CT低傷害壓裂液的研制及應(yīng)用——廣安002-X36井壓裂增產(chǎn)效果分析

摘 要

摘要：廣安002-X36井是四川盆地廣安構(gòu)造帶上的1口斜井。具備實(shí)施超大規(guī)模加砂壓裂施工的條件。針對(duì)該井的儲(chǔ)層特點(diǎn)和大規(guī)模加砂壓裂施工工藝要求，以CT低傷害壓裂液體系為基礎(chǔ)，通
摘要：廣安002-X36井是四川盆地廣安構(gòu)造帶上的1口斜井。具備實(shí)施超大規(guī)模加砂壓裂施工的條件。針對(duì)該井的儲(chǔ)層特點(diǎn)和大規(guī)模加砂壓裂施工工藝要求，以CT低傷害壓裂液體系為基礎(chǔ)，通過對(duì)交聯(lián)劑的優(yōu)化研究，采用M5500黏度計(jì)對(duì)壓裂液凍膠進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間剪切實(shí)驗(yàn)，成功得到耐長(zhǎng)時(shí)間剪切的壓裂液配方。優(yōu)化后的壓裂液具有抗剪切性能強(qiáng)、耐長(zhǎng)剪切、破膠快速?gòu)氐?、返排迅速等特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工6h23min，液體質(zhì)量穩(wěn)定。加砂壓裂施工前測(cè)試氣產(chǎn)量0.65×104m3/d，壓裂后測(cè)試產(chǎn)量39.3×104m3/d，取得了顯著的增產(chǎn)效果。此次現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)果表明，CT低傷害壓裂液能滿足四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組儲(chǔ)層特別是廣安區(qū)塊大規(guī)模加砂壓裂增產(chǎn)作業(yè)的需要。
關(guān)鍵詞：廣安地區(qū)；晚三疊世；儲(chǔ)集層；大型壓裂；壓裂液；配方；研究；應(yīng)用
0 引言
    廣安002-X36井是四川盆地廣安構(gòu)造帶上的1口斜井，該井最大井斜24.82°，最大井斜處井深1700.0m，采用油管傳輸射孔完井。施工層位上三疊統(tǒng)須家河組六段，井段1 802.4～1813.6m、1818.4～1830.4m，射厚23.2m，儲(chǔ)層巖性為砂巖。儲(chǔ)層低孔低滲，含水飽和度30%～40%，滲透率0.3×10-3μm2，有效孔隙度為8.0%～16.0%，地層溫度65.2℃。
    廣安002-X36井位于廣安氣田A區(qū)有利位置，有效儲(chǔ)層厚度24.6m，且在壓裂裂縫延伸方向上井間距900m，壓裂模擬計(jì)算表明實(shí)施大型壓裂與鄰井的壓裂裂縫溝通的可能性不大，具備大型壓裂施工工藝的地質(zhì)條件。通過反復(fù)論證及軟件模擬計(jì)算，確定采用252m3超大規(guī)模砂量進(jìn)行加砂壓裂施工，以盡可能改造儲(chǔ)層，提高氣井產(chǎn)量[1]。
1 壓裂液配方設(shè)計(jì)及主要性能評(píng)價(jià)
1.1 壓裂液配方設(shè)計(jì)[2～3]
    廣安002-X36井壓裂施工規(guī)模大，施工時(shí)間長(zhǎng)，砂比高，要求壓裂液具有良好的抗長(zhǎng)時(shí)間剪切性能，滿足造縫和攜砂的要求；濾失低、提高壓裂液效率，控制濾失量確保壓裂施工成功；良好的防膨效果，低殘?jiān)?、徹底破膠，減少壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的損害；低的表面張力，有利于壓裂液返排；壓裂液在現(xiàn)場(chǎng)可操作性強(qiáng)，使用簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)有效。
    針對(duì)廣安002-X36井儲(chǔ)層情況和施工工藝，對(duì)CT低傷害壓裂液體系進(jìn)行了精細(xì)優(yōu)化研究：①為減少體系的傷害，將稠化劑用量降低到0.42%，壓裂液殘?jiān)啃∮?60mg/L；②采用優(yōu)化交聯(lián)液體系與破膠體系，提高壓裂液抗長(zhǎng)剪切性能，可以耐10min剪切；③采用微乳增能和降低表面張力的新型助排劑體系，提高壓裂液的排出速度和排出程度，表面張力小于28mN/m，接觸角大于80°，助排率大于95%；④采用無機(jī)物與有機(jī)物復(fù)合防膨技術(shù)和醇技術(shù)，降低水敏和水鎖傷害[4～7]；⑤采用復(fù)合破膠劑和線形追加技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速?gòu)氐灼颇z。通過室內(nèi)優(yōu)化，壓裂液巖心流動(dòng)的損害率小于25%，形成配方組成如下：稠化劑為0.42%，pH值調(diào)節(jié)劑為0.025%，氯化鉀為3.0%，殺菌劑為0.01%，助排劑為0.5%，交聯(lián)液為0.5%，常規(guī)+膠囊破膠劑為0.01%～0.20%，助劑為5.0%，黏土穩(wěn)定劑為0.5%。
1.2 壓裂液主要性能評(píng)價(jià)
    針對(duì)大規(guī)模加砂壓裂對(duì)壓裂液的要求，重點(diǎn)評(píng)價(jià)了壓裂液的抗長(zhǎng)剪切能力和徹底破膠性能。
1.2.1 交聯(lián)和高剪切性能評(píng)價(jià)
有機(jī)硼交聯(lián)劑具有可控制的延遲交聯(lián)作用時(shí)間、耐溫能力強(qiáng)和易破膠、對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力傷害小等特點(diǎn)。廣安002-X36井儲(chǔ)層溫度雖然只有65.2℃，但施工規(guī)模大，因此選用有機(jī)硼交聯(lián)劑。通過對(duì)有機(jī)硼交聯(lián)劑進(jìn)行精細(xì)優(yōu)化，模擬現(xiàn)場(chǎng)壓裂液交聯(lián)的性能見圖1-a，模擬現(xiàn)場(chǎng)高砂比高剪切的黏彈性見圖1-b(實(shí)驗(yàn)條件：濃度800kg/m3，采用25000r/min的粉碎機(jī)模擬高剪切，平均線速度為250m/s，高剪切時(shí)間為1min)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，壓裂液交聯(lián)具有良好的挑掛性、黏彈性、良好抗高剪切能力和良好的懸砂性能。
 

1.2.2 耐剪切性能評(píng)價(jià)
    為了在流變儀器上盡量模擬高剪切，做剪切實(shí)驗(yàn)時(shí)首先在900s-1下剪切1min，然后再做170s-1下的剪切。圖2是廣安002-X36井不同破膠劑加量下壓裂液抗剪切的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明壓裂液能滿足超大規(guī)模加砂壓裂的耐剪切的要求。
 

1.2.3 破膠性能評(píng)價(jià)
    在水力壓裂施工過程中，由于儲(chǔ)層溫度與地面溫度相差較大，當(dāng)大量具有地面溫度的壓裂液進(jìn)入裂縫中時(shí)，在裂縫中溫度有明顯的變化。廣安002-X36井施工設(shè)計(jì)泵注程序見表1。壓裂軟件模擬施工時(shí)各階段壓裂液平均溫度與時(shí)間的關(guān)系見圖3。
表1 廣安002-X36井施工設(shè)計(jì)泵注程序表
序號(hào)
步驟
凈液量(m3)
排量(m3/min)
砂濃度(kg/m3)
泵壓(MPa)
累積砂量(t)
0
低替基液
6.0
1.5
 
 
 
1
高擠前置液
90.0
3.6
 
35～45
0.0
2
高擠段塞1
20.0
3.6
100
35～45
2.03
3
高擠前置液
300.0
3.6
 
35～45
2.04
4
高擠攜砂液1
20.0
3.6
120
35～45
4.45
5
高擠攜砂液2
10.0
3.6
180
35～45
6.26
6
高擠攜砂液3
10.0
3.6
240
35～45
8.67
7
高擠攜砂液4
10.0
3.6
300
35～45
11.68
8
高擠攜砂液5
20.0
3.8
360
35～45
18.89
9
高擠攜砂液6
30.0
3.8
420
35～45
31.410
10
高擠攜砂液7
50.0
3.8
480
35～45
55.411
11
高擠攜砂液8
100.0
3.8
540
35～45
109.412
12
高擠攜砂液9
340.0
3.8
600
35～45
313.413
13
高擠攜砂液10
200.0
3.8
650
35～45
443.414
14
高擠攜砂液11
19.0
3.8
700
35～45
456.715
15
高擠攜砂液12
6.0
3.8
740
35～45
461.216
16
高擠頂替液
5.7
3.8
 
35～45
17
17
停泵，記壓降10min
    注：序號(hào)1～8為混注液氮，液氮排量90m3/min。
 

    從圖3可見，階段1壓裂液90m3，從地表20℃升溫到65℃需要100min，即施工100min后階段1壓裂液才升溫到地層溫度，同樣階段3壓裂液在施工180min后才升溫到地層溫度，對(duì)于階段13來說，施工結(jié)束后，該段壓裂液的溫度才只有50℃。
根據(jù)軟件模擬，考察了不同的破膠劑加量在不同溫度下的破膠情況(圖4)。施工過程中根據(jù)每段壓裂液在地層下滯留的時(shí)間和溫度情況，結(jié)合圖2、4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)破膠劑追加比例。
 

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果
2.1 施工情況
    2007年9月20日進(jìn)行了加砂壓裂施工，施工時(shí)間6h23min，注入井筒液壓裂液量1255.2m3，加砂258.2m3(472.5t)，施工排量3.8～3.85m3/min，施工壓力33.5～37.7MPa，最高砂濃度722kg/m3，平均砂濃度581kg/m3，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
2.2 返排液分析
廣安002-X36井施工結(jié)束45min后開井排液。壓后自噴返排壓裂液173.7m3后出氣。至2007年9月27日，該井累計(jì)排液530m3，殘液的性能分析見圖5。
 

    從圖5可見，殘液表面張力在24～28mN/m。說明利于殘液返排；開井殘液黏度小于10mPa·s，后期為1mPa·s，說明壓裂液破膠快速?gòu)氐住?/span>
2.3 施工效果
    廣安002-X36井加砂壓裂施工前測(cè)試井口氣產(chǎn)量0.65×104m3/d，壓裂后測(cè)試井口氣產(chǎn)量39.3×104m3/d，取得了顯著的增產(chǎn)效果。
3 結(jié)論
    1) 針對(duì)廣安002-X36井的具體井況和施工工藝，精細(xì)化了液體配方設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的CT低傷害壓裂液體系具有抗長(zhǎng)時(shí)間剪切、攜砂性能好，破膠快速?gòu)氐?、傷害小的特點(diǎn)。
    2) 從該井施工曲線和后期返排情況看，CT低傷害壓裂液質(zhì)量穩(wěn)定、攜砂性能好、破膠快速?gòu)氐?、返排迅速，滿足超大規(guī)模加砂壓裂施工的需要。
    3) 該井通過大規(guī)模加砂壓裂，測(cè)試氣產(chǎn)量由0.65×104m3/d增加到39.3×104m3/d，取得了顯著的增產(chǎn)效果。
參考文獻(xiàn)
[1] 賈長(zhǎng)貴，李明志，李鳳霞，等.低滲裂縫型氣藏斜井壓裂技術(shù)研究[J].天然氣工業(yè)，2007，27(5)：106-108.
[2] 劉友權(quán)，唐永帆.有機(jī)硼交聯(lián)胍膠壓裂液體系在低滲淺層儲(chǔ)層加砂壓裂施工中的應(yīng)用[J].石油與天然氣化工，2001，30(2)：85-86.
[3] 劉友權(quán)，唐永帆，石曉松，等.CT低傷害壓裂液在廣安須家河儲(chǔ)層加砂壓裂的應(yīng)用[J].石油與天然氣化工，2008，37(5)：416-418.
[4] 尚萬(wàn)寧，張耀剛，李治，等.氣井儲(chǔ)層水鎖效應(yīng)解除措施應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2008，28(5)：89-90.
[5] 廖銳全，徐永高，胡雪濱.水鎖效應(yīng)對(duì)低滲透儲(chǔ)層的損害及抑制和解除方法[J].天然氣工業(yè)，2002，22(6)：87-89.
[6] 趙東明，鄭維師，劉易非.醇處理減緩低滲透氣藏水鎖效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，26(2)：67-69.
[7] 楊建軍，葉仲斌，賴南君，等.水鎖效應(yīng)的研究狀況及預(yù)防和解除方法[J].西部探礦工程，2005，17(3)：54-56.
 
(本文作者：唐永帆 劉友權(quán) 石曉松 張燕 張永國(guó) 中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院)