低滲砂巖氣藏壓裂液傷害機理及評價

高天然，屈海瑜，常程

低滲砂巖氣藏壓裂液傷害機理及評價

高天然，屈海瑜，常程

（陜西延長石油（集團）有限責任公司延長氣田采氣三廠， 陜西 延安 716000）

低滲氣藏在我國具有較大的規模，是未來天然氣上產的主要方向。采用常規開采方式，難以取得較好的工業開采價值。壓裂作為儲層改造的一種有效手段，是低滲氣藏增產以及提高經濟效益的有效方法。壓裂液是儲層改造必不可少的媒介，其在壓裂過程中傳遞壓力、攜帶支撐劑，有效改善儲層，但壓裂液作為一種外來流體，同時又會對儲層造成傷害，嚴重時造成氣井減產甚至無產出。對壓裂液傷害機理進行了分析，同時評價了目前常用的幾種壓裂液。

低滲氣藏；傷害機理；壓裂液篩選；壓裂液評價

壓裂是提高低滲氣藏開發效果的有效途徑，壓裂液是儲層壓裂過程中的工作液，可攜帶支撐劑并傳遞壓力，形成具有高滲流能力的裂縫，減少油氣滲流阻力，提高油氣井產能。但壓裂液作為外來流體，又對儲層存在一定的傷害，若壓裂液選用不當，會造成氣井減產，嚴重時甚至無產出，影響儲層改造的效果[1-2]。因此分析壓裂液的傷害機理，并在此基礎上評價篩選壓裂液是十分有必要的。

1 壓裂液傷害機理

20世紀50年代壓裂液開始應用于儲層改造，經過數十年的發展，壓裂液已形成豐富的體系，目前常用的壓裂液主要有水基壓裂液、聚合物壓裂液、泡沫壓裂液以及近年來備受關注的清潔壓裂液等。作為一種外來流體，其不同程度的對儲層造成一定傷害。常見的傷害主要有水敏傷害、水鎖傷害、乳化傷害以及壓裂液固體殘渣傷害等。

1.1 水敏傷害

水敏傷害是指由于壓裂液存在一定的濾失性，壓裂過程中會侵入儲層與儲層中黏土礦物發生反應造成儲層滲透率降低。水敏傷害的程度與黏土礦物的成分具有很大的關系，黏土礦物中水敏性強弱為蒙脫石＞伊利石＞高嶺石＞綠泥石。壓裂液侵入儲層中，水敏性礦物遇水膨脹，造成孔隙吼道減小，導致儲層滲透率降低。在壓裂液中加入氯化鉀、氯化銨等無機鹽可以很好地抑制水敏反應，減少儲層傷害[2-3]。

1.2 水鎖傷害

水鎖傷害是指外來工作液中的水相進入儲層后，占據孔喉空間，增加油氣滲流附加阻力。隨著含水飽和度增加，油水界面張力增加，毛細管力大小與油水界面張力正相關，隨界面張力增加而增大[4-5]。

圖1 壓裂液水鎖傷害示意圖

外來流體進入儲層產生附加阻力，若地層壓力大于附加阻力，天然氣可突破毛管力產出，反之天然氣無法產出。通過及時返排壓裂液或加入表面活性劑可減少儲層水鎖傷害。

1.3 壓裂液殘渣傷害

壓裂液殘渣的主要來源于壓裂液基液、各種添加劑以及壓裂液沖刷下來的儲層固相小顆粒等。常見的胍膠壓裂液、田箐壓裂液等均含有大量殘渣。壓裂液殘渣在儲層表面可形成濾餅，降低壓裂液濾失，保護儲層。但較小粒徑的壓裂液殘渣可穿過濾餅侵入儲層，堵塞儲層孔喉空間，降低儲層滲透率，引起儲層傷害。學者張海龍等在室內實驗分析了壓裂液殘渣對儲層的傷害，認為壓裂液殘渣含量越高，對儲層的傷害越大，滲透率越大的儲層，壓裂液殘渣傷害越嚴重。另外，壓裂液殘渣在儲層表面形成的濾餅，在一定程度上增加了壓裂液返排的難度，也會儲層造成傷害[6]。

另外，壓裂液對儲層的傷害還包括乳化傷害、潤濕翻轉傷害、吸附滯留傷害等等。

2 壓裂液傷害評價

依據石油行業標準SY/T 5107—2005《水基壓裂液性能評價方法》對Y區YTF-01壓裂液、YTF-02壓裂液進行評價。

2.1 壓裂液剪切穩定性評價

壓裂液需具備良好的抗剪切能力及攜砂能力。采用旋轉黏度劑分別測定YTF-01壓裂液、YTF-02壓裂液表觀黏度，以5 min為間隔記錄黏度數值，并繪制1 h內時間與黏度關系曲線。

壓裂液在剪切作用下表觀黏度隨時間變化曲線（圖2），表明，隨著時間增加，壓裂液黏度不斷下降，但下降的幅度不斷減少。YTF-01壓裂液最終表觀黏度為200 mPa·s，YTF-02壓裂液最終表觀黏度為147 mPa·s，黏度滿足石油行業標準《壓裂液通用技術條件》要求的，剪切1 h后黏度需大于50 mPa·s的要求。YTF-01壓裂液、YTF-02壓裂液具有良好的剪切穩定性及攜砂能力。

表1 壓裂液剪切穩定性評價結果

圖2 壓裂液表觀黏度隨時間變化曲線

2.2 壓裂液殘渣含量評價

壓裂液殘渣侵入儲層，堵塞儲層孔喉空間，降低儲層滲透率，引起儲層傷害。測定壓裂液殘渣含量是十分必要的。將50 mL YTF-01壓裂液破膠液、YTF-02壓裂液破膠液分別置于離心管中，烘干至恒重，測定殘渣含量。

壓裂液殘渣測定結果（表2），表明，YTF-01壓裂液殘渣含量較高為196 mg·L-1; YTF-02壓裂液幾乎不含殘渣。

表2 壓裂液殘渣測定結果

2.3 壓裂液巖心傷害評價

依據石油行業標準SY/T 5107—2005《水基壓裂液性能評價方法》測定壓裂液對巖心傷害。

壓裂液巖心傷害測定結果（表3），表明，YTF-01壓裂液巖心傷害分布在18.4%～21.5%，平均為19.9%；YTF-02壓裂液巖心傷害分布在10.7%～12.1%，平均為11.4%。YTF-02壓裂液優于YTF-01壓裂液，對巖心的傷害更小。

表3 壓裂液巖心傷害測定結果

3 結 論

1）壓裂液對儲層的傷害主要有水敏傷害、水鎖傷害、乳化傷害以及壓裂液固體殘渣傷害等。

2）水敏傷害的程度與黏土礦物的成分具有很大的關系，黏土礦物中水敏性強弱為蒙脫石＞伊利石＞高嶺石＞綠泥石。

3）水鎖傷害隨界面張力增加而增大，通過及時返排壓裂液或加入表面活性劑可減少儲層水鎖傷害。

4）壓裂液殘渣在儲層表面可形成濾餅，降低壓裂液濾失，保護儲層。但較小粒徑的壓裂液殘渣可穿過濾餅侵入儲層，堵塞儲層孔喉空間，降低儲層滲透率，引起儲層傷害。

5）YTF-01壓裂液、YTF-02壓裂液具有良好的剪切穩定性及攜砂能力；YTF-01壓裂液殘渣質量濃度較高為196 mg·L-1； YTF-02壓裂液幾乎不含殘渣；YTF-02壓裂液整體優于YTF-01壓裂液，對Y區巖心的傷害更小。

[1]張再華.臨興區塊淺層氣藏壓裂液破膠優化[J].承德石油高等?？茖W校學報,2020,22(01):15-17.

[2]徐婷婷,陸麗,陳曄希.致密煤巖氣藏壓裂液損害實驗評價[J].中國石油石化,2017(06):88-89.

[3]李征. 低孔低滲氣藏壓裂液傷害評價及優選[J]. 化工設計通訊, 2017, 43 (04): 38.

[4]樊欣欣,任曉娟.致密氣藏壓裂液傷害特征及實驗影響因素分析[J].石油化工應用,2017,36(04):24-27.

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[7]丁紹卿,郭和坤.應用核磁共振技術研究壓裂液傷害機理[J].鉆井液與完井液,2006(03):60-62.

Damage Mechanism and Evaluation of Fracturing Fluid in Low Permeability Sandstone Gas Reservoirs

（Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Yanchang Gas Field No.3 Gas Production Plant, Yan'an Shaanxi 716000, China）

Low-permeability gas reservoirs have a large scale in my country and are the main direction of natural gas production in the future. Using conventional mining methods, it is difficult to obtain better industrial development value. Fracturing, as an effective means of reservoir reconstruction, is an effective method to increase production and increase economic benefits of low-permeability gas reservoirs. Fracturing fluid is an indispensable medium for reservoir reconstruction. It transfers pressure and carries proppants during the fracturing process, and effectively improves the reservoir. However, as a foreign fluid, fracturing fluid can cause damage to the reservoir at the same time. In this paper, the damage mechanism of fracturing fluids was analyzed, and several fracturing fluids commonly used at present were evaluated, which was of great significance for guiding the efficient development of gas reservoirs.

Low permeability gas reservoir; Damage mechanism; Fracturing fluid screening; Fracturing fluid evaluation

2021-04-06

高天然（1987-），男，黑龍江集賢人，地質工程師，2009年畢業于大慶石油學院地球化學專業，從事氣田地質研究工作。

TE34

A

1004-0935（2021）06-0901-03