Ka-伤害后氮气驱渗透率，mD。

岩心伤害实验数据见图4，伤害前岩心渗透率0.191 mD，最后恢复至0.145 mD，岩心伤害率为24.1%。空白样品压裂液岩心伤害率为22.1%，说明ZD-120 对储层没有明显额外伤害。

图4 ZD-120 压裂液岩心伤害测试

1.2.3 侵入深度测试 选择岩心进行核磁共振实验，实验前测量并记录干岩心的渗透率和质量，通过核磁共振设备连续测出不同时刻岩心的核磁共振一维频率编码和核磁共振成像，记录并保存数据进行分析。空白样品和加入0.1%ZD-120 的压裂液在岩心中的滤液侵入测试曲线（图5、图6），以含水饱和度来衡量压裂液滤液的侵入深度。

图5 侵入深度与含水饱和度的关系（空白样品）

图6 侵入深度与含水饱和度的关系（ZD-120）

实验结果表明，在不同时间段内同一深度加入降滤失剂样品的含水饱和度明显降低，随着时间的增长，2.0 h 后在距岩心端面30 mm 处含水饱和度由85%下降至66%，表明降滤失剂加入后压裂液的侵入深度明显降低。

1.2.4 ZD-120 的可降解性能 ZD-120 颗粒形态在0.3 mm 以内，室内研究了ZD-120 在储层条件下降解性能。取15 g 降滤失颗粒放入成化釜中，加入300 mL压裂液破胶液，然后放入120 ℃滚子加热炉中，10 h 后取出样品，用蒸馏水润洗三次，在真空烘箱中烘干后称取质量，以计算样品的降解率，测试ZD-120 的降解性能。实验结果表明在100 ℃水中ZD-120 可完全降解，10 h 降解率达到95%以上。

2 现场应用

选取陕295 区同井场两口井进行降滤失对比试验，陕295-X1 井盒8 层施工过程中前置液阶段按比例加入ZD-120 共计150 kg，对比陕295-X2 井盒8 层改造未加入ZD-120，从压裂趋势线可以看出，X1 井前置液阶段在加入ZD-120 后对比X2 井压力稳中有升，表明ZD-120 的加入有效降低了液体滤失，裂缝在横向上能够得到持续有效延伸，X2 井前置液阶段压降3.0 MPa，压裂液滤失量较大，裂缝在横向上延伸程度较弱。

X1 井压后一次性放通，返排率40%左右点火成功，对比X2 井返排率达到40%时排液周期缩短20%以上，X1 井测试日产气量3.4×104m3，无阻流量10.0×104m3/d，无阻流量对比X2 井提高15.8%，增产效果显著。

3 结论

（1）通过室内合成，开发出适用于陕295 区低压气藏可降解降滤失剂ZD-120，颗粒粒径0.1 mm，室内评价压裂液滤失系数降低63.6%，10 h 降解率达到95%以上。

（2）现场试验降滤失压裂技术对比常规措施邻井排液周期缩短20%，无阻流量提高15.8%，实现了低压气藏提高排液效果和单井产量的技术目标。