致密砂岩油藏低浓度胍胶压裂储层伤害实验

侯新宇 尹太举 孙少川 宋亚开 徐吉丰

摘      要： 为分析低浓度胍胶压裂对致密砂岩储层带来的伤害，以A、B、C等低含水区块为研究实例，构建压裂液耐温抗剪切性能、黏弹性和携砂性能、破胶性能和岩心配伍性实验。研究得出：所研配方在充分剪切2 h后黏度仍然大于50 mPa·s，评定为合规。而在配方质量分数对比上，60～120 ℃的不同井温前提下都表现出羧甲基羟丙基胍胶（CMHPG）压裂液与羟丙基胍胶（HPG）压裂液用量的巨大差异，其中明显是CMHPG更省和成本更优;所研压裂液180 ℃高温下的残渣质量浓度为270 mg·L-1，显著优于HPG体系破胶情况;正向注入3 PV过硫酸铵破胶液后渗透率急剧下降至1.389×10-2 μm2，返向注入3 PV 3% NH4Cl解除伤害后渗透率恢复至       2.586×10-2 μm2，为初始值的89%，判定该压裂液对储层伤害低。

关  键  词：致密砂岩;压裂;胍胶压裂液;储层伤害

中图分类号：TQ 317      文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2020）09-2016-04

Abstract： In order to study the damage degree of low concentration guar gum fracturing to tight sandstone reservoir， taking A， B， C low water cut block as specific research examples， the experiments of temperature and shear resistance， viscoelasticity and sand carrying capacity， gel breaking capacity and core compatibility of fracturing fluid were carried out. The results showed that the viscosity of the formula was still greater than 50 mPa·s after 2-hour full shearing， so it was qualified. On the contrast of formula concentration， the amounts of CMHPG fracturing fluid and HPG fracturing fluid varied greatly under different well temperatures of 60～120 ℃. Among them， CMHPG was obviously more economical and cost-effective; the residue content of CMHPG fracturing fluid at 180 ℃ was 270 mg·L-1， which was significantly better than that of HPG system; after 3 PV ammonium persulfate fracturing fluid was injected forward， the permeability dropped to 1.389×10-2 μm2， and after 3 PV3% NH4Cl was injected back， the permeability recovered to 2.586×10-2 μm2， which was 89% of the initial value， which indicated that the fracturing fluid had low damage to the reservoir.

Key words： Tight sandstone; Fracturing; Guar gum fracturing fluid; Reservoir damage

壓裂施工是油气田开发过程中增产增效的有效手段，以压裂液为能量传递媒介沟通地层孔隙，并携带支撑剂进行储层改造，极大优化了致密储层孔隙结构，促进烃类介质驱替[1]。所以压裂液对于压裂施工过程至关重要。压裂液性能评估主要考量流变性、滤失性、摩阻等关键可测物理量。通常高黏度、低摩阻、低滤失量、低储层伤害、易获取且低成本的压裂液广受市场青睐[2]。

当前国内外主要研究成果方面，理论导向上何乐、熊俊杰分别于2014年和2018年针对海水基压裂液稠化剂溶胀机理进行探讨，系统考察了所研型号稠化剂取代基类型、取代度、搅拌速度、用量、pH值和温度对稠化剂溶胀性能的影响，并对压裂液耐温抗剪切性能和破胶性能进行了评定[3-4];方法导向上，范华波从分子设计入手，合成了Gemini型表面活性剂[5];结果导向上，哈里伯顿公司2002年研制出一种温度稳定性可达232 ℃的超高温合成聚合物压裂液（Extreme Temperature Synthetic fracturing fluid），并在次年成功运用于得克萨斯南部的油   田[6-7]。贝克休斯公司在2011年研制出同类产品，现场运用表明，该体系聚合物稠化剂用量较小，单井运行成本较低。斯伦贝谢公司在2014年研制出耐温达232 ℃的无瓜尔胶合成聚合物超高温压裂液（SAPPHIRE XF），并在印度浅海的油田成功运用。但任何新产品的研发都需要经济成本和研发周期。如何进行已有压裂液配方下的优化和评定，提高产品适应能力，降低生产成本是生产现场的首要问题。

3  实验评价

作为携带支撑剂进行能量传递的压裂液必须适应高温、高压和复杂岩性情况的地层，所以基于储层伤害为出发点的一切压裂液耐温抗剪切性能、黏弹性和携砂性能、破胶性能等压裂液性能评价和岩心配伍性评价至关重要。以下对收集到的研究区压裂后现场参数做系统分析。

耐温抗剪切性能评价。压裂施工是一种高速可控的能量传递过程，其中从泵车到炮眼并快速进入地层需要压裂液具备稳定而良好的抗剪切性能，以适应不同温度和携砂量的工艺要求。所以基于研究区生产需要，在此进行了60～120 ℃、170 r·s-1条件下的不同质量分数（0.2%、0.25%、0.3%）流变性能实验，并运用老配方下的HPG和当前配方下的CMHPG进行实验对比。

通过表1得出：所研配方在充分剪切2 h后黏度仍然大于50 mPa·s，评定为合规。而在配方质量分数对比上，60～120 ℃的不同井温前提下都表现出羧甲基羟丙基胍胶（CMHPG）压裂液与羟丙基胍胶（HPG）压裂液用量的巨大差异，其中明显是CMHPG更省和成本更优。

黏弹性和携砂性能评价。羧甲基羟丙基胍胶破碎液是一种以弹性为主要因素的交联网络结构。压裂液的黏弹性通过弹性模量（G）和黏性模量（G'）来测量，弹性模量G反映了压裂液体系的弹性，而黏性模量G'反映了瓜尔胶的黏性。根据页岩油储层的性质，在实验室实验中在不同温度下测试了羧甲基羟丙基瓜尔豆胶的黏弹性。

破胶性能评价。研究区储层低孔低渗、物性差的特征需要压裂后压裂液快速返排，使储层伤害最小化，因此所研配方中选用氧化破胶剂过硫酸铵（APS）。室内实验根据现场实际，设定过硫酸铵质量浓度为50 mg·L-1，并根据实验4配方，进行0.25%、0.35%、0.45%、0.6%稠化剂质量分数下的不同破胶温度实验，再和传统羟丙基胍胶（HPG）情况进行比对。

通过表2得出，50 mg·L-1的过硫酸铵反应2 h可将模拟配置的压裂液完全水化破胶，测定破胶液黏度小于5 mPa·s。质量分数为0.6%的稠化剂，180 ℃高温下的残渣质量浓度为270 mg·L-1，显著优于HPG体系破胶情况。

岩心配伍性方面。随机选取研究区代表性天然岩心（φ2.534 cm×6.038 cm），运用3% NH4Cl溶液饱和浸泡，测得2.845×10-2 μm2原始渗透率。正向注入3 PV过硫酸铵（APS）对岩心进行伤害，再返向注入3 PV 3% NH4Cl溶液進行压后返排伤害的模拟解除，前后数据见表3。

通过表3得出，正向注入3 PV过硫酸铵破胶液后渗透率急剧下降至1.389×10-2 μm2，返向注入 3 PV 质量分数为3% 的NH4Cl解除伤害后渗透率恢复至2.586×10-2 μm2，为初始值的89%，判定该压裂液配方体系与所测天然岩心配伍性好，对储层伤害较低。

4  结 论

压裂施工中需要针对储层特性与天然裂缝情况进行压裂液性能、加砂量、加砂质量分数、液量、泵压、排量和水马力等关键可测物理量的设计和优选，确保储层改造效果良好。所研配方在充分剪切2 h后黏度仍然大于50 mPa·s，评定为合规。而在配方质量分数对比上，60～120 ℃的不同井温前提下都表现出羧甲基羟丙基胍胶（CMHPG）压裂液与羟丙基胍胶（HPG）压裂液用量的巨大差异，其中明显是CMHPG更省和成本更优。CMHPG压裂液180 ℃高温下的残渣质量浓度为270 mg·L-1，显著优于HPG体系破胶情况;正向注入3 PV过硫酸铵破胶液后渗透率急剧下降至1.389×10-2 μm2，返向注入3 PV 质量分数为3% 的NH4Cl解除伤害后渗透率恢复至2.586×10-2 μm2，为初始值的89%，判定该压裂液对储层伤害低。

参考文献：

[1]吴俣昊，欧阳传湘，闫梦.低浓度低伤害胍胶压裂液室内实验评价[J].当代化工，2018，47（3）：458-461.

[2]张颖，陈大钧，刘彦锋，等.低浓度胍胶压裂液体系的室内研究[J].应用化工，2013，42（10）：1836-1838.

[3]杨同玉，何青，付娜，等.超低浓度胍胶压裂液体系在大牛地致密气田的现场试验[J].石油与天然气化工，2017，46（3）：61-66.

[4]周珺，贾文峰，蒋廷学，等.耐高温超低浓度纳米胍胶压裂液性能评价研究[J].现代化工，2017，37（5）：59-61.

[5]王帅，谢元，张明，等.低浓度羟丙基胍胶压裂液体系研究[J].化学工程师，2016，30（11）：15-19.

[6]贾文峰，陈作，姚奕明，等.低浓度羟丙基胍胶压裂液交联剂合成与性能评价[J].精细石油化工，2015，32（3）：24-27.

[7]廖礼，周琳，冉照辉，等.超低浓度胍胶压裂液在苏里格气田的应用研究[J].钻采工艺，2013，36（5）：96-99.