用于龙凤山地区致密砂岩气藏的高效低伤害压裂液体系研究*

牟汉生

(中国石油化工股份有限公司东北油气分公司，吉林长春 130062)

致密砂岩气藏通常具有低孔(孔隙度小于10%)、低渗(渗透率小于0.5×10-3μm2)、低含气饱和度(小于60%)以及高含水饱和度(大于40%)的特点[1-4]，属于非常规天然气，与常规天然气藏相比，致密砂岩气藏的勘探与开发难度较大。为了提高致密砂岩气藏的开发效率，通常需要采取压裂等措施以增大储层的渗流能力，而压裂液性能就成为致密砂岩气藏压裂施工的关键[5-12]。因此，研究高性能压裂液体系对提高致密砂岩气藏的采收率具有较重要的意义。

龙凤山地区致密砂岩气藏位于松辽盆地南部，天然气资源比较丰富，已在营城组三段和四段勘探发现了工业气流[13-14]，目前该地区已有探井20余口，开发井60余口。该地区前期水力压裂施工采用的滑溜水压裂液和常规胍胶压裂液对储层的伤害较大，因此，需要对压裂液体系进行优化研究，以提高该地区致密砂岩气藏的压裂施工效率。笔者以龙凤山地区致密砂岩气藏为研究对象，通过对高效减阻剂、助排剂以及黏土稳定剂的优选评价，开发出一套适合龙凤山地区致密砂岩气藏的高效低伤害压裂液体系，并对其综合性能进行了评价，以期为龙凤山地区致密砂岩气藏的高效合理开发提供一定的技术支持。

1 试验部分

1.1 试验材料及仪器

减阻剂CJZ-1、CJZ-2、CJZ-3、LJZ-1、LJZ-2和LJZ-3，实验室自制；助排剂SZP-1、SZP-2和SZP-3，实验室自制；助排剂HAR-1、HAR-3和JC-2，市售；黏土稳定剂SFP-1、SFP-2和SFP-3，实验室自制；黏土稳定剂HCOOK、KCl和聚胺，市售；现场用滑溜水压裂液、常规胍胶压裂液，取自目标区块现场；天然岩心(长度均为6.0 cm，直径均为2.5 cm)，取自龙凤山地区致密砂岩气藏储层段。

管路摩阻测试仪，南通仪创实验仪器有限公司；K100型力学法表面张力仪，苏州贝锐仪器科技有限公司；MCR-302型旋转流变仪，奥地利安东帕公司；岩心驱替实验装置，荆州塔林机电设备制造有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 减阻性能试验方法

配制一定浓度不同类型的减阻剂溶液，使用管路摩阻测试仪测定了不同类型减阻剂溶液和压裂液体系的减阻性能。

1.2.2 表面张力测定方法

配制一定浓度不同类型的助排剂溶液，使用K100型力学法表面张力仪测定不同溶液的表面张力值。

1.2.3 防膨性能测定方法

参照石油与天然气行业标准SY/T 5971—1994《注水用黏土稳定剂性能评价方法》中的离心管法，对不同类型黏土稳定剂的防膨性能进行了评价。

1.2.4 流变性能测定方法

参照石油与天然气行业标准SY/T 5107—2016《水基压裂液性能评价方法》中的试验方法，使用安东帕MCR-302型旋转流变仪测定了压裂液体系的流变性能。

1.2.5 岩心基质渗透率伤害性能测定方法

参照石油与天然气行业标准SY/T 5107—2016《水基压裂液性能评价方法》中的试验方法，以岩心渗透率损害率为评价指标，使用压裂液滤液评价了其对目标区块储层段天然岩心基质渗透率的伤害情况。

2 结果与讨论

2.1 高效低伤害压裂液体系构建

2.1.1 高效减阻剂优选

按照1.2.1中的试验方法，对不同类型减阻剂溶液的减阻率进行了评价，试验用摩阻仪的管径为0.8 cm，流量选择为3.0 m3/h，试验温度为60 ℃，减阻剂加量(w)均为0.2%，试验结果见图1。

图1 减阻剂类型对减阻效果的影响

由图1可见：6种不同类型减阻剂的减阻率基本均在50%以上，其中减阻剂LJZ-2的减阻效果最好，当其加量(w)为0.2%时，减阻率达到65%以上。因此，选择LJZ-2作为高效低伤害压裂液体系的减阻剂。

2.1.2 助排剂优选

按照1.2.2中的试验方法，测定了不同类型助排剂溶液的表面张力值，助排剂的加量(w)均为1.5%，试验结果见图2。

由图2可见：6种不同类型助排剂溶液的表面张力值均低于30 mN/m，其中助排剂HAR-3溶液的表面张力值最低，当其加量(w)为1.5%时，能使溶液的表面张力值降低至21.2 mN/m。因此，选择HAR-3作为高效低伤害压裂液体系的助排剂。

图2 助排剂类型对溶液表面张力的影响

2.1.3 黏土稳定剂优选

按照1.2.3中的试验方法，使用目标区块储层段天然岩心粉[研磨后过0.180 mm(80目)筛]评价了不同类型黏土稳定剂的防膨性能，黏土稳定剂的加量(w)均为2%，试验温度均为储层温度(60 ℃)，试验结果见图3。

图3 不同类型黏土稳定剂的防膨效果

由图3可见：不同类型的黏土稳定剂对目标区块储层段岩心粉末均能起到一定的防膨效果，防膨率均可以达到60%以上。黏土稳定剂SFP-1的防膨效果最好，当其加量(w)为2%时，防膨率可以达到98%以上，能够较好地抑制黏土矿物的水化膨胀。因此，选择SFP-1作为高效低伤害压裂液体系的黏土稳定剂。

2.1.4 高效低伤害压裂液体系配方

综合以上高效减阻剂、助排剂以及黏土稳定剂优选评价试验结果，最终确定适合龙凤山地区致密砂岩气藏的高效低伤害压裂液体系配方(w)为：0.2%高效减阻剂LJZ-2+1.5%助排剂HAR-3+2.0%黏土稳定剂SFP-1。

2.2 高效低伤害压裂液体系性能评价

2.2.1 流变性能

按照1.2.4中的试验方法，测定了高效低伤害压裂液体系的流变性能，试验剪切速率为170 s-1，试验温度为60 ℃，剪切时间为60 min，试验结果见图4。

图4 不同剪切时间对压裂液黏度的影响

由图4可见：随着剪切时间的不断延长，高效低伤害压裂液体系的黏度值有所降低，但整体降低的幅度比较小。当试验温度为60 ℃，剪切时间达到60 min时，压裂液体系的黏度值仍能保持在30 mPa·s以上。说明开发的高效低伤害压裂液体系具有良好的耐温抗剪切性能，在高温高剪切条件下仍能保持良好的流变性能，可以满足致密砂岩气藏压裂施工对压裂液流变性的基本要求。

2.2.2 减阻性能

按照1.2.1中的试验方法，测定了高效低伤害压裂液体系的减阻性能，试验流量为0.5～3.0 m3/h，试验温度为60 ℃，并与现场用滑溜水压裂液体系的减阻性能进行了对比，试验结果见图5。

图5 不同类型压裂液的减阻性能

由图5可见：随着试验流量的不断增大，2种不同类型压裂液的减阻率均呈现逐渐升高的趋势，其中高效低伤害压裂液体系的减阻率明显高于现场用滑溜水压裂液体系。当试验流量达到3 m3/h时，高效低伤害压裂液体系的减阻率可以达到70%以上，而现场用滑溜水压裂液体系的减阻率仅为60%左右。说明开发的高效低伤害压裂液体系的减阻效果较好，明显优于现场用滑溜水压裂液体系，能够满足龙凤山地区致密砂岩气藏大规模体积压裂施工对压裂液体系减阻性能的要求，提高了压裂施工的效率。

2.2.3 对岩心基质渗透率的伤害性能

按照1.2.5中的试验方法，使用岩心驱替试验装置对高效低伤害压裂液体系的伤害性能进行了评价，并与现场用滑溜水压裂液体系和常用的胍胶压裂液体系进行了对比，驱替流速设置为0.5 mL/min，试验温度为60 ℃，试验结果见表1。

表1 不同类型压裂液对岩心基质渗透率的影响

由表1可见：目标区块储层段天然岩心经过不同类型的压裂液污染后，渗透率均有所降低，其中高效低伤害压裂液体系对天然岩心基质渗透率的伤害率最小，平均仅为6.7%，基质渗透率伤害较小；而现场用滑溜水压裂液体系和常规胍胶压裂液体系对天然岩心的平均伤害率则分别达到了15.5%和33.4%，基质渗透率伤害较严重。说明开发的高效低伤害压裂液体系具有良好的低伤害特性，能够确保在压裂施工过程中不会对地层产生严重的基质伤害，保证压裂施工的效果。

3 结论

1)通过高效减阻剂、助排剂以及黏土稳定剂的优选评价试验，开发出一种适合龙凤山地区致密砂岩气藏的高效低伤害压裂液体系，其具体配方(w)为：0.2%高效减阻剂LJZ-2+1.5%助排剂HAR-3+2.0%黏土稳定剂SFP-1。

2)压裂液体系综合性能评价结果表明：高效低伤害压裂液体系在地层温度条件下剪切60 min后，体系的黏度值仍能保持在30 mPa·s以上，具有良好的流变性能；该压裂液体系的减阻性能明显优于现场用滑溜水压裂液体系，当试验流量达到3 m3/h时，压裂液体系的减阻率可以达到70%以上；该压裂液体系对目标区块储层段天然岩心的基质渗透率伤害率明显低于现场用滑溜水压裂液和常规胍胶压裂液，具有良好的低伤害特性。开发的高效低伤害压裂液体系能够满足龙凤山地区致密砂岩气藏的压裂施工要求。