长庆油田压裂返排液对储层支撑裂缝损害室内研究

张群

(中海油能源发展股份有限公司实验中心，广东 湛江 524057)

王松

(长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023)



长庆油田压裂返排液对储层支撑裂缝损害室内研究

张群

(中海油能源发展股份有限公司实验中心，广东 湛江 524057)

王松

(长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023)

为降低压裂返排液对储层支撑裂缝的损害，对长庆油田目前使用的压裂液类型如胍胶体系、生物胶体系、滑溜水体系及滑溜水-胍胶体系开展了压裂返排液对储层支撑裂缝损害的研究。首先在室内测定了4种压裂返排液体系的pH值、密度、固相含量、颗粒粒径；然后对4种压裂返排液进行了预处理，评价了压裂返排液对岩心基质渗透率损害程度；最后探讨了4种压裂返排液中悬浮物粒径、悬浮物浓度与支撑裂缝损害之间的关系。评价结果表明，胍胶和生物胶对支撑裂缝的损害程度较小，滑溜水和滑溜水-胍胶混合液对支撑裂缝的损害程度较大；随着悬浮物颗粒粒径以及质量浓度的减小，压裂返排液对支撑裂缝损害也随之减弱；压裂返排液对地层岩心基质损害率较小，可以实现压裂返排液体系的再利用，具有一定的应用前景。

压裂返排液；裂缝；羟丙基胍胶；生物胶；滑溜水；储层伤害

油层压裂工艺措施是提高油层的渗透能力，以增加注水量(注水井)或产油量(油井)。但压裂液进入地层后是通过物理或化学作用引起渗透率下降的。一般情况支撑剂要满足以下要求：密度低、粒径均匀、强度高、圆球度好。若支撑剂粒径分布范围过宽，将会造成小颗粒支撑剂运移堵塞裂缝造成对地层的损害；若支撑剂的硬度大于岩石硬度时，支撑剂颗粒将嵌入到岩石中；反之若支撑剂强度过低，会被压碎，形成许多微粒、杂质，它们随着流体流动运移堵塞孔隙、缝隙，不仅不能支撑裂缝，反而会造成裂缝失去导流能力。因此开展压裂返排液对储层的损害及支撑裂缝的堵塞损害评价研究有重要的意义[1～3]。

1　试验仪器、体系配方

1.1试验仪器

CDY-2006型支撑裂缝导流测试仪(江苏华安科研仪器有限公司)；密度计；ZNN-D6型六速旋转黏度计(青岛海通达仪器公司)；Microtrac S3500型激光粒度分析仪(美国EXXON公司)。

1.2体系配方

1)滑溜水体系清水+0.5%黏土稳定剂TOS-1+0.25%降阻剂EM30 +0.25%助排剂TOF-2(配方中的百分数为质量分数，下同)。

2)胍胶体系清水+0.5%助排剂CF-5D+0.25%～0.3%胍胶粉CJ2-6+0.5%黏土稳定剂COP-3+0.1%杀菌剂CJSJ-3+0.3%流型调节剂TJ-1+0.3%～0.6%交联剂JL-13。

3)滑溜水-胍胶体系滑溜水和胍胶按体积比为1∶1混合。

4)生物胶体系胍胶返排液+3%生物胶。

2　试验结果及分析

2.1压裂返排液的基本性能

在长庆油田压裂现场分别取不同体系压裂液样品，分别测定胍胶、滑溜水、生物胶、滑溜水-胍胶4种压裂返排液的pH值、密度、固相含量(表1)。pH值接近中性，密度在1.01～1.05g/cm3，固相含量也比较小。

2.2不同压裂返排液悬浮物的粒径分析

表1　压裂返排液基本性能

分别取4种体系的压裂返排液少量，摇匀后利用激光粒度仪进行粒径分析，结果如图1所示。图1(a)为滑溜水压裂返排液中悬浮物的粒径分布，其范围在1～249μm之间，平均颗粒粒径D50为21.31μm。图1(b)为滑溜水-胍胶混合的压裂返排液悬浮物的粒径分布，其范围在1～148μm之间，分布范围相对滑溜水体系窄一些，体系中D50为16.53μm。图1(c)为胍胶压裂返排液悬浮物的粒径分布图，其范围在6.54～294μm之间，与滑溜水、滑溜水-胍胶混合体系相比，主要分布区域比较集中，D50为75.45μm。图1(d)为生物胶体系的压裂返排液悬浮物的粒径分布，其范围在1.375～352μm之间，分布情况相对于胍胶压裂返排液更杂乱，主要分布范围为9.25～31.11μm和124.4～248.9μm，体系中D50较小，为17.25μm。

图1　压裂返排液悬浮物粒径分布图

图2　不同压裂返排液体系对支撑裂缝导流能力损害程度

2.3不同压裂返排液对支撑裂缝导流能力损害

选取压裂施工中广泛应用的20～40目陶粒作为支撑剂，在20MPa闭合压力下，测定滑溜水、胍胶、生物胶以及滑溜水-胍胶4种不同体系的压裂返排液损害前后支撑裂缝对清水的导流能力，并计算压裂返排液损害后支撑裂缝对清水导流能力恢复值，结果如图2所示。胍胶体系的压裂返排液损害支撑裂缝后，裂缝对清水导流能力的恢复值最大，即对支撑裂缝的损害程度最小；滑溜水-胍胶混合液体系的压裂返排液对支撑裂缝的损害程度最大，其侵入裂缝后，裂缝对清水的导流能力只恢复了10.43%；此外，滑溜水压裂返排液流过裂缝后，支撑裂缝对清水的导流能力只恢复了16.26%，可见其对支撑裂缝的损害也很大，而生物胶体系的压裂返排液流过支撑裂缝后，支撑裂缝对清水的导流能力恢复了53.4%，约为损害前的一半，其对支撑裂缝的损害略小于胍胶体系。

2.4不同压裂液体系中返排液悬浮物粒径与支撑裂缝损害之间的关系

4种不同体系的压裂返排液经筛网过滤后，返排液中大颗粒物质被除去，悬浮物的平均粒径减小。试验使用CDY-2006型支撑裂缝导流测试仪，选取20～40目陶粒作为支撑剂，在20MPa闭合压力下测定4种体系的压裂返排液原液、经160、400目筛网过滤后压裂返排液，支撑裂缝对清水的导流能力，并计算支撑裂缝对清水导流能力恢复值[5～9]，试验结果如图3所示。

图3　压裂液中不同悬浮物粒径对支撑裂缝导流能力损害程度对比

图4　压裂液中不同悬浮物质量浓度对支撑裂缝导流能力损害程度对比

图3(a)为滑溜水体系以及筛网过筛后滤液对支撑裂缝导流能力损害程度对比，160目筛网过筛后平均粒径为47.25μm，400目筛网过筛后平均粒径为11.43μm，可以看出，支撑裂缝对清水导流能力恢复值依次增大，400目筛网过筛后滤液流过支撑裂缝，其导流能力恢复值达到91.33%，此时的压裂返排液的滤液对支撑裂缝导流能力损害已经很小。图3(b)为胍胶体系以及滤液对支撑裂缝导流能力损害程度对比，160目筛网过筛后平均粒径为53.55μm，400目筛网过筛后平均粒径为12.66μm，可以看出，随着压裂返排液中悬浮物平均粒径的减小，悬浮物对支撑裂缝导流能力损害随之减弱，胍胶体系的压裂返排原液经160目筛网过滤后，支撑裂缝对清水的导流能力的恢复值由60.9%上升到91.7%；而400目筛网过滤后的滤液流经裂缝后，裂缝对清水导流能力恢复值上升至99%，此时滤液已基本不会对裂缝的导流能力造成损害。图3(c)为生物胶体系以及滤液对支撑裂缝导流能力损害程度对比，160目筛网过筛后平均粒径为37.5μm，400目筛网过筛后平均粒径为17.25μm，可以看出，随着生物胶中悬浮物平均粒径的减小，悬浮物对支撑裂缝的损害逐渐减弱；但生物胶压裂返排液经400目筛网过筛后的滤液流经支撑裂缝后，裂缝对清水的导流能力相对于损害前恢复了82.5%。图3(d)为滑溜水-胍胶混合体系、160目以及400目筛网过筛后滤液对支撑裂缝导流能力损害程度对比，160目筛网过筛后平均粒径为21.31μm，400目筛网过筛后平均粒径为14.23μm，可以看出，滑溜水-胍胶混合体系的压裂返排原液对支撑裂缝损害较大，流经裂缝后，支撑裂缝对清水的导流能力只恢复了10.43%；但经过筛网过滤后，损害也随之减弱，400目筛网过滤滤液流经支撑裂缝后，裂缝对清水导流能力相对于损害前已能恢复80.7%。

2.5不同压裂返排液体系中悬浮物质量浓度与支撑裂缝损害之间的关系

滑溜水、胍胶、生物胶以及滑溜水-胍胶混合体系的压裂返排液经160、400目筛网过滤后，返排液中固相物质减少，悬浮物质量浓度降低，在20MPa闭合压力下测定原液及滤液流经裂缝，支撑裂缝对清水的导流能力，试验结果如图4所示。随着体系中悬浮物质量浓度的减少，压裂返排液对支撑裂缝的导流能力损害程度减弱。

3　结论

1)滑溜水压裂返排液中悬浮物其平均颗粒粒径D50为21.31μm。滑溜水-胍胶混合的压裂返排液中悬浮物平均颗粒粒径D50为16.53μm。胍胶压裂返排液中D50为75.45μm。生物胶压裂返排液中D50为17.25μm。

2) 胍胶、生物胶、滑溜水、滑溜水-胍胶混合体系的压裂返排液损害支撑裂缝后，裂缝对清水的导流能力分别为60.9%、53.4%、16.26%和10.43%。

3)随着压裂返排液中悬浮物平均粒径的减小，4种体系的压裂返排液对支撑裂缝的损害也减小：经400目筛网过滤后，滑溜水、胍胶的滤液对支撑裂缝造成损害很小，损害裂缝后裂缝的导流能力恢复值达到90%以上。

4)随着压裂返排液中悬浮物质量浓度的减小，压裂返排液对支撑裂缝的堵塞情况也减小。经400目筛网过滤后的滤液侵入支撑裂缝后，裂缝对水的导流能力恢复值相对于过筛前大大提高。

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[编辑]帅群

2016-06-10

张群(1983-)，男，工程师，现从事钻井液与完井液方面的科研工作；通信作者：王松，wangs_2008@sina.com。

TE357.12

A

1673-1409(2016)29-0055-04

[引著格式]张群，王松.长庆油田压裂返排液对储层支撑裂缝损害室内研究[J].长江大学学报(自科版), 2016,13(29):55～58.