欠注井清水压裂液性能研究

李士斌 付瑞佳 张立刚

摘 要： 近年来，欠注井治理主要采用经济有效的酸化解堵工艺进行治理，但多年现场经验表明，酸化解堵工艺在治理高压注水井和酸敏性地层条件时效果不理想，在选井选层上仍选取具有一定砂岩厚度、油层连通条件较好的欠注井，在水敏程度较弱的葡北及敖包塔区块，选取2口具有典型特点的污染欠注井。通过膨润土膨胀和粘土稳定剂与强水敏岩心分散试验进行清水压裂液的配方优选评价。再通过清水压裂液性能和清水压裂液导流能力进行评价，最后通过缝长优化等措施进行方案优化。本论文探究是为类似酸敏性地层在今后欠注井增注方面探索一条新途径。

关 键 词：欠注井; 清水压裂; 优化方案

中图分类号：TE 357 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）06-1229-03

Research on Performance of Fracturing Fluid？for Under-injected Wells

LI Shi-bin，FU Rui-jia，ZHANG Li-gang

（？College of Petroleum Engineering，？Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163318， China）

Abstract： In recent years， the treatment of under-injected wells mainly used the technology of acidification and plugging removal. But， the field experience has shown that the technology of acidification and plugging removal is not ideal for treating high pressure injection wells and acid sensitivity formation. So under-injected wells with a certain sandstone thickness and good connection condition should be chosen. In Pubei and Aobaota blocks with weak water sensitivity degree， two polluted under-injected wells were selected. Firstly， through bentonite expansion and clay stabilizer and strong water sensitivity core dispersion test， formula of water fracturing fluid was optimized. Secondly， properties and diversion capacity of water fracturing fluid were evaluated. Finally， the fracturing scheme was optimized.

Key words： Under-injected well;Water fracturing;Optimization scheme

葡萄花老区经过多年注水开发，欠注井逐渐增多，截止到2006年底，共有162口井287个层段欠注，占当年当地正常注水井开井数的16.8%。注水井压裂工艺是治理欠注井的一项重要改造手段，统计“九五”以来当地共实施注水井压裂23口井，压后有效仅有12口井，有效率为52.2%，从压裂效果上分析，压裂后初期增注效果较好，但有效期较短，平均水平不到2个月。因常规的水井压裂采用水基冻胶压裂液施工，压裂液的滤失会对油层造成较大的伤害。此外，地层渗流能力和裂缝导流能力会降低。这些残渣由压裂液产生，所以要避免返排率低，这样会降低压裂效果。尽管其中2口井也采用了尾追树脂砂工艺，但由于当地注水井地层温度一般在30～40 ℃左右，树脂砂固化质量差，在后期较高的注水压力下树脂砂会被推进到地层深部，造成裂缝闭合，影响压裂效果。为此，我们开展清水压裂工艺技术试验，探索高压欠注井及常规降压增注措施无效井的治理技术[1]。

1 清水压裂液的配方优选评价实验

1.1 清水压裂液添加剂的优选

为防止注入的清水进入地层后与地层的粘土接触发生粘土膨胀或分散脱落，通过室内实验选择适合外围油田油层条件的粘土稳定剂作为压裂液的添加剂[2]。室内对防膨效果较好的两种粘土稳定剂进行评价实验，两种粘土稳定剂分别标号为1#和2#。

1.2 膨潤土膨胀实验

首先，选取一个50 mL比色管，取一级膨润土3 g放在比色管中，加入清水、不同加量、不同种类的粘土稳定剂之后，用水溶液50 mL加入到比色管中，不停搅拌直到均匀后停止，将此管放在常温下并静止8 h，仔细观察此实验膨润土的膨胀体积，清水的膨胀体积为100%计，见图1，观察效果。

图1 膨润土膨胀率效果图

Fig.1 Bentonite inflation effect

实验结果：当使用浓度小于1.5%时，同样使用浓度条件下，1#粘土稳定剂的膨胀率远大于比色管2#粘土稳定剂，当使用浓度达到1.5%以上时，比色管1#粘土稳定剂通过和2#粘土稳定剂比较效果相差不大，只是用量会稍高一些。当使用浓度增加膨胀率下降并且幅度不大时，粘土稳定剂的使用浓度可以被确定，当使用浓度为0.8%时，可以看到2#粘土稳定剂趋于平稳，当使用浓度为1.5%时，1#粘土稳定剂趋于平稳。实验结果还表明2#粘土稳定剂在使用时较1#粘土稳定剂用量低、防膨胀效果好[3]。

1.3 粘土稳定剂和强水敏岩心分散试验

目的是评价2种不同的粘土稳定剂对外围强水敏岩心的配伍性，用1#粘土稳定剂溶液浓度为2%和2#粘土稳定剂溶液浓度为0.8%去浸泡岩屑来自外围油田岩心，测定出的分散率见表1。

由分散实验结果可知： 如果是在外围低渗储层，通过比较实验0.8%的2号粘土稳定剂的效果比2%的1号粘土稳定剂的效果要好[4]。

结果证实在膨润土膨胀实验和粘土稳定剂与强水敏岩心分散实验中应该选2号粘土稳定剂，并且使用浓度在0.8%，这样才能作为压裂液的添加剂[5]。

表1 粘土稳定剂稳定性能表

Table 1 Clay stabilizer performance tables

2 清水压裂液导流能力评价

2.1 导流能力实验结果

用清水压裂液体系试验对比常规压裂液中以硼交联剂和钛交联剂对20～40目（350～800 μm）砂的渗透率随时间变化关系[6]。见图2可知变化关系。

图2 清水压裂液体系与冻胶

交联体系的渗透率随时间变化对比曲线

Fig.2 The permeability change curve of clean fracturing fluid system and gel crosslinking system with time

2.2 清水压裂液性能评价实验

压裂液基液为清水，不存在破胶问题，添加剂产生的残渣含量低，对储层伤害小。室内在40 ℃条件下剪切30 min测定粘度3～5 mPas，仍具有一定的携砂能力。通过对比实验，较常规压裂液相比具较大的技术优势。见表2清水压裂液与普通压裂液性能指标对比表。

表2 清水压裂液与普通压裂液性能指标对比表

Table 2 Comparison of performance indexes of clean fracturing fluid and common fracturing fluid

3 清水压裂施工工艺优化

3.1 裂缝缝长优化

此方法依据反九点法注水井网，通过使用压裂软件进行不同砂比情况下的裂缝缝长和缝宽模拟实验，见表3，并且对现场施工排量及携砂能力的综合判断，加砂量大约4 m3，缝长约50 m以上[7]。

3.2 清水压裂携砂工艺

携砂性在清水也存在，实验显示，当清水压裂液有4.0 m3/min的排量时，最高携砂比能够达到17%。能够满足现场施工携砂能力的要求。进行大排量施工，为了支撑裂缝通过将支撑剂携入地层来达到支撑效果，这样裂缝就有较高的导流能力，增注的目的就达到了。

表3 不同砂比条件下的裂缝缝长及导流能力实验

Table 3 Experiments of fracture length and flow conductivity under different sand ratio

3.3 防裂缝闭合工艺探究

当注水井进行压裂后，将注水时间进行延长，注入水会把裂缝缝口的支撑剂推进地层，裂缝缝口将会闭合，这样会导致压裂没有效果。可以选择尾追树脂砂固化缝口技术，以防压裂裂缝闭合[8]。

3.4 树脂砂封口工艺研究

树脂砂压裂技术就是在压裂加砂快结束的时候，缝口支撐剂选择尾追树脂涂层砂，为了避免压裂裂缝口闭合。树脂涂层砂是在压裂石英砂颗粒表面加了一层树脂层，它薄而有一定韧性，它可以将原来的支撑剂变为有一定面积的接触。支撑剂进入裂缝以后，考虑到温度的影响，首先树脂层会软化，经过固化剂的作用树脂层会产生聚合反应从而固化。因为树脂的聚合颗粒之间会固定结合在一起，颗粒之间的点与点接触会变成之间小面积的接触，作用在砂粒上的单位面积负荷得到了降低，从而加强砂粒的抗破碎能力，这些砂粒固结在一起形成了网状滤段，在压裂中有效避免了砂的外吐[9]。树脂涂层不会受到原油、地层水和酸的影响。

树脂砂的这一特性被充分利用，选择主要支撑剂时考虑石英砂，然后尾追树脂砂，确保树脂砂在裂缝口均匀铺积，防止支撑剂被注入水推向地层里，这样容易造成裂缝闭合，从而致使压裂措施失效[10]。

3.5 研究应用高效发泡助排剂

由于注水井的长期注水，井底的实际温度大约在31～41 ℃左右，很难达到树脂砂固化的一些要求（如树脂砂固化温度要求为50 ℃）。本着解决地层温度过低的问题，方案选取为在树脂砂进地层之后，通过注进高效发泡助排剂来进行缓解，助排剂一般是由氯化氨、亚硝酸钠、发泡剂、表面活性剂、稳定剂、清防蜡剂在反应釜中进行复配才能成功。在催化剂的作用下，氯化氨和亚硝酸钠进行反应并能够让热量释放，使其升高地层温度达到50～60 ℃。这样能够达到树脂砂的固化要求，从而促使裂缝缝口的有效支撑得到保证。这样恢复注水后，能够避免注入水将树脂砂携入地层深部让压裂失去效果。

4 结 论

进行此项探究和实验，得出以下结论：

（1）通过优选效果好的粘土防膨剂作压裂液添加剂，合理控制注入体系的矿化度，可以避免清水压裂液在地层易产生粘土膨胀或分散，减少对地层所造成伤害。

（2）清水压裂液基液为清水，不存在破胶问题，添加剂产生的残渣含量低，对储层伤害小。室内在40 ℃条件下剪切30 min测定粘度3～5 mPa.s，仍具有一定的携砂能力。通过对比实验，较常规压裂液相比具较大的技术优势。

（3）通过室内模拟实验，研究清水在不同排量下的携砂能力发现，清水压裂液排量为4.0 m3/min时，最高携砂比可达到17%。满足现场施工对清水压裂液的携砂性能的要求。

（4）通过向地层内注入高效发泡助排剂，提高近井地层温度，满足树脂砂固化要求。以解决由于注水井的长期注水所导致的地层温度降低，满足树脂砂固化要求。

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