冷丹鳳，李 杰，陳立軍，李 寧

(1.延長油田股份有限公司 勘探開發(fā)技術研究中心，陜西 延安 716000； 2.長慶油田公司 第一采氣廠，陜西 靖邊 718500)

隨著石油需求量的增加，水平井開采技術得到廣泛的運用。在水平井分段壓裂中，壓裂液作為入井流體，起到傳遞壓力和支撐劑的作用。由于分段壓裂施工周期較長，壓裂液得不到及時的返排，造成壓裂液的滯留，進而給儲層帶來一定程度的傷害，影響儲層改造的效果，甚至造成油氣井減產(chǎn)，直接影響整體開采效果。為減小壓裂液滯留對儲層的傷害，部分學者進行了研究，如文獻[1]嘗試對胍膠原粉進行細度分級和表面處理，使其能夠快速分散水合，替代常規(guī)羥丙基胍膠，為水平井體積壓裂的壓裂液體系提供一種新的路徑。文獻[2]開展了締合非交聯(lián)壓裂液傷害特征分析，證實了壓裂液對儲層的傷害主要集中在近井地帶；本研究則著眼于不同滲透率的儲層，分析不同壓裂液體系長期滯留對儲層的傷害，希望為儲層的壓裂設計提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 試驗巖芯

分別取HL地區(qū)長 6 儲層的天然巖芯數(shù)量27塊、XY地區(qū)長6儲層的天然巖芯數(shù)量25塊、ZD地區(qū)長8儲層天然巖芯數(shù)量35塊。天然巖芯滲透率為0.019 1×10-3～82.500 0×10-3μm2；孔隙度為4.10%～17.12%。

1.1.2 試驗流體

(1)壓裂液破膠液。選擇水基壓裂液PPQ、清潔壓裂液、胍膠為壓裂液破膠液。其基本性能見表1。

表1 壓裂液破膠液基本性質Tab.1 Basic properties of fracturing fluid gel breaker

(2)地層水與煤油。本試驗所用地層水根據(jù)研究區(qū)地層水資料進行配制，具體化學組分等參數(shù)見表2。

表2 模擬地層水化學組分和性質Tab.2 Chemical composition and properties of simulated formation water

1.1.3 試驗設備

試驗主要設備有[3-6]：HKY型恒速恒壓流體泵、2BV型環(huán)壓泵、TY-4A型高壓巖芯夾持器、ZR高溫攪拌中間容器、GDWS-225型恒溫箱、CJF型巖芯高溫高壓反應罐。

1.2 試驗方法

具體試驗流程如圖1所示。

圖1 巖芯傷害試驗流程Fig.1 Flow chart of core damage test

(1)將試驗用天然巖芯提前用苯—酒精混合物進行清洗，洗去表面油質后烘干稱重。參照SY/T 5336—1996中的相關方法對巖芯進行氣測滲透率的測定。

(2)對巖芯抽真空并加壓至飽和，模擬地層水作用。對巖芯進行稱重，并對巖芯孔隙度進行計算。

(3)通過巖芯夾持器將精制煤油正向擠入巖芯驅替(5～10 PV)，待壓力穩(wěn)定后測定巖芯煤油滲透率，以此作為傷害前巖芯滲透率，用K1表示。

(4)對盛有破膠液的高溫攪拌中間容器進行加熱，將溫度提升至70 ℃保持穩(wěn)定。反向驅替壓裂液(0.5～1.0 PV)，根據(jù)各壓裂段壓裂液的返排時間，將巖芯在盛有破膠液的高溫高壓反應罐中分別放置3、7、12、18、25 d。

(5)按照步驟(3)的方法測定巖芯受破膠液傷害后的滲透率，用K2表示。

壓裂液對巖芯傷害率的計算公式為：

(1)

式中，η為壓裂液對巖芯的傷害率；K1為傷害前的巖芯滲透率；K2為傷害后的巖芯滲透率。

2 結果與討論

2.1 研究區(qū)長期滯留傷害試驗結果

2.1.1 XY地區(qū)長期滯留傷害試驗結果

不同壓裂液對XY地區(qū)長6儲層平均傷害結果對比見表3。從表3可知，PPQ對XY地區(qū)長6儲層的平均傷害率最大，達到64.00%；清潔壓裂液最低，為53.50%。

表3 不同壓裂液對XY地區(qū)長6儲層平均傷害結果Tab.3 Average damage results of different fracturing fluids to Chang 6 reservoir in XY area

2.1.2 HL地區(qū)長期滯留傷害試驗結果

不同壓裂液對HL地區(qū)長6儲層平均傷害結果對比見表4。從表4可知，PPQ對HL地區(qū)長6儲層的平均傷害率最大，達到81.95%。胍膠對HL地區(qū)長6儲層的平均傷害率最小，為77.98%。

表4 不同壓裂液對HL地區(qū)長6儲層平均傷害結果Tab.4 Average damage results of different fracturing fluids to Chang 6 reservoir in HL area

2.1.3 ZD地區(qū)長期滯留傷害結果

不同壓裂液對ZD地區(qū)長8儲層平均傷害結果對比見表5。從表5可知，清潔壓裂液對ZD地區(qū)長8儲層平均傷害最大，達到75.60%，胍膠對ZD地區(qū)長8儲層平均傷害最小，為47.8%。

表5 不同壓裂液對ZD地區(qū)長8儲層平均傷害結果Tab.5 Average damage results of different fracturing fluids to Chang 8 reservoir in ZD area

綜合上述3個結果表明：①3種壓裂液中，PPQ對XY、HL、ZD三個地區(qū)的傷害相對較嚴重，平均傷害率分別為64.00%、81.95%、66.50%。清潔壓裂液對HL和ZD區(qū)域傷害較大，平均傷害率分別為80.57%、75.60%；對XY區(qū)域傷害較小，僅有53.50%。胍膠對HL地區(qū)傷害較大，平均傷害率為77.98%；對XY、ZD區(qū)域傷害較小，平均傷害率分別為56.90%和47.80%。②在3個研究區(qū)中，HL地區(qū)最容易受壓裂液的影響，3種壓裂液對HL地區(qū)傷害均比較大。其中，PPQ的平均傷害率為81.95%，清潔壓裂液的平均傷害率為80.57%，胍膠的平均傷害率為77.98%。

2.2 破膠液類型對研究區(qū)儲層傷害因素影響

(1)PPQ對3個地區(qū)儲層傷害皆很嚴重。PPQ壓裂液破膠液有一定殘渣含量，在傷害試驗中的巖芯端面會生成不透明狀的高分子化合物濾餅。濾餅呈團塊，在巖芯端面分布不均勻，PPQ的返排難度更大。同時，PPQ的黏度是3種壓裂液中最大的，因而界面張力也比較大。所以，對研究區(qū)儲層傷害皆很嚴重。

(2)胍膠對研究區(qū)儲層的傷害。胍膠也有一定殘渣含量，但黏度比PPQ小。在傷害試驗中，巖芯斷面出現(xiàn)透亮凝膠狀的高分子化合物濾餅，濾餅分布較為均勻，因此更易返排，濾餅對儲層傷害也相對較小。胍膠破膠液對巖芯的傷害沒有掉渣泥化現(xiàn)象產(chǎn)生，因此對儲層長期滯留傷害較小。

(3)清潔壓裂液對不同儲層的傷害。清潔壓裂液只有微量殘渣，在巖芯斷面不生成濾餅，因此界面張力相對較小，容易返排。但清潔壓裂液呈弱酸性，在地層溫度的作用下，清潔壓裂液與儲層巖石發(fā)生一些反應。部分巖芯隨傷害時間的增加，出現(xiàn)掉渣泥化的現(xiàn)象。因為ZD儲層屬于酸敏性地層，試驗巖芯掉渣泥化現(xiàn)象更為嚴重，導致微粒運移和孔隙結構破壞。因此清潔壓裂液對ZD地區(qū)巖芯傷害相對較大。胍膠、PPQ破膠液對巖芯長期傷害后并無掉渣、泥化現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.3 滲透率對長期滯留傷害率的影響

選擇XY地區(qū)滲透率較高的巖芯和滲透率較低的巖芯，分別進行巖芯傷害試驗[7-9]，試驗結果見表6和圖2。

表6 XY地區(qū)滲透率對長期滯留傷害率的結果對比Tab.6 Comparison of results of permeability on long-term retention damage rate in XY area

圖2 平均滲透率與傷害率變化趨勢Fig.2 Average penetration rate and injury rate change trend

從表6可知，PPQ和胍膠破膠液對低滲儲層的傷害較大，對高滲透率儲層的傷害則相對較小。而清潔壓裂液與PPQ、胍膠結果剛好相反。對滲透率較高的巖芯傷害大于滲透率低的巖芯。

2.4 滯留時間對傷害率的影響

2.4.1 XY地區(qū)儲層滯留時間對傷害率的影響

對XY地區(qū)的同一巖芯在不同破膠液中進行不同滯留時間的傷害試驗，試驗結果如圖3、圖4所示。從圖3、圖4可知，隨著滯留時間的增加，破膠液對巖芯的傷害率皆有所增加。其中，PPQ對巖芯傷害率增加幅度在12%左右，清潔壓裂液對巖芯傷害率增加幅度為11.1%～17.5%，胍膠對巖芯傷害率增加幅度為28%左右。

圖3 不同壓裂液對儲層傷害率的變化趨勢Fig.3 Variation trend of damage rate of different fracturing fluid to reservoir

圖4 不同壓裂體系下的平均滲透率變化趨勢Fig.4 Variation trend of average permeability under different fracturing systems

2.4.2 HL地區(qū)儲層滯留時間對傷害率的影響

對HL地區(qū)的同一巖芯在不同破膠液中進行不同滯留時間的傷害試驗，試驗結果如圖5、圖6所示。通過圖5、圖6可知，隨滯留時間的增加，3個壓裂液體系對巖芯的傷害率均有所增加。其中，PPQ對巖芯傷害率增加幅度為9%～17%，胍膠對巖芯傷害率增加幅度在6.5%左右，清潔壓裂液對巖芯傷害率增加幅度為2.5%～6.0%。

圖5 HL地區(qū)儲層在不同壓裂體系下的傷害率Fig.5 Damage rate of reservoirs in HL area under different fracturing systems

圖6 HL地區(qū)儲層在不同壓裂體系下的平均滲透率Fig.6 Average permeability of reservoirs in HL area under different fracturing systems

2.4.3 ZD地區(qū)儲層滯留時間對傷害率的影響

對ZD地區(qū)的同一巖芯在不同破膠液中進行不同滯留時間的傷害試驗，試驗結果如圖7、圖8所示。通過圖7、圖8可知，隨著滯留時間的增加，3個壓裂液體系對巖芯的傷害率均有所增加。其中，PPQ對巖芯傷害率增加幅度為7.5%～9.5%，胍膠對巖芯傷害率增加幅度在1.5%～12.5%，清潔壓裂液對巖芯傷害率隨著滯留時間的延長有所增加，但增加幅度較小。

圖7 ZD地區(qū)儲層在不同壓裂體系下的傷害率Fig.7 Damage rate of reservoirs in ZD area under different fracturing systems

圖8 ZD地區(qū)儲層在不同壓裂體系下的平均滲透率Fig.8 Average permeability of reservoirs in ZD area under different fracturing systems

上述結果表明，隨破膠液滯留時間的增加，對研究區(qū)的傷害率皆有增加。這是因為壓裂液破膠液在地層中長時間滯留，增加了水敏、水鎖的傷害，會導致粘土礦物顆粒疏松脫落。在清潔壓裂液破膠液的作用下，還有可能出現(xiàn)巖石顆粒脫落現(xiàn)象，發(fā)生運移堵塞地層。進而導致研究區(qū)巖芯傷害率隨破膠液滯留時間的增加而增加。

3 結論

通用對HL地區(qū)、XY地區(qū)、ZD地區(qū)的巖芯進行壓裂液破膠液長期滯留傷害試驗，得到了種壓裂液破膠液對研究區(qū)傷害影響結果。

(1)PPQ破膠液對3個研究區(qū)的長期滯留傷害最大，對XY地區(qū)、HL地區(qū)、ZD地區(qū)的平均傷害率分別為64.00%、81.95%，66.50%。清潔壓裂液對XY地區(qū)長期滯留傷害相對較小，對HL、ZD地區(qū)的傷害較大，平均傷害率分別為53.50%、80.57%、75.60%。胍膠對研究區(qū)的傷害相對較小，平均傷害率分別為56.90%、77.98%、47.80%。

(2)隨著破膠液滯留時間的增加，3個研究區(qū)域的傷害程度也隨之增加，但傷害率的增加幅度不斷減小。清潔壓裂液長期滯留時，會導致儲層巖芯出現(xiàn)疏松和掉渣現(xiàn)象。

(3)PPQ、胍膠含有殘渣，對較低滲透率儲層傷害比較高滲透率儲層的傷害大。清潔壓裂液破膠液度的結果與PPQ、胍膠結果相反。